一种基于“天-地-生”的城市群土地环境影响评价方法

摘要

本发明公开了一种基于“天-地-生”的城市群土地环境影响评价方法。从土地环境立体三维连续时空的角度出发，建立了土地环境影响要素耦合系统的评价指标体系，再从土地环境天、地、生3个方面，采用改进的灰色关联分析，构建基于“天－地－生”模式的城市群土地环境要素交互作用的关联耦合模型，最后定量分析城市群土地环境系统天、地、生要素的耦合特征，进行城市群土地环境影响评价。本发明的优点是建立基于“天－地－生”模式的土地环境演变要素耦合关联模型，充分考虑土地环境时空连续拓扑特性，评价结果更能客观反映城市群土地环境的演化阶段，为解决土地环境影响评价单一尺度研究导致的限制土地利用科学规划与决策问题提供一种可行的方法。

主权项

1.一种基于“天-地-生”的城市群土地环境影响评价方法，其特征在于具体步骤为：(1)在遵循科学性、综合性、可操作性、完备性、动态性、定性及定量分析原则的基础上，采用文献统计综合分析的方法，从人地关系理论出发，按照土地环境的连续立体三维空间特性，形成由天、地、生三个不同层面的一级指标，并将该子层面系统分别进行聚类分析与评价，确定土地环境演变的影响二级指标结构；(2)由于不同要素的数据具有不同的单位和量纲，因而其数值的差异会很大，对分类结果产生影响，因此对指标要素进行标准化处理，以消除指标之间变化趋势、量纲的不一致及数量级的差异现象，通过比重法计算进行指标的标准化处理，设有n个定量评价指标（X₁，X₂，……，X_n），且已取得m个参评对象的指标的数据X_ij(i=1，2，……，m；j=1，2，……，n)为原始数据；$m_{\mathrm{ij}}=x_{\mathrm{ij}}/\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}{x}_{\mathrm{ij}};$构成指标样本数据矩阵：$M=\left|\begin{array}{cccc}{m}_{11}& m_{12}& \Lambda & m_{1j}\\ m_{21}& m_{22}& \Lambda & m_{2j}\\ M& M& M& M\\ m_{i1}& m_{i2}& \Lambda & m_{\mathrm{ij}}\end{array}\right|;$M的j个指标向量M₁，M₂，…M_j为线性组合，即综合指标向量为：P_k＝a_1kX₁+a_2kX₂+Λ+a_jkX_j；k=1，2，…j；其中，a_k＝(a_1k,a_2k,Λa_jk)^T，即a_k为单位向量；(3)利用信息熵工具，计算各指标的权重第i个指标下第j个样本值的比重第i个指标的熵值其中k=1/ln n；第i个指标的熵权C_i定义为最后综合评价值为：W_j是第j个样本值的综合评价值，利用经过主成分分析筛选出来的指标之间的相关关系较弱，恰好可以避免信息的重复性，对筛选出来的指标利用熵值法计算出第j个样本综合评价值W_j；(4)通过对传统灰色关联分析法的改进，根据指标综合值的各比较数列集构成的曲线族，与参考数列构成的曲线间的几何相似程度来确定比较数列集与参考数列间的关联度，比较数列构成的曲线与参考数列构成的曲线的几何形状越相似，其关联度越大，因此，使其土地环境天、地、生三类综合指标要素两两进行比较参考，以此建立土地环境演化影响要素的关联模型与耦合模型；①两两数列参考比较参考数列为X_O(k)＝{x_o(1),x_o(2),Λ,x_o(n)}，m个比较数列为：X₁(k)＝{x₁(1),x₁(2),Λ,x₁(n)}；X₂(k)＝{x₂(1),x₂(2),Λ,x₂(n)}；……X_m(k)＝{x_m(1),x_m(2),Λ,x_m(n)}；②对上述数值的无量纲化处理由于各指标的含义和单位不同，因而指标值通常具有不同的量纲和数量级，为进行科学比较，必须进行一下无量纲化处理，减少随机因素的干扰；${\mathrm{ZX}}_i=\frac{x_i\left(k\right)-\min x_i\left(k\right)}{\max x_i\left(k\right)-\min x_i\left(k\right)},$其中$x_i\left(k\right)=\left\{\begin{array}{c}i=o\\ i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Lambda m};\end{array}\right.$③关联系数其中Δ_oi(k)为参考数列与比较数列之差，Δ_oi(k)＝|zx_o(k)-zx_i(k)|,Δmin＝minmin|zx_o(k)-zx_i(k)|,Δmax＝maxmax|zx_o(k)-zx_i(k)|,ρ为分辨系数，此处取值0.5，ξ_oi(k)为灰色关联系数；④关联度综合各点的关联系数，得到x_o与x_i的灰色关联度：其中w_k为天、地、生各指标权重值；⑤耦合度从关联度矩阵中，对二级指标关联系数按行、列求均值，得到一级指标天、地、生(A-E-L)的关联系数；$d_{A_p}=\frac{1}{p}\underset{e=1}{\overset{p}{\Sigma }}\overline{{\gamma }_{\mathrm{oi}}},d_{E_q}=\frac{1}{q}\underset{l=1}{\overset{q}{\Sigma }}\overline{{\gamma }_{\mathrm{oi}}},d_{l_r}=\frac{1}{r}\underset{a=1}{\overset{r}{\Sigma }}\overline{{\gamma }_{\mathrm{oi}}};$其中，分别为天、地、生之间的综合关联系数，进一步构建土地环境系统天-地-生耦合模型：$C_{\mathrm{AEL}}=\frac{1}{p\times q\times r}\underset{e=1}{\overset{p}{\Sigma }}\underset{l=1}{\overset{q}{\Sigma }}\underset{a=1}{\overset{r}{\Sigma }}{\gamma }_{\mathrm{oi}};$式中：p、q、r分别为土地环境天、地、生综合要素的指标数，C_AEL为其系统的关联耦合度；各影响要素对城市群土地环境的约束作用主要表现在于地形地貌、气象气候、水土资源、能源和生物等天、地、生各综合主导因子对城市群的支撑、约束和限制；同时日渐恶劣的土地环境还对城市的选择、经济发展与规划产生排斥与驱赶，这便是土地环境对城市发展的负反馈；显然，在土地系统演化周期内，将经历低级协调共生、初级协调、中级协调、极限发展、上升发展阶段；由城市群各市土地环境交互关联耦合度，综合评价其土地环境影响要素交错作用类型，反映出时间域内城市群土地环境的发展阶段，以及和城市群自然能源、经济发展阶段紧密相连，人文作用调控下的土地环境演变的规律性。