喀什市土地利用結構信息熵與社會經濟發展灰色關聯分析

康建鋒， 張永福， 孫國軍

(1. 新疆大學資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 830046；2.河西學院歷史文化與旅游學院，甘肅張掖 734000)

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喀什市土地利用結構信息熵與社會經濟發展灰色關聯分析

康建鋒1， 張永福*， 孫國軍2

(1. 新疆大學資源與環境科學學院，新疆烏魯木齊 830046；2.河西學院歷史文化與旅游學院，甘肅張掖 734000)

根據2000～2012年喀什市土地利用變更調查數據，運用信息熵方法對期間喀什市土地利用結構信息熵進行分析，并對熵值與灰色關聯度進行分析。結果表明：2000～2012年，喀什市土地利用信息熵由0.693 2上升到1.664 8，均衡度由0.693 2上升到0.723 0，優勢度由0.306 8下降到2012年的0.277 0。信息墑、均衡度總體呈波動上升的趨勢，優勢度總體出現下降的趨勢，土地利用系統無序性增加，均質性增強。土地利用結構熵與固定資產投資存在強關聯，關聯強度值為0.704 4，與城鎮化率、土地經濟密度、社會商品零銷售總額、人均GDP、非農產業與農業產業產值比呈中等關聯。利用土地利用結構信息墑和社會經濟發展的灰色關聯度綜合分析，得出土地利用內部結構的變化是信息熵值變化的直接原因，社會經濟發展是土地利用結構熵變化的主要原因。

喀什市；土地利用結構；信息熵；灰色關聯分析

土地是一個自然歷史綜合體，具有結構與功能的有序性特征[1]。土地利用系統是子系統組合而成的復雜巨系統，不僅時間上表現出動態演變規律，而且空間上表現出不同的功能結構格局[2]。對于一個土地利用系統而言，在不同的土地利用方式下，土地利用結構的熵值和有序程度是不同的。熵值越低，說明土地利用系統的有序程度高；熵值越高，土地利用系統的有序程度越低[3]。近年來，許多專家學者利用信息熵理論、模型和方法，分析研究了土地利用結構的動態變化規律，揭示了其變化的原因和主要驅動力，并且取得了顯著成果[4-12]。但選取的研究區域多集中在東部發達區域，西部欠發達地區的研究甚少。筆者分析了喀什市土地利用結構信息熵的動態變化及其成因，在此基礎上，對喀什市土地利用結構變化的信息熵與社會經濟發展的相互關系進行了研究，以期為喀什市土地資源節約集約利用及喀什市土地利用總體規劃修改提供一定的指導和借鑒。

1 根據來源與研究方法

1.1 研究區概況喀什市地處歐亞大陸中部，地理坐標為75°48′50″～76°18′30″E、39°23′50″～39°37′30″N。東西寬45 km，南北長25 km，全市土地總面積55 010.90 hm2。東臨塔克拉瑪干大沙漠，南依喀喇昆侖山，與西藏阿里地區為鄰，西靠帕米爾高原。屬于喀什噶爾河水系形成的洪積、沖擊平原。氣候屬于暖溫帶大陸性干旱氣候，降水少，蒸發大，光照充足，積溫高，氣溫年際變化不大，而日溫差大，無霜期長。

2012年喀什市實現國民生產總值132.15億元，較2000年的1.18億元增長130.97億元，人均生產總值達到2.39萬元，完成固定資產投資113.20億元。經濟結構逐步優化，第三產業增加值為81.44億元，在國民經濟中的比重達到61.70%；二產特別是工業取得長足進展，2012年工業增加值達到45.51億元；一、二、三產業對經濟增長的貢獻率分別為2.46%、34.49%、62.05%；經濟發展能力顯著增強，經濟已步入加快發展時期，全市經濟和各項事業取得了輝煌成就。

1.2 數據來源該研究土地利用類型數據來源于喀什市國土資源局、規劃研究院提供的2000～2012年喀什市土地利用變更調查數據?；A經濟數據來源于喀什市人民政府和各部門提供的歷年統計年鑒、政府公報等統計數據。

1.3 研究方法

1.3.1土地利用結構信息熵。“熵”原本是一個物理學概念，用以表示分子的不規則運動程度，即表示隨機無約束程度一種變量。信息熵用來衡量系統有序度，是對有序度的度量[13-14]。土地利用結構是人為對土地利用系統施加的影響，不同尺度干擾對土地利用系統產生不同的反應，這種有序度經常用信息熵來表述[15]。

假如區域土地總面積為S，土地利用類型分為N種，每一種類型面積表示為Si(i=1,2,…,N)，則有：

(1)

各類土地占土地總面積比例為：

Pi=Si/S

(2)

按照信息論的原理，土地利用結構信息熵的公式定義為[10]：

(3)

式中,H是土地利用結構的信息熵，熵值的大小反映土地類型多少和各土地類型面積的均一程度。信息熵的熵值越高，說明不同用地類型數越多，即各土地類型的面積差越小，土地分布的越均衡。即P1=P2=…=Pn=1/N時，熵值是最大的，該區域的土地利用處于均衡狀態。

信息熵也可說明土地類型復雜度、有序度，但通常它不能反映職能數N的影響，這就使信息熵在分析土地利用均衡性的時時候有一定的困難。因此，通常引進均衡度的概念，在信息熵的基礎上構造均衡度公式[16]：

(4)

式中,J是均衡度，它表示信息熵與最大熵值之比。因為H≤Hm，所以J值變化處于0～1之間，J的值越大，說明均質性越強。當J=0時，處于最不均勻的狀態；當J=1時，土地利用類型達到最理想狀態。

優勢度表示為D：

D=1-J

(5)

優勢度通常反映區域的一類或多類土地利用類型，表示該區域的土地類型程度一類或幾類土地類型來支配區域土地類型的程度[16]。

1.3.2灰色關聯分析?；疑P聯分析是多因素的統計分析方法，以各因素樣本數據為依據，用灰色關聯度來刻畫、描述因素間關系強弱大小與次序[17-18]。但是土地利用結構與社會經濟發展之間的關系是模糊的，很難確定影響該區域土地利用結構發生變化的驅動力，運用灰色關聯分析方法，能在一定程度上對土地利用結構熵與社會經濟發展間關系進行描述[19]。該分析方法的思路是：

(1)確定分析對象序列。將土地利用結構熵的序列組(Xi)設為參考序列；喀什市社會經濟的序列組(yi)為比較序列。

(2)進行無量綱化的處理。選取的多個指標的量綱是不一樣，不利于分析統計，首先進行初值化的處理，初值化公式為[20]：

(6)

(3) 計算絕對差，用z(k)表示。計算出序列組yj與序列組xi數列差的絕對值，并統計出最小值和最大值。計算公式為[20]：

E(k)=|xi(k)-yj(k)|

(7)

(4) 計算關聯系數，用ξij(k)表示。計算出序列組yj與參考序列組xi在不同時刻間的關聯系數。計算公式為[20]：

(8)

(5)計算關聯度rij。關聯度的一般計算公式為[20]：

(9)

2 結果與與分析

2.1 土地利用結構信息熵變化根據2000～2012年喀什市土地分類數據，利用公式(3)～(5)進行分析處理，計算得出研究期間喀什市土地利用結構信息熵、均衡度、優勢度(表1)。

表1 2000～2012年喀什市土地利用結構的信息熵、均衡度、優勢度

由表1可知，2000～2012年土地利用結構信息熵呈波動上升趨勢；信息熵最低值為1.498 7(2009年)，最高值為1.664 8(2012年)，年均增長率為0.057%。在波動上升過程中，分為4個明顯階段：第一階段，2000～2007年研究區土地利用結構信息熵處于平穩上升時期，但總體上升幅度較小，年均增長0.053%。主要原因是由于園地、林地、其他農用地、居民點及工礦用地、交通運輸用地的增加和耕地、未利用地的減少變動引起的。 第二階段，2007～2009年土地利用結構信息熵出現劇烈下降，由2007年的1.639 0減少到2009年的1.498 7，年遞減率0.468%。其他農用地、居民點及工礦用地增加快，園地、林地、牧草地減少速度快。第三階段，2009～2010年土地利用結構信息熵呈上升階段，由2009年的1.498 7增長到2010年的1.655 9，年增長率為0.786%。其他農用地、居民點及工礦用地、交通運輸用地、水利設施用地快速增加，耕地、園地、林地、未利用地減少速度快。第四階段，2010～2012年土地利用結構信息熵出現平穩上升，土地利用結構信息熵由2010年的1.655 9增長到2012年的1.664 8，年增長率為0.089%。

2.2 土地利用結構熵與社會經濟發展關聯分析土地利用結構是社會經濟發展的根本，熵值的變化直接原因是結構的調整與變化，土地利用結構變化大多是人類通過各種人為干擾造成的，因而分析土地利用結構變化的社會經濟因素的相互關系顯得非常重要。運用灰色關聯分析方法，利用收集到的喀什市統計分析資料，在綜合分析的基礎上，依據喀什市社會經濟發展的實際情況，選取城鎮化率(y1)、土地經濟密度(y2)、固定資產投資(y3)、社會商品零銷售總額(y4)、人均GDP(y5)、非農產業與農業產業產值比(y6)等6個指標[21]，并建立灰色關聯模型計算其關聯度。

以灰色關聯模型為基礎，進行數據處理，得到土地利用結構信息熵與社會經濟發展關聯度結果，根據關聯度強弱劃分，關聯度在(0,0.3]區間為弱關聯；關聯度在(0.35,0.70]區間為中等關聯；關聯度在(0.70,1]區間為強關聯，列出計算強度等級(表2)。

表2 土地利用結構熵與社會經濟發展關聯度

表2結果顯示，喀什市信息熵熵值和社會經濟發展的關聯度從大到小排序為y3>y4>y2>y6>y1>y5。其中，關聯度最強的為固定資產投資，最弱的為人均GDP。從關聯強度來看，土地利用結構信息熵與固定資產投資呈現強關聯，關聯強度值為0.704 4。與社會商品零售總額、土地經濟密度、非農產業與農業產業產值比、城鎮化率、人均GDP呈中等關聯，關聯強度值分別為0.678 6、0.631 4、0.624 8、0.600 8、0.580 9。選取與喀什市經濟發展相關性較高的6項重要指標，分別為人均GDP、城鎮化率、土地經濟密度、社會商品零售總額人均GDP、社會商品零售總額及固定資產投資。結果表明，喀什市社會經濟發展與土地利用結構熵的變化存在較為密切的內在聯系，是間接引起該區域土地利用結構熵變化的主要原因。

3 結語

根據信息熵理論，運用綜合分析方法，對喀什市土地利用結構信息墑與社會經濟發展關系進行分析，得出以下結論：

(1)農業內部結構的調整和建設用地大幅增加，是引起土地利用信息熵增大的直接因素。農用地比重從2000年的45.15%下降到2012年的41.35%；建設用地比重從2000年的14.39%上升到31.71%。這種變化使得各類土地利用所占比重趨于均衡，從而使土地利用信息熵值增大。

(2)2009年喀什市土地利用結構信息熵突降，熵值為歷史最低的1.498 7，主要是未利用土地的減少所致。2000年喀什市未利用土地面積為22 252.49 hm2，2012年為14 819.98 hm2，凈減少7 432.51 hm2，占土地總面積的比重從2000年的40.45%減小到2012年的26.94%，從而導致信息熵急劇減小。

(3) 喀什市人口的增長、經濟的快速發展、城市化、工業化進程加快及國家各種優惠政策的推行，是土地利用結構信息熵發生變化的主要原因。

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The Grey Relational Analysis of Land Use Structure Information Entropy and Socio-economic Development in Kashi City

KANG Jian-feng1, ZHANG Yong-fu*, SUN Guo-jun2

(1. School of Resources and Environmental Sciences, Xinjiang University, Urumqi, Xinjiang 830046; 2. Historical Culture and Tourism College, Hexi University, Zhangye, Gansu 734000)

According to land use change data of Kashi City during 2000-2012, using entropy, the land use structure entropy was analyzed, as well as the grey relational degree. The results showed that compared with 2000, information entropy of land use rose from 0.693 2 to 1.664 8 in 2012, equilibrium degree rose from 0.693 2 to 0.723 0 in 2012, dominance degree dropped from 0.306 8 to 0.277 0 in 2012. Entropy and equilibrium degree were generally on the rise, dominance degree declined, the degree of disorder of land use system increased, and homogeneity enhanced. Entropy of land use structure and investment in fixed assets had a strong correlation, and the strength of association was 0.704 4. And the rate of urbanization, land economic density, total sales of social commodities to zero per capita GDP, non-agricultural and agricultural industry output ratio showed a moderate association. Using the comprehensive analysis of gray correlation degree of land use structure information entropy and the development of society and economy, it can be obtained that the land use change of internal structure was the direct cause of the changes of information entropy, and the development of social economy is the main reason of the changes of land use structure entropy.

Kashi City; Land use structure; Entropy; Grey relational analysis

康建鋒(1987-)，男，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向：國土資源信息技術。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導師，從事國土資源評價與規劃、土地管理研究。

2015-02-09

S 28

A

0517-6611(2015)09-301-03