基于GIS与BP神经网络的全国耕地变化研究.pdfVIP

基于GIS与BP神经网络的全国耕地变化研究 ‘ 曹银贵1，2 陶金1 华蓉1 (1 中国地质大学土地科学技术学院 北京 100083 2 中国土地勘测规划院土地利用重点实验室 北京 100035) 摘要基于全国1996—2005年耕地面积与相关社会经济数据为基础资料，分析研究期间耕 地变化的过程，探讨耕地与社会经济因子之间的关系，模拟预测未来的耕地面积。研究结果 表明，在研究期内，耕地面积持续减少，尤其是以生态退耕为主；通过耕地动态度与耕地相 对变化率的空间化，发现耕地数量变化与程度变化存在空间差异；通过相关性分析获得耕地 变化的社会经济驱动因子，采用三层BP神经网络建立了耕地面积与相关社会经济因子值的模 型，得到2010年、2015年耕地面积预测值。 关键词耕地模拟驱动力BP神经网络 1 引言 耕地是土地资源利用方式中最重要的一种，担负着为人类提供食物保障的重任[1|。 在农业生产的过程中，耕地是不可缺少的物质基础，耕地的波动必然会引起粮食供应的波 动【2|。徐宪立分析结果表明：1996—2003年期间中国大陆地区耕地数量逐年减少，受自 然条件、经济社会发展和政策等因素的影响l3l。孙娴研究结果表明：以目前耕地的减损 速度仅依靠每年从耕地后备资源中开发补充耕地很难保障国家粮食安全，同时要求在制定 合理的退耕计划下，提倡精准农业、提高粮食单产、降低肉类消费[4]。这些研究结果表 明耕地作为土地资源，其经济的属性在明显增强，与人类活动的关系日益密切。国家也从 宏观政策的层面强调耕地保护的重要性，加强了基本农田的保护。本文从已有研究的基础 上，更新研究期，采用相关数理方法定量地研究1996～2005年这10年问耕地的变化规 律，寻找耕地变化的主要影响因子，利用BP神经网络来模拟预测耕地的变化，基于预测 结果进一步进行对策分析。 文中所用的耕地数据源于国土资源部土地大调查及更新调查，社会经济资料源于国家 统计局及各省统计局的统计年鉴。 2分析与讨论 2．1耕地总量变化分析 1996年，我国完成了新中国成立以来第一次全国范围内的土地利用详查，也第一次 获得了有关全国土地利用较为科学、准确的数据川。调查数据显示在1996～2005年内， 耕地面积在持续减少，1996年底我国耕地面积为13003．92×104hm2，截止到2005年底耕 213 经济社会可持续发展：耕地保护与土地资源节约集约利用 面积却增加了7．8×104hm2。 2．2耕地的减损量分析 直接导致耕地减少的因素为建设占用、农业结构调整、生态退耕和农业结构调整[3|。 研究期内各减损因子导致耕地减少的比例如图1所示。 ∞ ∞ 鲫 霉＼匿蔓 ∞ 加 0 证 1996199719981999200020012002200320042005 图1各因素减少量比例图 地减少量的78．55％。由于退耕还林还草有利于农业资源的可持续利用，不能算作耕地资 源的永久流失，因此，在耕地损失及其驱动力的讨论和分析中并未将其作为重点因素考 调整减少的比例为36．92％；2005年农业结构调整减少的比例仅为2．02％。由此可见， 随着我国市场经济逐步完善，农业结构调整逐渐趋于平稳。从建设占用与生态退耕的结构 比来看，建设占用要小于生态退耕的量，而目前建设占用耕地成为关注的焦点，主要是因 为建设占用的耕地基本上都是东部经济发达，建设用地需求大，占用的是肥沃、生产力高 的优质耕地，而新增的耕地主要在西部和北部，耕地质量差【6，7|。1996～2005年期间， 建设占用耕地的比例呈现出“u”型曲线的趋势，1997～2003年期间，建设占用耕地的 比