一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法及系统

1.本发明涉及国土空间规划技术领域，具体涉及一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法及系统。


背景技术：

2.当前的区域发展中，随着城乡建设用地需求的增加，农业和生态用地将大量减少，城镇、农业和生态用地的矛盾加剧，国土空间开发格局混乱。同时，国土空间资源稀缺性和功能多样性的冲突导致国土空间功能在资源分配过程中出现竞争现象。多种功能对国土空间资源的无序竞争，也将造成国土空间资源分配失衡，引起城市化与粮食安全之间的矛盾、农业发展与环境安全之间的矛盾等诸多问题。因此，形成高质量的协同发展模式是解决国土空间开发面临的问题的关键所在，而国土空间多功能协调是其基本内容和保障。国土空间多功能协调是空间规划的核心内容之一，是应对国土空间功能竞争、实现国土空间资源合理利用、保障社会可持续发展的重要途径。开展国土空间多功能协调研究，科学有效配置国土空间功能，平衡空间功能之间的分布与关系，能充分挖掘国土空间的潜在价值，提高国土空间利用的综合效益，为构建主体功能明显、优势互补、高质量发展的国土空间开发保护新格局提供理论基础和工作依据。
3.针对国土空间功能适宜性评价的研究并不常见，与之相似的国土空间开发适宜性评价是当前研究的热点内容，并取得了重要的进展。近年来随着信息技术的快速发展，评价数据更加丰富多样，极大的提高了评价方法的可操作性及结果的精确性，学者们针对不同目标利用多因素综合评价法、空间相互作用及趋势模拟评价法、生态位空间供需耦合评价法等方法开展了丰富的案例研究，其中以多因素综合评价法应用最为广泛。运用这些方法虽然能够科学地完成区域国土空间功能适宜性评价，得到空间功能适宜度作为国土空间重构的基础，但这些适宜度存在高值区重叠、稳定性差、忽略空间利用综合功能效益等问题，给国土空间规划者带来极大的困扰，难以很好地支撑国土空间规划编制。
4.现有技术存在的问题如下：
5.现有国土空间规划过程中采用空间功能适宜性评价时，存在忽略国土空间利用综合功能效益及其功能系统稳定性，以及评价结果存在多个高适宜度国土空间冲突的问题，从而导致国土空间规划时高适宜度国土空间冲突、国土空间适宜度稳定性差、国土空间利用功能综合效益低。


技术实现要素：

6.本技术所要解决的技术问题是现有国土空间规划过程中采用空间功能适宜性评价时，忽略国土空间利用综合功能效益及其功能系统稳定性，以及评价结果存在多个高适宜度国土空间冲突，目的在于提供一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法，解决高适宜度国土空间冲突、国土空间适宜度稳定性不高、国土空间利用功能综合效益低等问题。
7.本技术通过下述技术方案实现：
8.本技术第一方面提供了一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法，包括
9.1.一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法，其特征在于，包括：
10.s1、进行资源环境承载能力评价，划分资源环境承载能力等级；
11.s2、根据资源环境承载能力评价结果，进行相应国土空间功能初始适宜度的计算；
12.s3、构建国土空间功能博弈模型，通过所述国土空间功能博弈模型求解获得最优均衡战略下国土空间功能类型的选择概率；
13.s4、将最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率作为修正系数，对相应国土空间功能的初始适宜度进行修正，得到国土空间功能的最终适宜度；
14.s5、基于国土空间功能的最终适宜度，划分国土空间的适宜性等级。
15.上述技术方案中，通过进行资源环境承载能力评价，划分资源环境承载能力等级，并根据资源环境承载能力评价结果，进行相应国土空间功能初始适宜度的计算。通过初始适宜度可以初步得到可利用的国土空间，现有技术中通常以初始适宜度对国土空间进行规划，此时的初始适宜度往往存在高值区重叠、稳定性差、忽略空间利用综合功能效益的问题，从而导致国土空间规划时高适宜度国土空间冲突、稳定性差以及国土空间利用功能综合效益低。
16.本技术中基于国土空间功能的初始适宜度构建了国土空间功能博弈模型，并通过对国土空间功能博弈模型的计算，获得了最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率。将最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率作为修正系数，对国土空间功能的初始适宜度进行修正。其中，构建国土空间功能博弈模型，考虑了空间博弈综合功能效益，通过对国土空间功能模型的计算所获得的最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率综合了空间利用综合功能效益，解决了使用初始适宜度评价时存在的忽略空间利用综合功能效益的问题；通过国土空间功能类型的选择概率将初始适宜度的高值区进行了进一步的区分，解决了高值区重叠的问题。
17.通过国土空间功能的最终适宜度来进行国土空间的适宜性等级划分相较于仅采用初始适宜度进行国土空间的初始适宜性等级划分更加高效、稳定，解决了国土空间规划时高适宜度国土空间冲突、稳定性差以及国土空间利用功能综合效益低的问题。
18.国土空间功能博弈模型从根本上解决了传统多因素综合评价法时出现的空间冲突与竞争问题，极大地增加了国土空间适宜性评价结果作为国土空间重构的合理性及实用性，能够更好为国土空间规划服务。
19.在一种可选实施例中，国土空间功能博弈模型如下：
[0020][0021]
上式中，g表示国土空间功能博弈模型，s
l
表示参与的决策者的战略空间，表示参与的决策者的收益函数；其中，
[0022]
参与博弈的决策者的集合为l∈{a,b}，上式中，a表示第一决策者，b表示第二决策者；
[0023]
每个决策者的战略空间为上式中，l表示参与博弈的决
策者， l＝a，b；n表示国土空间功能类型总数；k表示国土空间功能类型，k＝1,2,
…
,n；表示第 l个决策者的第k个具体战略；表示第l个决策者的战略集合；若决策者l每人选择一个具体战略，则向量表示一个战略组合；
[0024]
每个决策者的收益函数为上式中，vk表示k类国土空间功能量，ak表示k类国土空间功能初始适宜度，ak∈[0,1]，p
ij
表示国土空间i向国土空间j转变的概率。
[0025]
在一种可选实施例中，每个决策者的收益函数中的变量vk、ak、p
ij
的确定方法如下：
[0026]
k类国土空间功能量vk通过确定；其中，(rk)m为k类国土空间功能第n类子功能的功能量；(ωk)m为k类国土空间功能第n类子功能权重值；
[0027]
k类国土空间功能初始适宜度ak通过计算得到国土空间功能初始适宜度确定；
[0028]
国土空间i向国土空间j转变的概率p
ij
通过markov模型计算获取第t到t+1时段国土空间功能类型i转化为国土空间功能类型j的转移概率方阵p
ij
确定。
[0029]
在一种可选实施例中，获取最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率的方法如下：
[0030]
s31、构建第一决策者和第二决策者的国土空间利用功能综合效益矩阵；
[0031]
s32、基于国土空间利用功能综合效益矩阵，计算国土空间功能博弈模型的最优纯战略纳什均衡
[0032]
s33、若则将对应的国土空间功能类型的选择概率确定为1，其他国土空间功能类型的选择概率确定为0；
[0033]
s34、若则计算国土空间功能博弈模型的最优混合战略纳什均衡解，并将国土空间利用决策者的最优混合战略纳什均衡解(xi)
*
作为国土空间功能类型的选择概率。
[0034]
在一种可选实施例中，第一决策者和/或第二决策者国土空间功能选择所对应的国土空间功能类型的最佳选择概率的计算方法如下：
[0035]
s341、构建第一决策者和第二决策者的期望国土空间利用功能综合效益函数函数；
[0036]
s342、将期望国土空间利用功能综合效益函数函数作为目标函数构建线性规划模型，并将求解得到的模型最优解(xi)
*
作为最优混合战略下国土空间功能类型的选择概率。
[0037]
在一种可选实施例中，第一决策者和第二决策者的期望国土空间利用功能综合效益函数的表达式如下：
[0038][0039]
上式中，，分别表示第一决策者 a、第二决策者b选择的概率。
[0040]
在一种可选实施例中，期望国土空间利用功能综合效益函数的线性规划模型的表达式如下：
[0041][0042][0043]
上式中，va为使第一决策者最小的期望国土空间利用功能综合效益函数最大化的值。
[0044]
在一种可选实施例中，基于线性规划模型的最佳目标函数值，国土空间功能最终适宜度的计算方法如下：
[0045][0046]
上式中：ak,分别为评价单元的k类国土空间功能初始适宜度和经修正的国土空间功能最终适宜度；为国土空间功能初始适宜度修正系数，表示参与博弈的决策者l对于国土空间功能类型k的最优均衡战略下国土空间功能类型的选择概率。
[0047]
本技术第二方面提供了一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价系统，包括
[0048]
资源环境承载能力评价模块，所述资源环境承载能力评价模块用于确定资源环境承载能力单项评价要素和评价单元，构建评价指标体系，开展资源环境承载能力单项评价，并对评价结果进行去量纲处理，确定单项评价要素权重，计算资源环境承载能力综合指数并划分资源环境承载能力等级；
[0049]
国土空间功能初始适宜度计算模块，所述国土空间功能初始适宜度计算模块用于在资源环境承载能力分析结果基础上，计算国土空间功能初始适宜度；计算国土空间功能初始适宜度包括划分国土空间功能类型并确定分析单元，建立国土空间功能适宜性分析指标体系，计算分析指标值并进行去量纲处理，确定各评价指标权重，计算国土空间功能适宜性综合指数，确定国土空间功能初始适宜度；
[0050]
国土空间功能最终适宜度计算模块，所述国土空间功能最终适宜度计算模块用于构建国土空间功能博弈模型，获得最优均衡战略下各类国土空间功能类型的选择概率，并应用各类国土空间功能类型的选择概率对相应国土空间功能初始适宜度进行修正，得到实现最优战略均衡的国土空间功能最终适宜度。
[0051]
国土空间功能适宜性等级划分模块，所述国土空间功能适宜性等级划分模块用于根据国土空间功能最终适宜度，选取合适的分级阈值，确定国土空间适宜性等级；
[0052]
输出模块，所述输出模块用于输出国土空间适宜性评价结果。
[0053]
本技术第三方面提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现国土空间适宜性评价方法的步骤。
[0054]
本技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0055]
本技术综合考虑了国土空间功能大小、适宜性、稳定性，通过构建国土空间功能博弈模型，获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率，并将其作为初始适宜度的修正函数，将国土空间功能量、初始适宜度、国土空间功能类型的选择概率相乘构建国土空间功能的最终适宜度，通过国土空间功能的最终适宜度来划分国土空间的适宜性等级，克服了现行国土空间适宜性评价方法空间功能适宜度存在高值区重叠、稳定性差、忽略国土空间利用综合功能效益的技术缺陷。
附图说明
[0056]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0057]
图1为本技术一实施例提供的一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法的流程图；
[0058]
图2为本技术一实施例提供的邛崃市资源环境承载能力等级图；
[0059]
图3为本技术一实施例提供的邛崃市国土空间功能初始适宜度图；
[0060]
图4为本技术一实施例提供的邛崃市国土空间功能最终适宜度图；
[0061]
图5为本技术一实施例提供的城镇生产功能和城镇生活功能初始适宜度及最终适宜度分区结果对比图。
具体实施方式
[0062]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0063]
实施例1
[0064]
本技术提供了一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法，如图1所述，国土空间适宜性评价方法包括：
[0065]
步骤s1、进行资源环境承载能力评价，划分资源环境承载能力等级。
[0066]
步骤s11、确定资源环境承载能力单项评价要素和评价单元，构建评价指标体系。
[0067]
步骤s12、基于评价指标体系开展资源环境承载能力的单项评价，并对评价结果去量纲处理。
[0068]
其中，由于单项评价要素的各指标因子在计量单位上存在一定的差异，不具备可比性，需要对选定的指标因子制定统一的等级划分标准，因此运用阈值法对单项要素指标进行赋权，其中土地资源评价、水资源评价、环境评价、生态评价等权赋值，灾害评价利用ahp法进行赋值，综合得到各指标因子变化对对应单项要素所造成的影响程度，从而加权叠加求和得到一组反映其属性特征的数值，其中，资源环境承载能力评价单评价要素计算方法如下表所示：
[0069]
表1资源环境承载能力评价单评价要素计算方法
[0070][0071][0072]
步骤s13、在步骤s12的基础上，确定单项评价要求的权重。
[0073]
其中，为了客观、科学地划分资源环境承载能力等级，摸清研究区对城镇建设、农业发展等生活生产活动的综合支撑能力，本技术实施例中运用阈值法对指标进行标准化处理，再利用熵值法确定各评价要素的相对重要性，从而得到各评价要素相对于资源环境承载能力评价结果的权重值。
[0074]
采用阈值法对指标进行归一化处理。
[0075][0076]
式中，ni′
为第i项要素的标准化分值，ni为第i项要素的实际分值，max(ni)为第i项要素实际分值的最大分值，min(ni)为第i项要素实际分值的最小分值。
[0077]
为避免主观赋权法因人的主观因素而影响评价结果的准确性，因此运用熵权法，利用信息熵进行权重的处理。主要包括以下几个步骤：
[0078]
计算第i项要素的信息熵ei，其公式为：
[0079][0080]
式中，k为常数，令则0≤ei≤1；yi为第i项要素的比重。其中，xi为第i 项要素的实际分值。
[0081]
计算第i项要素的差异系数hi，其公式为：
[0082]hi
＝1-ei[0083]
对指标差异系数hi进行归一化处理，得到第i项要素的权重mi，其公式为：
[0084][0085]
步骤s14、计算资源环境承载能力综合指数并划分资源环境承载能力等级。
[0086]
其中，采用多因素综合评价法对资源环境承载能力进行综合评价，根据资源环境承载能力单项评价结果及对应权重值，采用加权指数和模型把评价单元内评价要素对国土空间资源环境承载能力的综合影响转换为评价单元总分，以此作为区域资源环境承载能力指数值，评价结果分值越高，则代表该区域的适宜性越好，反之则差。计算公式为：
[0087]
q＝∑mi·
ni′
[0088]
式中，q为资源环境综合承载力指数；mi为第i项要素的指标权重值；ni′
为第i项要素的标准化分值。
[0089]
利用arcgis中field calculator工具，结合评价要素标准化分值及其权重，加权计算得到资源环境综合承载力指数。
[0090]
针对资源环境承载能力评价结果，本技术实施例中采用自然断点法进行自动分级，并自动生成和输出研究区资源环境承载能力评价结果，从而将资源环境承载能力评价结果分为高水平区、较高水平区、中水平区和低水平区四个等级。
[0091]
步骤s2、根据资源环境承载能力评价结果，进行相应国土空间功能初始适宜度的计算。
[0092]
其中，在资源环境承载能力评价结果的基础上，根据资源环境承载能力等级，计算国土空间功能的初始适宜度，计算步骤具体包括：
[0093]
步骤s21、划分国土空间功能类型并确定评价单元，建立国土空间功能适宜性评价指标体系。
[0094]
其中，初始指标的选取具有很大的主观随意性，评价指标的确定受个人经验的影响较大，为使本次评价的指标更具有科学性及合理性，本技术实施例利用spss软件的pearson相关性评价，根据评价因子的相关性，剔除相关性较高的指标，这样选出的指标集既有代表性又不重复。
[0095]
步骤s22、计算国土空间功能示意性指标体系中的评价指标值，并对评价指标值进行去量纲处理。
[0096]
其中，为确保相应权重的准确性，本技术实施例采用阈值法对评价指标进行标准化处理，运用层次评价法和熵权法相结合的方法确定各层次指标对上一层次目标的相对重要性，从而得到各层指标相对于总目标的综合权重值，既可以降低主观赋权中人为主观误判带来的影响，又可以避免客观赋权忽略了指标本身重要程度带来的误差。层次评价法计算步骤包括：
[0097]
a、建立层次结构模型：根据空间功能类型及其对应指标，绘出包含空间功能类型和评价指标的层次结构图。
[0098]
b、构造判断矩阵：通过对单层次下各因子两两比较，按照9级标度定量化，逐级构造判断矩阵。
[0099]
c、特征向量及权重的计算：通过矩阵计算其最大特征根及对应的特征向量，得出标准成对矩阵，再计算出矩阵中每一行的算术平均值，从而得到各层次因素、因子的权重。
[0100]
d对判断矩阵进行一致性检验：
[0101][0102]
式中cr为随机一致性比率，ci为判断矩阵一致性指标，ri为平均随机一致性指标。当随机一致性比率cr《0.10时，结果较满意。
[0103]
步骤s23、在去量纲处理的基础上，确定各评价指标权重。
[0104]
步骤s24、根据各评价指标权重计算国土空间功能适宜性综合指数，确定国土空间功能的初始适宜度。
[0105]
其中，采用多因素综合评价法对国土空间功能适宜性进行综合评价。将国土空间功能适宜性评价指标标准化值及对应权重值代入加权指数和模型进行计算，加权求和计算出每个评价单元内国土空间功能适宜度。公式为：
[0106]
p＝∑wi·vi
′
[0107]
上式中，p为某类国土空间功能适宜度；wi为第i个评价指标的权重值；vi′
为第i个评价指标的标准化分值。
[0108]
针对国土空间功能适宜性评价结果，本发明采用自然断点法进行自动分级，并自动生成和输出城镇生产空间、城镇生活空间、乡村生产空间、乡村生活空间、生态供给服务空间、生态调节服务空间和生态支持服务空间等七大国土空间功能适宜性评价结果表和评价等级图。七大国土空间功能适宜性均分为高度适宜、中度适宜和低度适宜。从结果可以看出，邛崃市国土空间同种功能的各级适宜区间分区明显，国土空间不同功能间的各级适宜区分布差异性显著，且同类空间的不同功能间的高度适宜区有明显的重叠现象，说明国土空间功能间的竞争现象突出。
[0109]
步骤s3、构建国土空间功能博弈模型，通过所述国土空间功能博弈模型求解获得最优均衡战略下国土空间功能类型的选择概率。
[0110]
国土空间功能博弈模型如下：
[0111][0112]
上式中，g表示国土空间功能博弈模型，s
l
表示参与的决策者的战略空间，表示参与的决策者的收益函数；
[0113]
其中，参与博弈的决策者的集合为l∈{a,b}，上式中，a表示第一决策者，b表示第二决策者。
[0114]
每个决策者的战略空间为上式中，l表示参与博弈的决策者， l＝a，b；n表示国土空间功能类型总数；k表示国土空间功能类型，k＝1,2,
…
,n；表示第 l个决策者的第k个具体战略；表示第l个决策者的战略集合；若决策者l每人选择一个具体战略，则向量表示一个战略组合；
[0115]
在国土空间功能博弈模型中，国土空间利用功能综合效益函数表示在一个特定的国土空间功能组合下参与决策者能够得到的确定效用水平，其表达式为：
[0116][0117]
上式中，表示在国土空间功能组合下参与决策者l的国土空间利
用功能综合效益函数；vk表示k类国土空间功能量，一般情况下，功能量越大表明国土空间利用功能综合效益越明显；ak为国土空间功能量vk的第一修正系数(通常国土空间功能量越大的区域，也是国土空间功能高度适宜区，但不排除在某些限制性因子影响下，功能量大的区域适宜度不一定高，而且可能会出现多类高功能量的国土空间重叠现象，所以需要对国土空间功能量辅之以适宜度修正，以客观反映第一决策者/第二决策者在一定战略组合下的实际收益)，表示k类国土空间功能适宜度，值越大表示适宜度越高，ak∈[0,1]；p
ij
为国土空间功能量vk的第二修正系数(通常认为评价单元内某类国土空间功能量大且适宜度高，则该单元越适宜发展为该类国土空间功能类型，但受外部社会环境因素影响，这类空间可能转变为其他功能量、适宜度并非最大的国土空间功能类型，因此需要在第一修正系数修正结果基础上，对国土空间功能量再辅之以国土空间功能类型转移概率修正)，表示国土空间功能i向国土空间功能j转变的概率。
[0118]
其中，国土空间能量vk的第二修正系数p
ij
计算方法为：利用markov模型计算获取第t到 t+1时段国土空间功能类型i转化为国土空间功能类型j的转移概率方阵p
ij
，作为国土空间功能量vk的第二修正系数。
[0119]
构建国土空间功能博弈模型，获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率的具体计算方法为：
[0120]
步骤s31、构建第一决策者和第二决策者国土空间利用功能综合效益矩阵。
[0121]
在本技术实施例中采用国土空间规划者作为第一决策者a，国土空间功能系统作为第二决策者b。
[0122]
国土空间规划是规划者结合区域社会、经济、生态环境发展变化趋势，基于国土空间现状对未来一定时期国土空间功能类型进行合理布局和安排。根据空间守恒定律，国土空间决策者每确定一个评价单元的空间类型，相应的国土空间功能系统则失去一个评价单元的空间类型，因此可以将国土空间功能博弈模型简化为零和博弈模型。设a、b分别为参与博弈的决策者a、b的国土空间利用功能综合效益矩阵，由零和博弈原理得知a＝-b。其中，参与决策者a的国土空间利用功能综合效益矩阵为：
[0123][0124]
步骤s32、基于国土空间利用功能综合效益矩阵，计算国土空间功能博弈模型的最优纯战略纳什均衡
[0125][0126]
步骤s33、若则将对应的国土空间功能类型的选择概率确定为1，其他国土空间功能类型的选择概率确定为0；
[0127]
步骤s34、若则计算国土空间功能博弈模型的最优混合战略纳什均衡解，并将国土空间利用决策者的最优混合战略纳什均衡解(xi)
*
作为国土空间功能类型的选择概率。
[0128]
步骤s341、构建第一决策者和第二决策者的期望国土空间利用功能综合效益函
数；
[0129][0130]
上式中，，分别表示第一决策者 a、第一决策者b选择的概率。
[0131]
步骤s342、将期望国土空间利用功能综合效益函数函数作为目标函数构建线性规划模型，并将求解得到的模型最优解(xi)
*
作为最优混合战略下国土空间功能类型的选择概率。
[0132]
在非最优纯战略纳什均衡中，第一决策者a选择某种混合战略时，必然会想到第二决策者 b会针对性的选取一种战略使其期望收益最小，于是第一决策者a的目标是以概率x
*
选取一个战略时，不论第二决策者b采取何种战略，都能使其期望收益中最小的尽可能大(最大收益值va)，即对第二决策者b的每种战略都有e(x
*
,y)≥va，x
*
称为第一决策者a的非最优纯战略纳什均衡。
[0133][0134][0135]
va》0，则上述线性规划问题可转化为：
[0136][0137][0138]
解上述线性规划问题，得最优解(x
′i)
*
，在此基础上，通过下列转换即可得到国土空间功能博弈模型最优混合战略纳什均衡解(由于所指的国土空间功能适宜度是从国土空间利用决策者的视角出发确定的，因此这里只给出参与者a的最佳选择概率计算模型)，具体转化公式为：
[0139]
(xi)
*
＝(x
′i)
*
·
(va)
*
[0140]
式中，(xi)
*
表示参与者a(国土空间利用决策者)对于i类国土空间功能类型的最佳选择概率；(x
′i)
*
表示上述线性规划模型的最优解；(va)
*
为未转化的线性规划模型的最佳目标函数值，表示零和博弈模型的鞍点，其计算公式为
[0141]
步骤s4、将最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率作为修正系数，对相应国土空间功能的初始适宜度进行修正，得到国土空间功能的最终适宜度。
[0142]
将国土空间功能博弈模型的解，即最优混合战略(含最优纯战略)纳什均衡解作为修正系数，对评价单元相应的国土空间功能初始适宜度进行修正得到国土空间功能最终适宜度，计算公式为：
[0143][0144]
上式中：ak,分别为评价单元的k类国土空间功能初始适宜度和经修正的国土空间功能最终适宜度；为国土空间功能初始适宜度修正系数，表示第l个参与决策者的第k个最优混合战略，亦即参与决策者l对于国土空间功能类型k的最佳选择概率，通过求解国土空间功能博弈模型获得。
[0145]
步骤s5、基于国土空间功能的最终适宜度，划分国土空间的适宜性等级。
[0146]
根据国土空间功能最终适宜度，选取合适的分级阈值，确定国土空间适宜性等级。
[0147]
利用国土空间功能博弈模型获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率，修正国土空间功能初始适宜度，得到国土空间功能最终适宜度，选取合适的分级阈值，确定国土空间适宜性等级。
[0148]
实施例2
[0149]
本实施例在实施例1的基础上，结合邛崃市的具体情况对一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价方法进行进一步阐述。
[0150]
步骤s1、进行资源环境承载能力评价，划分资源环境承载能力等级。
[0151]
步骤s11、确定资源环境承载能力单项评价要素和评价单元，构建评价指标体系。
[0152]
步骤s12、基于评价指标体系开展资源环境承载能力的单项评价，并对评价结果去量纲处理。
[0153]
综合计算得出土地可利用度、水资源丰度、环境纳污能力、生态本底特征值、灾害综合指数各评价要素权重，如下表所示：
[0154]
表2资源环境承载能力各评价要素及权重
[0155]
评价类型评价要素权重土地资源评价土地可利用度0.45水资源评价水资源丰度0.27环境评价环境纳污能力0.08生态评价生态本底特征值0.19灾害评价灾害危险性0.01
[0156]
步骤s14、计算资源环境承载能力综合指数并划分资源环境承载能力等级。
[0157]
采用多因素综合评价法对资源环境承载能力进行综合评价，根据资源环境承载能力单项评价结果及对应权重值，采用加权指数和模型把评价单元内评价要素对国土空间资源环境承载能力的综合影响转换为评价单元总分，以此作为区域资源环境承载能力指数值，评价结果分值越高，则代表该区域的适宜性越好，反之则差。计算公式为：
[0158]
q＝∑mi·
ni′
[0159]
式中，q为资源环境综合承载力指数；mi为第i项要素的指标权重值；ni′
为第i项要素的标准化分值。
[0160]
利用arcgis中field calculator工具，结合评价要素标准化分值及其权重，加权计算得到资源环境综合承载力指数，公式如下：
[0161]
资源环境综合承载力指数＝土地可利用度
×
0.45+水资源丰度
×
0.27+环境纳污能力
×
0.08+ 生态本底特征值
×
0.19+灾害危险性
×
0.01
[0162]
针对资源环境承载能力评价结果，本发明采用自然断裂点法进行自动分级，并自动生成和输出研究区资源环境承载能力评价图及结果表。资源环境承载能力评价结果分为高水平区、较高水平区、中水平区和低水平区4个等级。其中，邛崃市的资源环境承载能力评价结果表如下表所示：
[0163]
表3邛崃市资源环境承载能力评价结果表
[0164]
资源环境承载能力等级面积(km2)比重高水平401.6028.94％较高水平373.0526.88％中水平359.1925.88％低水平254.0718.31％
[0165]
步骤s2、根据资源环境承载能力评价结果，进行相应国土空间功能初始适宜度的计算。
[0166]
其中，国土空间功能适宜性评价是在资源环境承载能力评价基础上，通过综合考虑国土空间功能的导向及内涵，判断评估国土空间自然、经济、社会条件对城镇生产、城镇生活、乡村生产、乡村生活、生态供给服务、生态调节服务和生态支持服务七类功能类型的适宜程度。针对资源环境承载能力高水平区、较高水平区和中水平区，应开展七大国土空间功能适宜性评价，而针对资源环境承载能力低水平区，仅开展三大生态功能适宜性评价。
[0167]
步骤s21、划分国土空间功能类型并确定评价单元，建立国土空间功能适宜性评价指标体系。
[0168]
其中，国土资源具有多宜性，这就决定了国土开发可用于多个目标以满足人类的不同需要，表现为同一地域空间具有多种功能。邛崃市国土空间功能系统包括城镇生产功能、城镇生活功能、乡村生产功能、乡村生活功能、生态供给服务功能、生态调节服务功能和生态支持服务功能七大功能。结合邛崃市城镇、乡村和生态状况，通过理论评价、规范参考、文献佐证及咨询专家意见后，考虑七大功能的适宜性受土地自然生态和人类社会经济等多种因素的影响，选择能够代表城镇生产功能、城镇生活功能、乡村生产功能、乡村生活功能、生态供给服务功能、生态调节服务功能和生态支持服务功能的指标作为初始指标，国土空间适宜性评价初选指标如下表所示：
[0169]
表4国土空间功能适宜性评价初选指标
[0170]
[0171]
[0172][0173]
初始指标的选取具有很大的主观随意性，评价指标的确定受个人经验的影响较大，为使本次评价的指标更具有科学性及合理性，本技术实施例利用spss软件的pearson相关性评价，根据评价因子的相关性，剔除相关性较高的指标，这样选出的指标集既有代表性又不重复。
[0174]
完成评价因子相关性后，最终建立国土空间功能适宜性评价指标体系。国土空间功能适宜性评价指标体系包含城镇生产功能、城镇生活功能、乡村生产功能、乡村生活功能、生态供给服务功能、生态调节服务功能和生态支持服务功能7大功能和地块集中度、经济综合发展水平、交通网格密度、人口聚集水平、交通优势度、公共服务功能、土壤养分、耕作便利度、田块形状指数、村庄占地规模、植被净初级生产力、水资源涵养量、固碳释氧量、蒸散量、环境净化能力、土壤保持量、生境质量等17项指标。国土空间功能适宜性评价指标体系如下表所示：
[0175]
表5国土空间功能适宜性评价指标
[0176]
[0177][0178][0179]
步骤s22、计算国土空间功能示意性指标体系中的评价指标值，并对评价指标值进行去量纲处理。
[0180]
其中，运用国土空间功能适宜性评价指标计算方法分别计算步骤s21中所提及的17项国土空间功能适宜性评价指标的指标值，国土空间功能适宜性评价指标计算方法如下表所示：
[0181]
表6国土空间功能适宜性评价指标计算方法
[0182]
[0183][0184]
为确保相应权重的准确性，本技术实施例采用阈值法对评价指标进行标准化处理，运用层次评价法和熵权法相结合的方法确定各层次指标对上一层次目标的相对重要性，从而得到各层指标相对于总目标的综合权重值，既可以降低主观赋权中人为主观误判带来的影响，又可以避免客观赋权忽略了指标本身重要程度带来的误差。
[0185]
步骤s23、在去量纲处理的基础上，确定各评价指标权重。
[0186]
根据步骤s22去量纲处理的评价指标，确定城镇生产功能、城镇生活功能、乡村生产功能、乡村生活功能、生态供给服务功能、生态调节服务功能和生态支持服务功能等七类国土空间功能适宜性评价指标的综合权重，如下表所示：
[0187]
表7国土空间功能适宜性评价指标权重
[0188][0189]
步骤s24、根据各评价指标权重计算国土空间功能适宜性综合指数，确定国土空间功能的初始适宜度。
[0190]
针对国土空间功能适宜性评价结果，本发明采用自然断裂点法进行自动分级，并自动生成和输出城镇生产空间、城镇生活空间、乡村生产空间、乡村生活空间、生态供给服务空间、生态调节服务空间和生态支持服务空间等七大国土空间功能适宜性评价结果表和评价等级图，如图3所示。七大国土空间功能适宜性均分为高度适宜、中度适宜和低度适宜。从结果可以看出，邛崃市国土空间同种功能的各级适宜区间分区明显，国土空间不同功能间的各级适宜区分布差异性显著，且同类空间的不同功能间的高度适宜区有明显的重叠现象，说明国土空间功能间的竞争现象突出。
[0191]
如图3所示，城镇空间包含城镇生产功能和城镇生活功能，两大功能的高度适宜区重叠区域达99.37km2。重叠区域占城镇生产功能高度适宜区面积的84.88％，占城镇生活功能高度适宜区面积的24.36％。根据城镇生产功能适宜性评价结果图，城镇生产功能低度适
宜区居多，面积为822.57km2，占研究区面积的59.27％；中度适宜区面积为448.29km2，占研究区面积的32.30％；高度适宜区分布较少，面积为117.06km2，占研究区面积的8.43％。根据城镇生活功能适宜性评价结果图，城镇生活功能三种等级适宜区面积分布相当，低度适宜区、中度适宜区和高度适宜区的面积分别为466.93km2、513.08km2、407.91km2，分别占研究区面积的33.64％、36.97％、29.39％。
[0192]
乡村空间包含乡村生产功能和乡村生活功能，两大功能高度适宜区重叠区域面积为 90.82km2。重叠区域占乡村生产功能高度适宜区面积的15.74％，占乡村生活功能高度适宜区面积的84.35％。根据乡村生产功能适宜性评价结果图，乡村生产功能低度适宜区和高度适宜区均分布较广，面积分别达到640.04km2、577.03km2，分别占研究区面积的46.12％、41.58％；中度适宜区分布较为分散，面积仅有170.84km2，占研究区面积的12.31％。根据乡村生活功能适宜性评价结果图，乡村生活功能中度适宜区面积最大，为740.37km2，占研究区面积的 53.34％；低度适宜区面积为539.87km2，占研究区面积的38.90％；高度适宜区分布最散，面积仅为107.67km2，占研究区面积的7.76％。
[0193]
生态空间包含生态供给服务功能、生态调节服务功能和生态支持服务功能，三大功能高度适宜区的重叠部分面积仅为30.11km2，这主要是因为生态调节服务功能高度适宜区面积较低。而生态供给服务功能和生态支持服务功能的高度适宜区重叠区域面积高达441.99km2，重叠区域占生态供给服务功能高度适宜区面积的86.27％，占生态支持服务功能高度适宜区面积的68.35％。根据生态供给服务功能适宜性评价结果图，生态供给服务功能高度适宜区和中度适宜区分布较广且集中，面积分别达到512.31km2、764.22km2，分别占研究区面积的36.91％、 55.06％；低度适宜区面积为111.38km2，占研究区面积的8.03％。根据生态调节服务功能适宜性评价结果图，生态调节服务功能中度适宜区和低度适宜区面积较大，面积分别达到701.61km2、648.26km2，分别占研究区面积的50.55％、46.71％；高度适宜区面积较少，面积仅有38.04km2，占研究区面积的2.74％。根据邛崃市生态支持服务功能适宜性评价结果图，邛崃市生态支持服务功能高度适宜区面积最大，为646.69km2，占研究区面积的46.59％；中度适宜区面积次之，为584.64km2，占研究区面积的42.12％；低度适宜区面积最少，仅有 156.58km2，占研究区面积的11.28％。
[0194]
步骤s3、构建国土空间功能博弈模型，通过所述国土空间功能博弈模型求解获得最优均衡战略下国土空间功能类型的选择概率。
[0195]
根据所构建国土空间功能博弈模型编写程序代码，获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率。
[0196]
步骤s4、将最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率作为修正系数，对相应国土空间功能的初始适宜度进行修正，得到国土空间功能的最终适宜度。
[0197]
步骤s5、基于国土空间功能的最终适宜度，划分国土空间的适宜性等级。
[0198]
其中，利用国土空间功能博弈模型获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率，修正国土空间功能初始适宜度，得到国土空间功能最终适宜度，选取合适的分级阈值，确定国土空间适宜性等级，如图4所示。优化后的邛崃市国土空间各功能高度适宜区分布明显无重叠相交区域，即无功能竞争区。这说明国土空间功能博弈模型从根本上解决了传统多因素综合评价法时出现的空间冲突与竞争问题，极大地增加了国土空间适宜性评价结果作为国土空间重构的合理性及实用性，能够更好为国土空间规划服务。
[0199]
邛崃市城镇生产功能最终适宜度高值区分布国土空间功能适宜性评价中的高度适宜区相似，主要集中在中心城区和东部羊安镇片区的现状工业区，这些地区交通便利、经济活动活跃，是全市经济发展的中心；城镇生活功能最终适宜度高值区集中分布在中心城区和各乡镇中心，这些地方地理位置优越、基础设施完善、人口集中，这些区域能为城镇市民的生活质量提供可靠的保障。乡村生产功能最终适宜度高值区集中分布在东部地形较为平坦、开阔的平坝区和山间谷地等地，这些区域地势更平坦、土壤条件较优、距离道路及居民点较近，不仅适合农业生产，而且方便管理及产品运输；乡村生活功能最终适宜度高值区集中在现状农村居民点聚集地附近，这些区域农业人口及村庄分布集中，为乡村生活功能提供了有力的支撑。生态供给服务功能最终适宜度高值区分布零散，无明显集中分布区域，可能是在博弈的过程中，生态供给服务功能因为功能量较小且转出概率较大，因此被其他功能稀释而出现分布破碎现象；生态调节服务功能最终适宜度高值区主要分布在西部龙门山脉沿线、中部深丘区和东部河流水系处，西部龙门山脉沿线及中部深丘区植被茂盛、人为干扰相对较少，东部河流水系处水资源丰富，这些区域的固碳释氧量、蒸散量及环境净化能力强，为生态调节服务功能提供了良好的条件；生态调节服务功能最终适宜度高值区主要分布在西北部南宝山、九顶山区域，该区域地势起伏较大、山峦重叠、沟壑纵横，能较好的承担生态调节服务功能，如图5所示。
[0200]
基于博弈论的国土空间功能博弈模型能够有效解决国土空间功能竞争问题。多因素综合评价法在适宜性评价中应用最为广泛，该方法得到的国土空间初始适宜度虽然和国土空间功能现状分布结果符合，但存在着高度适宜区重叠的问题，这就引发了不同国土空间功能在同一国土空间的冲突与竞争问题。而本技术实施例结合博弈模型最优解优化得到的国土空间功能最终适宜度相较于传统评价方法所得到的国土空间功能初始适宜度，不同功能之间的高度适宜区分布差异明显，相互之间无冲突竞争现象。以初始适宜度竞争最激烈的城镇生产功能高度适宜区和城镇生活功能高度适宜区为例，如图5所示，图中a代表城镇生产功能最终适宜度等级情况，b代表城镇生产功能初始适宜度等级情况，c代表城镇生活功能最终适宜度等级情况，d代表城镇生活功能初始适宜度等级情况，a代表城镇生产功能最终适宜度在中心城区等级情况，b代表城镇生产功能初始适宜度在中心城区等级情况，c代表城镇生活功能最终适宜度在中心城区等级情况，d代表城镇生活功能初始适宜度在中心城区等级情况。由a与c、 b与d的高度适宜区布局相互比较可以看到，城镇生产功能最终适宜度的高度适宜区与城镇生活功能最终适宜度的高度适宜区无相交区域，即无冲突区。而城镇生产功能初始适宜度的高度适宜区与城镇生活功能初始适宜度的高度适宜区重叠区域较多，可见两大功能初始适宜度的高度适宜区冲突区域大，竞争明显。因此，结合博弈模型最优解优化得到的国土空间功能最终适宜度更符合实际应用需要。
[0201]
实施例3
[0202]
本实施例在实施例1和实施例2的基础上提供了一种基于最优均衡战略的国土空间适宜性评价系统，该系统包括：
[0203]
资源环境承载能力评价模块，所述资源环境承载能力评价模块用于确定资源环境承载能力单项评价要素和评价单元，构建评价指标体系，开展资源环境承载能力单项评价，并对评价结果进行去量纲处理，确定单项评价要素权重，计算资源环境承载能力综合指数并划分资源环境承载能力等级；
[0204]
国土空间功能初始适宜度计算模块，所述国土空间功能初始适宜度计算模块用于在资源环境承载能力分析结果基础上，计算国土空间功能初始适宜度；计算国土空间功能初始适宜度包括划分国土空间功能类型并确定分析单元，建立国土空间功能适宜性分析指标体系，计算分析指标值并进行去量纲处理，确定各评价指标权重，计算国土空间功能适宜性综合指数，确定国土空间功能初始适宜度；
[0205]
国土空间功能最终适宜度计算模块，所述国土空间功能最终适宜度计算模块用于构建国土空间功能博弈模型，获得最优均衡战略下各类国土空间功能类型的选择概率，并应用各类国土空间功能类型的选择概率对相应国土空间功能初始适宜度进行修正，得到实现最优战略均衡的国土空间功能最终适宜度。
[0206]
国土空间功能适宜性等级划分模块，所述国土空间功能适宜性等级划分模块用于根据国土空间功能最终适宜度，选取合适的分级阈值，确定国土空间适宜性等级；
[0207]
输出模块，所述输出模块用于输出国土空间适宜性评价结果。
[0208]
1.新颖性。在主流的资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南中，其国土空间适宜度确定方法以多因素综合评价法最为常见，即将各单因子指标值进行去量纲处理后，计算各单项因子的加权算术平均值，并将其作为该类国土空间适宜度的度量指标。这种评价方法忽略了国土空间利用综合功能效益及其国土空间功能系统的稳定性，而且评价结果时常存在多种高适宜度国土空间重叠现象(即产生了空间竞争区)，在国土空间规划时，规划者无法根据其所得适宜度进行空间类型的确定，不能很好的为当前国土空间规划编制提供技术支持。本发明创新引入完全信息静态博弈理论，将国土空间利用决策者、国土空间功能系统作为参第一决策者与第二决策者，国土空间功能类型作为战略空间，国土空间功能大小作为收益函数，建立国土空间功能博弈模型，获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率，再用选择概率对常规方法获取的国土空间适宜度(即国土空间初始适宜度)进行修正，得到最终适宜度，据此确定国土空间适宜性，解决了常规评价方法无法解决的技术难题，具有新颖性。
[0209]
2.创造性。本发明的关键技术创新是在常规国土空间适宜性评价基础上(s2：计算国土空间功能初始适宜度)，应用完全信息静态博弈理论，构建了国土空间功能博弈模型，获得最优均衡战略下的国土空间功能类型的选择概率，并将其作为修正系数对评价单元相应的国土空间功能初始适宜度进行修正，得到国土空间最终适宜度，获得了综合功能效益高、稳定性强，可以避免多种高适宜度国土空间功能类型冲突的评价结果，具体为：
[0210]
(1)现行的国土空间适宜性评价法多为多因素综合评价法，这类评价技术方法存在三大缺陷：一是忽略了适宜度的稳定性，没有考虑到规划者对国土空间的配置与国土空间功能系统之间的相互作用关系对适宜度稳定性的影响；二是得到的适宜度没有考虑国土空间利用功能综合效益，即可能存在依据高度适宜区构建形成的国土空间格局的综合功能效益较低的问题；三是评价结果可能会出现多类高度适宜国土空间重叠问题，无法为国土空间功能类型确定提供有效参考。
[0211]
(2)将国土空间利用决策者、国土空间功能系统作为第一决策者与第二决策者，构建零和博弈模型，获得最优混合战略(含最优纯战略)纳什均衡解，即获得了使国土空间利用决策者与国土空间功能系统双方收益都达到最大时，各自对各国土空间功能类型的最佳选择概率。根据博弈理论，该选择概率是双方都不愿意打破的最佳选择概率，具有较强的稳
定性，将其作为国土空间功能初始适宜度的修正参数，可解决当前国土空间适宜性评价方法未考虑适宜度稳定性的技术缺陷。
[0212]
(3)综合考虑国土空间功能大小、适宜性、稳定性，将国土空间功能量、初始适宜度、转移概率的乘积作为收益函数，构建零和博弈模型，获得使博弈双方收益均达到最大的混合战略(含最优纯战略)纳什均衡解(即第一决策者a对各国土空间功能类型的最佳选择概率)，并将其作为国土空间功能初始适宜度的修正系数，可解决现行国土空间适宜性评价方法忽略国土空间利用综合功能效益的技术缺陷。
[0213]
(4)从国土空间利用决策者的视角出发，将零和博弈模型转化为线性规划模型，求解得到国土空间利用决策者对于各国土空间功能类型的最佳选择概率，再用该选择概率对相应国土空间功能初始适宜度进行修正，得到最终适宜度，确定国土空间适宜性等级，解决现行国土空间适宜性评价方法所得评价结果存在的高适宜度国土空间竞争的技术缺陷。
[0214]
3.应用性。该发明解决了现行国土空间适宜性评价技术方法存在的忽略国土空间利用综合功能效益及其功能系统稳定性，以及评价结果存在多个高适宜度国土空间冲突的技术缺陷，所得的评价结果实现了国土空间利用综合功能效益的最大化，确保了国土空间适宜度的稳定性，协调了多个高适宜度国土空间冲突问题，可以为国土空间格局优化与重构、国土空间功能分区、“三区三线”(城镇空间、农业空间、生态空间三种类型的空间，城镇开发边界、永久基本农田保护红线、生态保护红线三条控制线)划定等国土空间规划各项具体工作提供全方位技术支撑。例如，可将供给服务、调节服务、支持服务等生态空间高度适宜区作为生态红线划定的基础，将乡村生产、乡村生活空间高度适宜区作为农业空间优化布局的基础。
[0215]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。