刘殿锋教授 | 国土空间优化配置建模与应用

文摘 2024-12-20 21:42 安徽

高校GIS创新人物

2024第十二届高校GIS论坛，武汉大学教授刘殿锋作报告《国土空间优化配置建模与应用》。

以下为报告视频及内容整理（未经本人确认）：

刘殿锋教授作报告

报告视频

报告内容

国土空间选择与优化配置

国土空间是经济发展、社会进步和生态安全的空间载体，为人类生存与发展提供所需食物、纤维、水与庇护所。国土空间的属性间存在着明显的相互冲突，比如发展与保护冲突，以我国为例，国内适宜开发的土地资源不到国土面积的20%。据联合国统计，1963年我国就已经出现了生态赤字，即人口的生态足迹已经远远超过了资源的承载力。

用途空间冲突，比如建设用地和耕地。我国过去30年的建设中，城市建设用地增长了70%，村庄建设用地增加30%，一大部分来自于侵占耕地。根据国家土地调查结果统计，十年之间耕地减少了1.13亿亩。好在近三年转为增加趋势。

要素布局冲突，属于自然禀赋方面。要素布局失配：水资源南多北少，耕地分布却南少北多；开发格局失衡：用胡焕庸线划分，东西两侧过疏与过密并存；功能布局失衡：城市功能分区导致职住分离。

为了解决这些冲突，需要进行国土空间优化配置。配置需要同时考虑自然禀赋、人类活动以及发展需求，遵循国土空间规律构建国土空间开发保护新格局。

国土空间优化配置问题本质

国土空间优化配置，即在充分理解人地系统规律的基础上，构建数学模式寻找满足优化目标与约束条件的最佳国土空间利用方式、结构、格局和时序分配。首先要明确人地系统是一个开发系统，决策过程要充分考虑自然、人文过程的交互作用，与自然、人文过程耦合；其次，要充分掌握决策动机，主体利益要协同；第三要考虑国土空间的禀赋条件；第四，要明确决策过程是多尺度的，区域协调，这样的决策模型才能够有效协调国土空间存在的用途冲突、目标冲突、要素冲突。

人地系统很复杂，有多过程性、多要素交互性、多尺度性、多目标性。决策问题也很多样，空间选址、路线规划、格局优化等。所以模型非常重要，模型为解决国土空间优化配置提供了一个数字模拟的环境。这也是从传统的经验式决策向科学决策范式的转换。

用概念模型对国土空间优化配置进行描述，有配置单元，相应的优化目标和约束条件及配置操作，帮助选择国土空间用地的类型或数量，最后得到优化方案。在数学领域属于多目标优化问题，可以用标准的数学表达式对其进行描述。

国土空间优化配置模型发展

发展具有典型趋势。第一，要素越来越耦合，优化对象从土地要素到国土空间。土地要素时，只考虑外部因素对土地要素的单向影响。但是国土空间这样的配置对象，是多个系统之间的交互作用。第二，目标融合，从单目标到多目标。第三，尺度协同，从数量、格局到数量+时空+主体协调优化。第四，计算方式从传统的隐式逐渐向空间的显示和主体的显示方向转换。

国土空间优化配置建模实践

一是农村居民点空间优化重构。过去乡村居民点的重构主要解决乡村空心化问题，更多的是物理空间的适宜性。对于社会空间，尤其是农村的人与人之间的交互或者社会联系考虑的不多。所以用社会网络把乡村人群之间的社会联系进行识别，整合到模型中，形成集成物理空间适宜性和社会联系强度的多目标优化模型，解决乡村居民点重构问题。其中人的决策行为更加细化，用多智能体对决策的行为，甚至历史学的行为对未来国土空间的影响也可以建模优化，重构到模型里去。

二是森林辅助自然再生优先区的划定。这是一个多目标优化的问题。相对于人工造林具有多重生态效益，效益之间存在空间差异。把修复的成本，碳吸收，包括生物物种灭绝风险的降低，作为一个多目标整合到优先区的识别过程中来。

三是城市开发边界的划定。考虑耦合社会经济发展与气候变化对城镇开发边界产生的影响。把碳减排和碳增汇整合到模型中，划定城市边界。

总结国土空间优化配置，既复杂，应用场景又非常广泛。在具体的应用过程中，更多的要思考如何把国土空间的规律或是机理整合到模型中。同时实现决策过程的智慧化。最后模型的泛化，把模型迁移到不同的区域。

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