土地用途分区优化过程和规则

1.分区单元的划分

在土地用途分区中需要结合土地利用现状图、城市总体规划图、小城镇规划图和基本农田保护区图等。为了实现科学的土地用途分区，需要对数据进行预处理以生成基本单元图，并获取对应的属性信息。在土地利用规划中的图件存在异构问题，比如土地用途分区中的各专项规划数据和土地适宜性评价图件，它们来源于多个部门，使得土地利用空间数据彼此之间或与专项数据之间存在不一致的问题。因此需要对其进行处理、整合，以达到土地用途分区的要求，主要采用空间分析中的叠置分析方法进行处理。在土地用途分区中，图斑的拆分是一个重要而复杂的问题，分割后图斑的总量不会大量增加。在实验区的叠置分析中发现，通过处理后图斑总量增加不超过10%，出现的小面积图斑可以通过后续的过程进行处理并重建拓扑关系。

图5-16　利用克隆选择算法构建的土地用途分区模型总体框架

2.数据预处理

为了减少空间数据聚类内核的工作量，提高精度，并能够获取科学合理的土地用途分区方案，需要对数据进行预处理。

(1)空间数据预处理

由于境界线、权属、渠道、田坎和其他一些自然或人文界线的存在，因此在土地现状数据建库时会把同一个连片的地类分为几个图斑。考虑到土地用途分区的实际情况，通过空间距离和图斑的拓扑关系对具有相同属性图斑进行合并(规则1)。

规则1：if LandUTm＝＝LandUTn and li∈LandUTm and li∈LandUTn and li≥a then LandUTm＝LandUTn

其中，LandUTm、LandUTn分别代表两个图斑的现状利用类型，li代表两个图斑的公共边(弧)，a是分区过程中给定的参数。

(2)属性数据预处理

属性数据预处理主要包括冗余数据处理和属性数据离散化。土地利用数据库中的一些属性间可能会存在某种关联，其中的某一属性可能会蕴含着其他属性的信息。采用皮尔逊积矩系数(Han Jiawei et al.，2007)度量两个属性数据之间的相关关系，以达到冗余数据处理的作用。在土地利用数据库中，许多属性数据是属于连续性属性，如图斑到水源、道路的距离和坡度等。为了减少算法的复杂度，选用有监督的离散化方法ChiMerge算法(Kerber，Chimerge，1992)对这些属性进行离散化。根据土地用途分区的问题，应分别定义属性的x2检验的置信区间和最大区间数的阈值。如果属性数据的取值范围比较多，则其阈值取较大值以避免离散区间数过多。

3.约束条件的确定

(1)土地用途转换函数的确定(www.xing528.com)

土地用途分区使用转换系数来衡量当前用地类型转换到分区后的土地利用类型的可能性，以土地用途分区转换系数累计值的倒数作为规划目标函数保证土地用途向着各自最优的方向转变，那么总的转换系数值就越大，目标值就越小，对应的规划成本越小，方案就容易被接受；反之，对应的规划成本越高，规划方案就会被拒绝。

(2)适宜性约束

土地利用规划的目标就是要在严格保护耕地的基础上保障社会经济的协调发展，对土地利用的适宜性进行评价，并将其进行入库管理作为分区的约束条件。

(3)不参与分区的图斑

具有生态功能的水体、河流、滩涂、未利用地、自然和人文风景用地具有一定的生态功能，在土地用途分区中不参与分区。

4.主要参数

(1)初始化群落与主要参数

土地用途分区中需要对克隆选择算法的参数进行合理设置，以保证快速收敛到最优解。在土地用途分区的过程中，随机产生N个初始种群，进行解的初始化；克隆扩张系数为cg，对每个个体作等权克隆处理；变异率为pm；为了保持抗体的多样性，随机插入一些新的个体替换原有的普通抗体，替换率为per；算法运算时最大迭代次数为pd。

(2)终止条件

采用两种方法终止迭代：一是当迭代次数超过设定的最大值则循环终止，这一条件是一种强制性终止循环的方式，其主要目的是为了防止程序循环无限制的进行下去；二是设置目标值，当循环到一定的代数且达到目标值不再发生较大的改变时，则终止迭代，可以用公式(5-9)表达为：

式中，f是目标函数的最优值，fbest是当前代数最好的目标函数值，ε是设定的最大差值。

(3)可视化表达

在满足终止条件后，将主要的运行参数进行显示，通过系统人机交互方式进行判断。如果运行结果基本符合要求，可以对土地用途分区的结果，也就是图斑的空间分布进行解析进行成图显示，并根据专家经验进行分析，以评价该模型实现的土地用途分区是否符合土地利用规划或管理的需要。