基于地理国情监测改进熵权TOPSIS规划评价

麦建开，康昕怡，朱紫阳，赵耀龙

(1. 广东省国土资源测绘院，广东 广州 510000； 2. 华南师范大学地理科学学院，广东 广州 510631)

土地利用总体规划是通过优化生产力布局，协调人地关系和土地利用空间冲突的重要手段，其目的是实现土地资源的永续利用[1]。实施规划综合评价是规划调整或修编的必要前提条件，为规划的有效实施提供必要保障[2]。虽然国家对土地利用总体规划实施管理有一定的要求，但是尚未形成统一的技术规程、统一的实施监测指标体系，规划实施监测的技术方法也有待进一步完善[3-4]。

本文在地理国情监测成果的基础上，改进基于熵权的TOPSIS模型，对斗门区2010—2015年土地利用总体规划实施综合评价，结合规划实施的变化过程空间吻合性和现状结果空间吻合性分析结果，从地类斑块、功能区与区域层面，综合分析研究区规划实施的空间吻合情况，分析斗门区及不同乡镇2010—2015年规划耕地指标和城乡建设用地指标完成情况及变化趋势，并分析新增建设用地占用耕地、建设用地复垦补充耕地等完成情况，揭示斗门区规划实施的动力机制与影响因素，提出改善规划实施的对策建议。

1 研究区与数据预处理

1.1 研究区域

斗门区是广东省珠海市辖区，位于珠江三角洲西南端。2009年斗门区土地总面积为61 388 hm2，其中农用地面积为43 017 hm2，建设用地面积为11 592 hm2，其他土地面积为6780 hm2，如图1所示。珠海市斗门区土地利用总体规划实施监测的范围为珠海市斗门区的所辖陆地及有人岛区域，包括井岸镇、白蕉镇、斗门镇、乾务镇、莲洲镇和白藤街道，共计614 km2，如图2所示。

1.2 数据预处理

监测地理国情就是对地理国情进行动态地测绘、统计和分析研究，并及时发布地理国情报告，包括反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据、地图图形和研究报告[5-7]。

(1) 以遥感正射影像为基础底图。对收集的参考数据进行人工解译，参考基础地理信息、土地利用、水利普查等资料，按照《地理国情普查内容与指标》(GDPJ 01—2013)的要求，开展内业判读与解译，补充或更新采集水系、交通、居住小区等要素实体，提取相关属性，并进行地表覆盖分类，分别按照要求形成相应的数据层。

(2) 影像地理国情监测转换为规划分类数据。其中包括：①特殊地类调整：草地调整、水面调整、房屋建筑区调整、人工堆掘地及构筑物调整、道路调整、园地和林地调整；②地类转换：将调整后的地类覆盖分类数据，按照《关于印发县级土地利用规划数据库标准(试行)修订的通知》要求，结合斗门区的实际情况，统一土地分类体系。

(3) 土地利用变更调查数据转换为规划数据。按照《关于印发县级土地利用规划数据库标准(试行)修订的通知》要求，结合斗门区的实际情况，统一转换为土地规划用途分类体系，并统一参考坐标系进行数据匹配。

2 改进熵权TOPSIS模型

2.1 空间吻合度模型

采用空间吻合度模型量化规划执行过程中和结果中的空间吻合情况，其中规划实施过程中的空间吻合性定义为土地利用空间变化与规划目标的吻合程度，主要针对评估初期到评估末期发生变化的地块，判断其与规划目标的吻合程度[8]。而规划实施现状结果评价中的空间吻合性是指土地利用现状与规划的吻合程度，可以从宏观上考察规划方案实施后在评价当年的各类用途管制落实情况及分布的空间差异。如图3、图4所示。

规划执行过程评价所评判的是发生调整的地块是否符合规划要求，因此应该以最严格的评价标准进行衡量。它所评判的是评价当年现状与规划目标的吻合程度，随着规划执行的不断推进，该空间吻合度会呈现出不断提高的变化过程，因此对其应采取逐级标准进行衡量。根据空间吻合性度量的3个层次：地类图斑层次、功能区层次、区域层次，各层次的度量标准不同，空间吻合性度量结果的分级标准也不同。

2.2 改进熵权的TOPSIS模型

首先，采用客观赋权法中的改进熵值赋权法进行赋权[9-13]。具体步骤如下：

(1) 指标无量纲化。选择极值法对原始数据进行无量纲化处理，既可满足要求，方法又简便。

(2) 计算第j个指标的熵值Hj

(1)

(3) 计算第j个指标的熵权Wj

(2)

考虑当指标熵值Hj→1(j=1，2，…，m)时，不同指标的熵权会由于相互间微小差别导致成倍数变化，这显然不合理。根据熵权原理，若不同指标的熵值差异不多，则意味着其提供的有用信息量基本相同，即相应熵权也应基本一致。因此，为增强熵权计算式的适用性，对熵值赋权法的计算式(2)进行改进。结果为

(3)

其次，TOPSIS模型能够客观全面地反映建设用地再开发效益的动态变化[14]，通过在目标空间中定义一个测度，以此测量目标靠近正理想解和远离负理想解的程度评估再开发效益，具有计算简便、对样本量要求不大及结果合理的优势。与传统的TOPSIS法相比，改进熵权的TOPSIS法主要针对评价对象与正理想解和负理想解的评价公式进行了改进[15]。具体步骤如下：

(1) 构建标准化决策矩阵：A=(aij)m×n；此处可以利用熵权法计算中的无量纲化值。

(2) 构建加权决策矩阵：V=A×W=(vij)m×n，vij=aij×wi；将通过改进熵权法确定的指标权重向量W与标准决策矩阵相乘，得到加权规范化决策矩阵。

(3) 确定正、负理想解。若V+为最偏好的方案(正理想解)，V-为最不偏好的方案(负理想解)，则有

(4)

(5)

(4) 计算每个年份评价向量到正、负理想解的距离D+和D-

(6)

(5) 计算历年评价对象与最优方案的贴近度(即评价指数)为

(7)

3 结果分析

3.1 规划实施总体分析

在耕地利用目标执行情况方面，2010—2014年，珠海市斗门区的耕地面积总量均在减少，但是基于两种数据源的耕地面积实际减少量与减少幅度不同。其中基于影像地理国情监测库的耕地减少量为1 525.5 hm2，减少幅度较大；基于土地利用变更调查数据库的耕地减少量为132 hm2，减少幅度较小(见表1)。

表1 斗门区2010—2014年耕地面积逐年变化 hm2

由表1可知，基于影像地理国情监测库的耕地面积逐年减少量最大值为656 hm2，最小值为193 hm2。基于土地利用变更调查数据的耕地面积逐年减少量的最大值为61 hm2，最小值为10 hm2，其减少趋势相对而言不明显。

在城乡建设用地利用目标执行情况方面，2010—2014年，珠海市斗门区的城乡建设用地面积均在增加，基于两种数据源的城乡建设用地面积实际增加量与增加幅度基本持平。其中基于影像地理国情监测的城乡建设用地增加量为342 hm2，基于土地利用变更调查数据的城乡建设用地增加量为375 hm2，因此总体上2010—2014年的城乡建设用地面积增加幅度基本一致(见表2)。

表2 斗门区2010—2014年城乡建设用地面积逐年变化

hm2

由表2可见，基于影像地理国情监测的城乡建设用地面积逐年增加量最大值为217 hm2，最小值为-64 hm2，城乡建设用地面积总体上呈递增的趋势。基于土地利用变更调查数据的城乡建设用地面积逐年增加量最大值为138 hm2，最小值为38 hm2，城乡建设用地面积呈逐年稳步递增趋势，增加趋势明显。

主要原因为：①不同分类体系的地类定义不同。地理国情普查是基于基础地理信息数据进行的，因此分类体系主要是基于基础地理信息要素分类。对比分析采用的基础数据主要为国土部门提供的土地利用现状图，采用的分类标准为2007年发布的国家标准《土地利用现状分类》(GBT 21010—2017)，两种数据基于影像识别判读地物时，对地类的定义难以实现绝对的统一。鉴于定义的差异，为维持两种分类下调查(普查)结果的权威性，在本文项目中这部分差异不能随意调整。②不同分类体系的精细化程度不同，地理国情普查使用高分辨率航天遥感影像和航空正射影像作为普查的影像地图，结合外业调查与核查的方法，普查的精细度较高，侧重微观地表覆盖信息；而土地利用变更调查的目的主要服务于国家土地管理，是一种对土地资源的宏观管控手段，二者精细化程度差别较大。③不同分类体系的地类属性不同，地理国情普查侧重土地的地表覆盖物理属性。土地利用变更调查侧重人类社会对土地目的性利用的社会经济属性，其分类后的调查结果往往包含一定的政策法律因素，体现了人类对土地利用的方式和目的意图。因此，两种数据源在不同分类体系下，对实际地物的认识和判别存在差异。

3.2 规划空间吻合分析

基于不同数据源进行了规划实施变化过程中和规划实施现状结果空间吻合情况分析，分析过程与现状结果空间吻合性时，均计算地类图斑空间吻合度、功能区空间吻合度及区域空间吻合度(见表3—表5)。

表3 地类图斑层规划实施变化过程空间吻合度对比结果

除2013—2014年期间的耕地、其他建设用地外，其他地类吻合度均略低于变更数计算结果。排除基础数据分类差异影响下的2009—2010年计算结果后，其中，最大差距为2011—2012年期间的交通水利用地，为0.348 6；最小差距为2010—2011年期间的其他建设用地，仅为0.000 1。从变化趋势来看，城乡建设用地的不同数据源计算结果差距逐渐减小，其他地类大多呈现先增后减的倒“V”形趋势。

表4 不同数据源地类图斑层规划实施结果空间吻合度对比结果

地类数据源空间吻合度级别城乡建设用地耕地交通水利用地林地自然保留地其他建设用地其他农用地水域园地土地利用数据0.84Ⅴ级地理国情监测0.39Ⅴ级土地利用数据0.95Ⅱ级地理国情监测0.55Ⅴ级土地利用数据0.99Ⅱ级地理国情监测0.90Ⅲ级土地利用数据0.99Ⅱ级地理国情监测0.88Ⅳ级土地利用数据0.73Ⅴ级地理国情监测0.48Ⅴ级土地利用数据0.84Ⅴ级地理国情监测0.63Ⅴ级土地利用数据0.53Ⅴ级地理国情监测0.38Ⅴ级土地利用数据0.99Ⅱ级地理国情监测0.94Ⅲ级土地利用数据0.95Ⅱ级地理国情监测0.25Ⅴ级

除交通水利用地、水域之外，其他地类均明显低于变更数计算结果，其中园地的差距最大，达到0.7，其次是城乡建设用地，达到0.45，水域最小仅为0.05，平均差距为0.27。从空间吻合度的级别看，依据地理国情普查监测数据得出的斗门区地类图斑层规划实施现状结果过程空间吻合度结果，只有耕地、林地及园地明显低于变更数计算结果，其他地类的吻合度等级相差不超过一个等级。总体而言，排除不同数据间的差异可能带来的影响，两种数据源下的城乡建设用地、自然保留地、其他建设用地、其他农用地的吻合度等级均不高，只有Ⅴ级，说明这些地类的规划实施情况较差。

3.3 综合评价分析

基于熵权改进的TOPSIS模型对斗门区2010—2013年规划实施综合效果进行评价(见表5)。斗门区规划实施综合效果分值在0.40～0.61之间，呈现“S”形上升变化趋势，2010—2011年显示相对平稳且略微向下的态势，整体上处于中级阶段水平，规划实施效果仍有较大提升空间。究其原因，从各分析指标来看，城镇集体职工年末人数、耕地占补平衡、耕地总量平衡、有效灌溉率、生态用地面积占比、生态用地景观格局指数在2010—2011年均出现数量减少有关。斗门区城镇集体职工年末人数在2010年出现大幅减少，与2008年提出产业结构调整取得一定进展有一定的联系，产业结构调整引起职工工作变动。

2010年斗门区耕地占补平衡有所减少，2009—2014年斗门区在加快发展过程中建设用地占用一定数量的耕地，同时2009—2014年建设用地侵占耕地的面积明显大于其他地类复垦为耕地的面积说明其他地类复垦为耕地难度较大有着较大关系。2010年耕地占补平衡在减少，与2009—2014年斗门区发展对建设用地需求增加，导致耕地保有量减少有关，且对斗门区有效灌溉面积减少也发挥了一定作用，造成有效灌溉率也有所减少。同时，斗门区新增建设用地侵占其他土地，也会造成生态用地的减少，从2009—2014年新增建设用地主要是由耕地、林地、园地等转变而来可以看出，导致斗门区2010—2011年生态用地面积占比减少。此外，生态用地总量的减少，导致其景观多样性也承受一定的压力，造成生态用地景观多样性指数减小。

表5 规划实施综合效果评价

4 结论与建议

(1) 复垦开发力度不够且耕地质量偏低，建议完善配套政策加强规划的控制性与引导性。实际斗门区的耕地面积在逐年递减，不同数据源下的回归分析均显示按照耕地目前的递减趋势，将难以完成规划远期实际划定指标。

(2) 耕地不合理面积相对较大且空间吻合性偏低，建议完善土地利用规划方面的立法执法机制。从空间吻合度的分级来看，耕地的规划实施现状结果空间吻合度偏低，结合地类转换过程可知，不符合规划的耕地最主要是转为其他农用地及城乡建设用地，农用地转坑塘水面的部分在不破坏耕作层的情况下尚可作为可调整地类维护耕地保有量，但违规转为建设用地部分则一般难以逆转，复垦成本较高，需加强规划监测及执法力度，在既定法律框架下加强相关法律规章的制定，提高决策者与实施者对土地利用方面相关的法律认识程度，完善土地利用奖惩机制，严厉惩罚违规审批、滥用、违规占土地等行为。

(3) 规划未实施且不符合规划的面积比重高，建议建立土地利用规划实施监测与反馈机制。规划未实施且不符合规划的面积比重相对高，规划实施进度慢。重点监测耕地变化和城乡建设用地的扩展，加大对临时调整用地的监测，检验临时调整用地在后续规划的执行中是否会向规划用地类型转变。

(4) 规划实施综合效益尚待提高，建议精细化规划数据基础及规划编制。从社会和经济效益来看，斗门区经济产出与社会效益在珠海市仍处于较低水平；从生态效益来看，该区虽是珠海市的重点农业区，但实际有效灌溉率却逐年递减；从土地集约利用来看，一定面积的废弃房屋是城乡人口流动加速，农村人口老龄化的产物，而近年来斗门区农村城镇化进程也促使这一现象的出现。需要通过土地利用结构的合理安排和空间优化布局来挖掘城乡建设用地内部集约利用的潜力。可以此次影像地理国情监测及后续监测为契机，构建数据源统一转换平台，在提高影像地理国情监测的规划决策能力的同时，精细化规划基础数据，服务于精细化土地利用总体规划编制，实现斗门区用地空间精细化治理。