基于数据挖掘的土地利用决策研究

论文摘要

随着我国工业化、城镇化进程的不断加快,人口的不断增长,资源环境的过渡开发与利用,使人地矛盾日益加剧。土地是国家最重要的资源,是人类生存与发展的基础与保障。土地利用是土地问题的核心。而土地利用决策是通过寻求和选择最佳的土地利用方式,使土地资源实现优化配置,提高土地利用与管理水平,保证经济效益,社会效益和生态效益的协调发展及土地资源的可持续利用。本研究从土地利用决策者需求出发,在区域尺度、地方尺度和地块尺度三种尺度下,以土地利用强度和土地利用效益作为土地利用方式衡量标准,采用BP神经网络、RBF神经网络和小波神经网络（WNN）等多种空间数据挖掘方法,构建了多尺度的土地利用时空决策分析模型,并以榆中盆地作为研究区,对其土地利用数据进行时空数据挖掘与决策分析。针对生态型、集约型、过渡型、粗放型、耗损型等5种土地利用方式,采用博弈论方法,对土地利用决策者所做的决策选择进行博弈分析,为不同决策者提供科学可行的决策方案。主要进行了以下几方面的研究：（1）本研究对BP神经网络模型,RBF神经网络模型和WNN模型从理论到应用进行了比较分析。采用榆中盆地2000-2008年土地利用数据,对三种模型的泛化能力、收敛速度和误差精度等方面进行对比与分析。结果表明,WNN模型得到的网络具有更好的拟合效果,泛化能力更强,收敛速度更快,精度更高。（2）在区域尺度上,对榆中盆地2000-2008年土地利用总体动态趋势分析表明,土地利用综合指数是呈现稳步上升趋势的。这说明在区域总体上,榆中盆地土地利用强度和土地利用效益的综合指数在不断增强。（3）在地方尺度上,综合考虑了三种模型,借助GIS空间分析技术,对榆中盆地7个乡镇土地利用强度和土地利用效益进行空间数据挖掘和决策分析。得到结论：①在农业生产需求下,金崖镇处于半集约利用状态,城关镇、夏官营镇和小康营乡处于半粗放利用状态,和平镇和连搭乡处于粗放利用状态；②榆中盆地建设发展需求用地的土地利用方式以过渡型偏于粗放利用为主。金崖镇处于半集约利用状态,和平镇处于半粗放利用状态,而城关镇和夏官营镇则处于粗放利用状态；③在生态保护需求下,和平镇和金崖镇处于半粗放利用状态,而城关镇和夏官营镇则处于粗放利用状态。（4）在地块尺度上,以榆中盆地2008年土地利用现状图斑为单元,采用WNN模型,构建了地块尺度的土地利用空间决策分析模型。得到结论：①农业生产需求下,榆中盆地土地利用方式属于过渡偏粗放型。耕地、园地和设施农用地都是过渡偏粗放型；②建设发展需求下,榆中盆地土地利用方式属于过渡偏粗放型。城镇村及工矿用地和交通运输用地是以过渡偏粗放型为主的土地利用方式,而水利设施用地是生态型为主的土地利用方式；③生态保护需求下,榆中盆地土地利用方式属于过渡偏粗放型。草地和林地都是以过渡偏粗放型土地利用方式,而水域则是以过渡偏集约型土地利用方式。（5）从决策者的角度,对5种土地利用方式下的决策主体与决策参与者之间的博弈关系进行了分析。得到的结论：在5种土地利用方式下,政府和农民,政府和用地单位,以及用地单位和农民3种博弈关系分析中,既能提高土地利用效益,又没有来自农民或用地单位的阻碍的策略组合是最优组合,其总收益达到最大。第五种策略组合虽然使博弈双方都增加了博弈成本,但也能达到博弈均衡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和选题依据
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 研究综述
• 1.3.1 决策的研究
• 1.3.2 空间数据挖掘方法的研究
• 1.3.3 土地利用决策的研究
• 1.3.4 土地利用决策研究中存在的问题
• 1.4 研究内容与技术路线
• 1.4.1 研究主要内容
• 1.4.2 研究的技术路线
• 1.5 研究特色与可能的创新点
• 第2章 土地利用决策的理论基础
• 2.1 土地利用决策的概述
• 2.1.1 土地利用决策的概念
• 2.1.2 土地利用决策的基本原则
• 2.1.3 土地利用决策的构成要素
• 2.1.4 土地利用决策的基本程序
• 2.2 土地利用决策中的相关理论
• 2.2.1 决策理论
• 2.2.2 利益相关者理论
• 2.2.3 需求理论
• 2.2.4 等级理论
• 2.2.5 博弈论
• 2.3 本章小结
• 第3章 土地利用决策的设计与构建
• 3.1 土地利用决策的设计思路
• 3.2 土地利用决策者分类与需求分析
• 3.3 土地利用决策目标及其标准的确定
• 3.3.1 土地利用强度
• 3.3.2 土地利用效益
• 3.3.3 土地利用方式分类及标准确定
• 3.4 土地利用决策的指标体系的构建
• 3.5 土地利用决策方法的选择与比较
• 3.5.1 信息熵
• 3.5.2 BP神经网络模型
• 3.5.3 RBF神经网络模型
• 3.5.4 WNN模型
• 3.5.5 模型的比较分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 区域尺度土地利用动态数据挖掘与决策分析
• 4.1 榆中盆地现状分析
• 4.1.1 地理区位条件
• 4.1.2 自然条件
• 4.1.3 社会经济条件
• 4.1.4 土地资源利用现状
• 4.2 区域尺度土地利用动态数据挖掘
• 4.2.1 数据来源
• 4.2.2 土地利用动态挖掘指标的选取
• 4.2.3 训练样本和目标值的选取
• 4.2.4 三种模型的构建
• 4.2.5 模型的仿真结果及其比较验证
• 4.3 区域尺度土地利用动态决策分析
• 4.3.1 2000-2008年单个指标的变化趋势分析
• 4.3.2 2000-2008年综合指标的变化趋势分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 地方尺度土地利用空间数据挖掘与决策分析
• 5.1 土地利用空间决策指标的选取
• 5.2 土地利用空间数据挖掘模型的构建
• 5.2.1 土地利用空间解释性模型的构建
• 5.2.2 土地利用方式空间决策模型的构建
• 5.3 地方尺度土地利用空间决策分析
• 5.3.1 土地利用空间解释性决策分析
• 5.3.2 土地利用方式空间决策分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 地块尺度土地利用空间数据挖掘与决策分析
• 6.1 数据预处理
• 6.1.1 土地利用数据
• 6.1.2 自然因素数据
• 6.1.3 社会经济因素数据
• 6.1.4 区位因素数据
• 6.2 地块尺度土地利用空间决策指标体系的构建
• 6.3 土地利用方式分类标准的确定
• 6.4 训练样本和目标值的选取
• 6.5 土地利用方式模型的设计与构建
• 6.6 WNN模型的仿真结果与验证
• 6.7 地块尺度土地利用方式的空间决策分析
• 6.7.1 农业生产需求下地块尺度土地利用方式的空间决策分析
• 6.7.2 建设发展需求下地块尺度土地利用方式的空间决策分析
• 6.7.3 生态保护需求下地块尺度土地利用方式的空间决策分析
• 6.8 本章小结
• 第7章 土地利用决策的博弈方案选择
• 7.1 土地利用决策的博弈类型
• 7.2 土地利用决策的博弈要素
• 7.3 土地利用决策博弈模型的假设条件
• 7.4 土地利用决策博弈模型的构建
• 7.5 土地利用决策博弈关系与最优方案选择
• 7.5.1 生态型土地利用方式的博弈关系分析
• 7.5.2 集约型土地利用方式的博弈关系分析
• 7.5.3 过渡型土地利用方式的博弈关系分析
• 7.5.4 粗放型土地利用方式的博弈关系分析
• 7.5.5 耗损型土地利用方式的博弈关系分析
• 7.6 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录