張旭念，何如海

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230036）

前言

我國正處于經(jīng)濟發(fā)展的重要機遇期，隨著城市化進程的加快，經(jīng)濟社會發(fā)展、產(chǎn)業(yè)機構(gòu)升級對土地的需求量不斷增加，粗放利用耕地現(xiàn)象嚴重，在不到十年的時間內(nèi)耕地減少了1億多畝，加之人多地少的基本國情使我國人地矛盾日益激化，越來越多的地區(qū)、部門意識到集約利用土地的重要性。國家要求建設(shè)節(jié)約型社會、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、積極探索建立國土資源管理的新機制，全面落實土地管理的各項措施節(jié)約和集約使用土地，切實保護耕地特別是基本農(nóng)田。其中，對城市土地集約利用情況進行研究與評價則是其中的一項重要舉措。城市土地集約利用需要從全局的角度綜合考慮，囊括城市規(guī)劃、居民生活、生態(tài)環(huán)境效益等諸多因素，但從經(jīng)濟效益指標的高低評價集約利用程度是不科學(xué)的，它包括人口、就業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施等多個方面的指標綜合評價。對城市土地集約的研究不是追究無限的高度集約，而是找尋最佳集約度，實現(xiàn)土地經(jīng)濟、環(huán)境、社會三方面互相協(xié)調(diào)、共同發(fā)展。

近些年，我國關(guān)于評價土地集約利用的項目不斷增多，傳統(tǒng)的模式一般為首先建立評價指標體系，然后采用回歸分析法、層次分析法或者特爾菲法確定權(quán)重，從而以加權(quán)值的高低度量土地集約利用程度。這種方法主觀性、判斷性強，計算繁冗，影響結(jié)果的科學(xué)性、客觀性。本文通過搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，嘗試運用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，建立一個合適的評價模型，以合肥市為例，對其土地集約利用做一個綜合的評價。

1.BP人工神經(jīng)系統(tǒng)模型簡述

對BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定義很多，其中T.Koholen是這樣定義的：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量適應(yīng)性處理單元互聯(lián)組成的非線性、自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)對真實世界的物體做出交互反應(yīng)，結(jié)果如圖一所示[1]。其中最具代表性的當屬BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，該種算法被廣泛的應(yīng)用于各種評價、預(yù)測工作中，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成簡單、映射能力強，整個過程是一個從輸入到輸出的高度非線性映射。通過不斷輸入訓(xùn)練數(shù)據(jù)、得到輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)誤差逆向修改網(wǎng)絡(luò)權(quán)重達到調(diào)整各個單元連接權(quán)值的目的，使網(wǎng)絡(luò)輸出誤差穩(wěn)定的收斂于一個范圍[2]。

圖1 ：BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.合肥市土地集約利用實例分析

2.1 研究區(qū)域土地利用概況

合肥是安徽省省會，是全省政治、經(jīng)濟、文化、信息、金融和商貿(mào)中心，截至2008年底，全市總?cè)丝?96.55萬人，市區(qū)面積838.14平方公里，其中建設(shè)用地面積293.3平方公里，占35.0%；居住用地面積85.73平方公里 ，占10.2%；公共設(shè)施用地 33.13平方公里，占 4.0%；工業(yè)用地面積48.76平方公里，占5.8%；倉儲用地為 3.38平方公里，占0.4%；對外交通用地2.66平方公里，占0.3%；道路廣場用地28.22平方公里，占3.4%；市政設(shè)施用地3.97平方公里，占0.1%；綠地87.45平方公里，占10.4%；特殊用地2.06平方公里，占0.2%。

2.2 評價模型指標的確定

土地利用具有區(qū)域性、動態(tài)性和連貫性。運用統(tǒng)一、固定的指標對所有對象進行集約利用評價較困難，而土地集約利用評價指標體系指標的選取將直接影響到最后評價的結(jié)果。該指標除了要體現(xiàn)研究對象城市的土地集約利用的目標和內(nèi)容，還必須能夠直接的反應(yīng)其土地利用集約程度等不同屬性。整個評價指標體系的各項指標是不斷發(fā)展、變化、連續(xù)的[3]。筆者通過參考《安徽省統(tǒng)計年鑒》（2000~2009年）、《合肥市統(tǒng)計年鑒》（2000~2009年）、安徽省合肥市土地利用總體規(guī)劃（2006~2020年）等資料，確定將指標分為三類，即土地利用經(jīng)濟效益指標、土地利用社會效益指標和土地利用生態(tài)效益指標。詳細分為以下指標：地均GDP I1、單位面積工業(yè)總產(chǎn)值I2、城市人均可支配收入I3、地均社會消費品零售總額I4、單位面積固定資產(chǎn)投資額I5、人口密度I6、城市燃氣用水普及率I7、每萬人擁有公交車數(shù)量I8、城市人均居住面積I9、人均公共綠地面積I10、建成區(qū)綠地覆蓋率I11、城市工業(yè)廢水排放達標率I12等12個指標。

表1 ：合肥市土地集約利用評價指標體系

2.3 評價模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般由三部分組成：輸入層、隱含層和輸出層，研究表明三層網(wǎng)絡(luò)可完成任意n維到m維的映射。故本研究將擬建立的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型設(shè)定為3層。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，隱含層節(jié)點數(shù)關(guān)系到數(shù)據(jù)分析的最終結(jié)果，到目前為止，還沒有明確統(tǒng)一的標準來確定隱含層節(jié)點數(shù)。常用的方法有靜態(tài)設(shè)計法、動態(tài)構(gòu)造法、進化法等[4]。本篇文章借鑒嚴太山等提出的經(jīng)驗公式法，其公式為：NH=公式中：NH為隱含層節(jié)點數(shù)，NI為輸入層節(jié)點數(shù)，NO為輸出層節(jié)點數(shù)，NP為訓(xùn)練樣本數(shù)[5]。根據(jù)此式得，本研究的隱含層節(jié)點數(shù)為11。按照本文前已建立的土地集約利用評價指標體系，將已經(jīng)確定的區(qū)域地均GDP等12個指標額作為輸入層，構(gòu)建出三層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2 ：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.4 評價水平標準確定

通過搜集其它與合肥市城市規(guī)模水平，經(jīng)濟發(fā)展程度相近的省會城市對應(yīng)的指標的相關(guān)值、國家標準、經(jīng)驗值確定評價指標的分級標準，分為粗放利用、適度利用和集約利用三個水平，量化為：在[0，0.4]范圍之內(nèi)為低度利用、在[0.4，0.7]范圍之內(nèi)為適度利用、在[0.7，1]范圍之內(nèi)為集約利用。

2.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

將搜集到的數(shù)據(jù)進行匯總，由于每個評價值單位不同，不便于后期進行統(tǒng)計計算，對每個評價指標值進行無量綱化處理，即將數(shù)據(jù)的變化范圍控制在[0，1]之間。

本文通過查閱《安徽省統(tǒng)計年鑒》（2000~2009年）、《合肥市統(tǒng)計年鑒》（2000~2009年）、安徽省合肥市土地利用總體規(guī)劃（2006~2020年）等資料，采用安徽省2000~2009年數(shù)據(jù)作為樣本進行訓(xùn)練，用合肥市2000~2009年數(shù)據(jù)作為測試樣本，以下為部分訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

表2 ：合肥市土地集約利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分訓(xùn)練數(shù)據(jù)

在經(jīng)過次訓(xùn)練過，得到的結(jié)果如下圖所示。

圖3 ：訓(xùn)練結(jié)果

利用訓(xùn)練好的BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將合肥市2000~2009年的各項指標值逐年輸入，得出2000~2009年間合肥市土地集約利用程度值分別為：0.2363、0.3243、0.3878、0.4653、0.5543、0.5657、0.6459、0.7573、0.8021、0.8807。 根據(jù)前面確定的土地利用集約程度標準，結(jié)果如表3所示：

表2 ：合肥市土地集約利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分

3.結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

從上表可以得出，合肥市土地集約利用程度呈逐年上升的趨勢，但從數(shù)據(jù)上看，城市土地集約利用可挖潛力還比較大。

合肥市近10年來單位面積工業(yè)總產(chǎn)值從2000年的192.55萬元/平方公里上升至2009年的1192.02萬元/平方公里，但相對于許多國內(nèi)大城市而言，投入力度還有待進一步加強。合肥市城鎮(zhèn)用地結(jié)構(gòu)配置近年來變化不大，單位面積工業(yè)產(chǎn)值還有進一步上升的空間。但其中存在“征而不用，多征少用，亂征亂用”的現(xiàn)象，使得合肥市城市土地低效、閑置現(xiàn)象時有發(fā)生，政府應(yīng)加大對此方面的整治，以提高建設(shè)用地的利用效益，盡量避免城市擴張占用農(nóng)用地，努力實現(xiàn)建設(shè)用地零增長。隨著土地集約利用政策的不斷貫徹實施，規(guī)劃條件和技術(shù)不斷完善的基礎(chǔ)上、集約利用意識不斷加強上，合肥市土地集約利用朝著有序的方向發(fā)展。

對照合肥市歷年各指標值發(fā)現(xiàn)，有關(guān)經(jīng)濟益類的指標值增速較快，有關(guān)社會效益和生態(tài)效益的指標值增速一般。合肥作為中部城市，戰(zhàn)略地位特殊，發(fā)展意義重大，經(jīng)濟的快速發(fā)展固然重要，可是在發(fā)展經(jīng)濟的同時，要兼顧社會和生態(tài)的同步發(fā)展，以科學(xué)的視角審視當今我們已取得的成就也是我們應(yīng)該采取的態(tài)度。經(jīng)濟、社會、生態(tài)相互影響、相互制約，過分強調(diào)其中一方都不利于城市健康的發(fā)展。作為安徽的省會城市，合肥市今后的發(fā)展應(yīng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，堅持走可持續(xù)發(fā)展道路，積極提高土地集約利用水平，避免減少土地的閑置浪費，建立健全城市基礎(chǔ)設(shè)施，推進整個城市的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 對策和建議

我國在2008年發(fā)文通知，集約利用土地是我國必須長期堅持的根本方針，大力集約節(jié)約利用土地，嚴守18億畝紅線不動搖，走出“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的社會土地制度新模式，為了推進合肥市城鎮(zhèn)土地集約利用集約水平，本文根據(jù)最后評價結(jié)果，特提出以下對策和建議，僅供參考。

3.2.1 加強合肥的生態(tài)建設(shè)

“資源節(jié)約、環(huán)境友好”要求我們要兼顧經(jīng)濟效益和社會效益、生態(tài)效益，在經(jīng)濟高速發(fā)展的時期要十分重視其中出現(xiàn)的環(huán)境問題，歷史的經(jīng)驗告訴我們，以環(huán)境為代價的經(jīng)濟發(fā)展是不可取的。因此，在進行合肥市城鎮(zhèn)建設(shè)的同時，也應(yīng)該加強對環(huán)境的保護，要徹底貫徹可持續(xù)發(fā)展的思想。

3.2.2 合理規(guī)劃工業(yè)區(qū)

鼓勵城鎮(zhèn)中零散的工廠企業(yè)搬遷到工業(yè)園區(qū)，這樣不僅可以改善市區(qū)環(huán)境，有利于居民的居住環(huán)境，而且企業(yè)的集聚使土地資源得到優(yōu)化配置，基礎(chǔ)設(shè)施的共享和專業(yè)化有助于實現(xiàn)土地效益和結(jié)構(gòu)的最大化和生態(tài)化。

3.2.3 推進舊城區(qū)的改造和土地整理工作

隨著合肥市的發(fā)展，舊城區(qū)的一些房屋老化、破損現(xiàn)象嚴重，喪失了原有的規(guī)劃作用，政府需要妥善處理這些舊的房屋或工廠廠房，課在改造的基礎(chǔ)上另立新用，或通過建立新城區(qū)與拆除就城區(qū)并舉的方式，促進新舊城區(qū)的共同發(fā)展，要積極開展土地整理的工作，以提高土地的利用效益。

3.2.4 加強合肥市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

雖然合肥市城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平發(fā)展速度較快，但是在全國范圍內(nèi)來講，還需進一步加強，在公共綠地方面、交通方面的數(shù)據(jù)顯示，政府應(yīng)該加強基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，逐步改善城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境。

通過利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法得出的結(jié)果，比以往結(jié)果更客觀，減少了人為因素的影響。BP利用其強大的映射能力，將多方面因素綜合考慮，統(tǒng)籌兼顧，有能力對大批量的數(shù)據(jù)進行反復(fù)訓(xùn)練，計算能力強，這是其他方法無法比擬的。同時，該方法也存在局限性，一是收集資料的困難性與有限性，本文將安徽省年鑒、合肥市年鑒作為研究數(shù)據(jù)進行分析對結(jié)果也有一定的影響。如果搜集的數(shù)據(jù)更廣泛、研究的時間段更長，得出的結(jié)論將更加客觀、科學(xué)[6]。

[1]陶志紅.城市土地集約利用幾個基本問題的探討[J].中國土地科學(xué)，2000，14（5）：1-5.

[2]李雙成，鄭度.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在地學(xué)研究中的應(yīng)用進展[J].地球科學(xué)進展，2003，18（1）：68-76.

[3]陳靜，付梅臣，陶金，等.唐山市土地利用效益評價及驅(qū)動機制[J].資源與產(chǎn)業(yè)，2010，12（2）：60-63.

[4]朱紅梅，王小偉，譚潔.長沙市城市土地集約利用評價[J].經(jīng)濟地理，2008，28（3）：442-444.

[5]嚴太山.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量評價方法[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2006，（1）.

[6]李祚泳，汪嘉楊，熊建秋，等.可持續(xù)發(fā)展評價模型與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2007.221.