基于DEA模型的土地整理规划方案比选研究

黄 海，杨清伟

（1.西南大学资源环境学院，重庆400716；2.重庆交通大学河海学院，重庆400074）

基于DEA模型的土地整理规划方案比选研究

黄 海1，2，杨清伟2

（1.西南大学资源环境学院，重庆400716；2.重庆交通大学河海学院，重庆400074）

研究目的：构建科学的评价模型，比较土地整理项目不同的规划方案，为规划方案的选择提供依据。研究方法：数据包络分析方法，层次分析法，实例验证法。研究结果：对重庆市偏岩镇土地整理项目3个不同规划方案采用带AHP约束锥的DEA方法计算出其效率值分别为：0.95871、0.96881、1，方案3为相对有效方案。研究结论：带AHP约束锥的DEA方法把传统DEA方法对输入输出数据的客观分析与决策者的主观偏好结合起来，应用于土地整理项目规划方案的比选，是一种可行的方法。

土地整理规划；评价模型；数据包络分析；层次分析法

1 引言

目前国内外学者多从经济、生态、社会等方面研究土地整理效益，通过比较备选方案的潜在效益对方案进行优选。项目经济评价由传统的“成本—效益分析”发展为“新方法论”，通过内部收益率、财务净现值、回收期等指标进行土地整理项目经济效益评价。生态效益评价可以用市场价格法、替代成本法和支付意愿法（WTP）进行衡量，也可以采用状态描述法、指标法、能值分析法等进行评价。社会效益评价主要以经济学为基础，常用定量与定性分析法、对比分析法以及综合分析评价法将经济增长和收入分配紧密结合加以反映。不少土地整理规划方案的选择是在粗略地评价和比较备选方案的基础上进行的，不确定的因素较多，因此，建立适合土地整理规划方案优选的评价指标体系，科学准确地对土地整理规划方案进行评价并选出最优方案，制定正确合理的土地整理规划，实现土地资源的可持续利用，是十分必要的[1-2]。

本文引入数据包络分析（DEA）方法，研究土地整理项目规划方案的相对有效性，建立基于偏好DEA的方案评价模型。并通过实证，证明该模型是土地整理规划方案评价的一种有效可行的方法。

2 带AHP约束锥的DEA模型

数据包络分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）是在输入输出的观察数据基础上，采用变化权对各评价单元（Decision Making Unit，DMU）进行评价的[3]，其特点是在评价某一评价单元时，选择最有利于该评价单元的权。这样其评价结果不受任何人为因素的影响，但也不能反映输入（输出）指标之间存在的重要程度不同的问题，从而评价结果仅仅依赖于各评价单元的输入输出数据，往往不能反映决策者对各指标的偏好程度。而层次分析法（AHP）却是根据人的主观判断来构造判断矩阵，其分析过程体现了人的决策思维的基本特征：分析、判断、综合，充分反映了决策者的偏好。但在某种程度上，AHP方法又“过于”依赖于决策者的主观判断。

将DEA方法和AHP方法结合起来，即将层次分析法思想应用到DEA相对有效性评价中，建立AHP约束锥的概念，使DEA评价的客观分析与AHP的主观分析相结合，从而使DEA方法更适合实际。

在多投入和多产出的评价系统中，某种“生产”活动可以用一组投入值和产出值表示。假设有n个评价单元DMUj（j=1，2，…，n），每个DMU都有m种输入和s种输出，分别用不同的经济指标表示，这样就构成了n个评价单元的多指标投入和多指标产出的评价系统。其中xj=（x1j，x2j，…，xmj），T＞0，xij为对第j个DMU的第i种输入的投入量，yj=（y1j，y2j，…，ysj），T＞0,yij为对第j个DMU的第i种输出的产出量[4]。

对于决策单元DMUj0，使用AHP方法对权重选择上加以一定的偏好限制，由此构造出AHP约束锥模型[3]：

对该分式规划进行Charnes—Cooper变换，转化为等价的线性规划模型：

如果线性规划存在最优解U*，V*满足U*TY0=1，U*∈int UAHP，V*∈int VAHP，则称决策单元DMUj0为DEA有效。

3 应用实例

重庆市北碚区偏岩镇的土地整理项目分布在北碚区东北部偏岩镇内，位于华蓥山南麓，东经106°37′30″—106°39′15″，北纬 29°58′00″— 29°59′55″之间，省道横穿全境。项目区面积 550 hm2，涉及 4 个村，整理前耕地345.87 hm2，园地 0.75 hm2，林地 21.29 hm2，居民点及工矿用地 38.80 hm2，水域 16.27 hm2，交通用地 1.85 hm2，可垦未利用土地6.44 hm2，田土坎130.05 hm2。项目的建设任务是平整土地、完善灌排系统、形成通畅的交通系统、布置农田防护林，减少自然灾害，改善环境与土地景观。该项目规划针对不同的灌溉方式和土地平整方式，在技术可行的前提下提出三套规划方案，从综合效益最大化角度选出一套最佳方案[1]。

DEA模型是一种针对多输入、多输出比较有效的分析评价方法，本文把不同土地整理规划方案要求的投入视为输入指标，把各方案实施后的效益视为输出指标，同时考虑方案决策者对各种效益的主观偏好，采用带AHP约束锥的DEA评价模型对各可行方案进行综合评价及排序，确定优劣[5]。其技术思路与过程如下：

（1）确定评价单元。由于该项目各规划方案的差异主要在于灌溉方案和土地平整方案，所以备选方案取它们的不同组合，把它们作为评价单元（表1）。

表1 评价单元表Tab.1 Evaluation units

（2）确定DEA方法的输入输出指标及指标值。结合DEA方法对于输入输出指标数量方面的要求及土地整理项目区的实际，建立输入输出指标体系[3-7]。

对于输入指标，选取土地整理项目总投资和需要投入的劳动力数。

对于输出指标，在经济效益方面，本项目经过整理后没有未利用土地，所以“土地利用率”指标对于各规划方案没有差别；“人均收入增加值”与“单产增加”和“新增耕地数量”密切相关，具有可替代性，“新增耕地数量”作为社会效益的评价指标选入，所以人均收入增加值不选；项目的“投资回收期”、“财务净现值”和“内部收益率”有一定的相关性，它们从不同侧面反映项目的财务状况，“财务净现值”和“内部收益率”的计算要求确切的项目运营期，由于中国现代意义上的土地整理历史很短，项目运营期的求取比较困难，所以采用项目的“投资回收期”来体现项目的财务状况。综上所述，采用“单产增加值”和“静态投资回收期”作为经济效益评价指标。在社会效益指标体系方面，“恩格尔系数降低值”反映居民生活质量提高的程度，与“单产增加”、“新增耕地面积”以及“土地利用便利度”具有很强的相关性，可以精简；“道路密度”的增加和道路的合理布局，有利于增加“土地利用便利度”，所以，可以用后者包含；由于本项目区土地产权清晰，项目完毕后对土地产权纠纷的减少没有明显的作用，“土地产权纠纷减少率”不作为输出指标。选用“新增耕地数量”和“土地利用便利度”作为社会效益评价指标。在生态效益指标体系方面，由于项目区主要存在旱涝灾害，所以“灾害控制率”可以由“灌排保证率”代替；本项目不涉及居民点整理，所以“村庄建筑物整齐率”方面项目前后没有差别，不选用该指标。选用“灌排保证率”和“绿色植被覆盖率”作为本项目的生态效益评价指标（表2）。

（3）运用DEA模型进行计算。在分析了土地整理规划方案的输入指标和输出指标后，采用基于偏好的DEA模型进行方案比选，对输出指标建立AHP判断矩阵（式3）：

表2 各评价单元的输入、输出指标值Tab.2 Index values for input and output of each evaluation unit

表3 传统DEA模型评价结果表Tab.3 Evaluation results of traditional DEA models

表4 带AHP约束锥的DEA模型评价结果表Tab.4 Evaluation results of DEA models with AHP restraint cone

利用表1—2、式2—3的数据对每个评价单元分别建立线性规划模型，并用单纯形法求解，得到评价结果（其中表3结果为传统DEA模型评价结果，表4为带偏好约束锥的DEA模型评价结果）：

由表3—4可以看出，传统DEA模型仅反映客观数据，方案1、3的相对效率均为1；而带AHP约束锥的DEA模型在考虑客观数据的基础上，加入决策者对输出指标的偏好，只有方案3的相对效率为1。所以方案3为最有效方案，即灌溉采取提、蓄结合：一是利用现有渠道自流控制一部分田块；二是黑水滩河两侧的二级阶地从黑水滩河提水灌溉；在项目区东部和北部，没有水源，只能从东、西干渠提水，并在高处修建蓄水池，自流灌溉。土地平整方式采取坡度为5°以下的坡地整理为水平梯田，坡度5°—25°整理为坡式梯田。

4 结语

土地整理项目规划方案的选择，涉及对投入和产出的多个指标进行测量、分析和评估，DEA方法是一种针对具有多指标投入和多指标产出的同类型部门进行相对有效性综合评价的方法，能有效处理多输入多输出的复杂系统，同时给各输出指标的权重施加约束以体现决策者的主观偏好，实现了主观与客观的有机结合。基于此，本文建立了基于偏好DEA的土地整理规划方案比选模型。通过对案例的分析表明，该方法可以有效地进行土地整理项目规划方案的评价与优选。

（References）：

［1］高向军.土地整理理论与实践［M］.北京：地质出版社，2003：192-203.

［2］张贞，魏朝富，李萍，等.西南丘陵山区土地整理方案比选研究［J］.农业工程学报，2008，23（10）：98-105.

［3］盛昭瀚，朱乔.数据包络分析理论方法应用［M］.北京：科学出版社，1995：15-19.

［4］叶义成，柯丽华，黄德育.系统综合评价技术及其应用［M］.北京：冶金工业出版社，2006：237-246.

［5］王三喜，屈洋，黄建明，等.基于DEA模型的部队编制方案评价［J］.系统工程理论与实践，2006，26（4）：21-26.

［6］甄巧莲.可拓优度评价法在土地整理规划方案优选中的应用研究［D］.保定：河北农业大学，2005：12-17.

［7］翟有龙.土地开发整理规划的目标体系及其确定依据［J］.干旱区地理，2004，27（2）：245-249.

Study on the Comparison and Selection of Land Reconsolidation Planning Schemes Based on DEA Model

HUANG Hai1，2,YANG Qing-wei2
（1.School of Resources&Environment,Southwest University,Chongqing 400716,China;2.School of River&Ocean,Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China）

The purpose of the paper is to establish a scientific evaluation model for different planning schemes of land reconsolidation projects in order to provide reference points for the selection of schemes.Methods employed include data envelopment analysis,AHP and example verification.The results indicate:（1）efficiency values of three different planning schemes of land reconsolidation for Pianyan Town in Chongqing City are:0.95871,0.96881 and 1 respectively,which have been calculated via DEA method with AHP restraint cone;（2）scheme 3 is relatively effective.It is concluded that the DEA method with AHP restraint cone is a feasible approach for comparing and selecting land reconsolidation planning schemes due to its combination of objective analysis on data input and output from traditional DEA method and the subjective preference of decision maker.

land reconsolidation planning;evaluation model;data envelopment analysis;AHP

F301.2

A

1001-8158（2010）08-0066-05

2009-01-18

2010-06-04

国家自然科学基金资助项目（40871222）。

黄海（1972-），男，重庆人，讲师，博士后。主要研究方向为土地评价与规划、土地信息系统等。E-mail:lottery98@163.com