基于線性規劃運輸模型的農地整理權屬調整

張曉濱，葉艷妹

（浙江大學土地管理系，杭州 310058）

基于線性規劃運輸模型的農地整理權屬調整

張曉濱，葉艷妹※

（浙江大學土地管理系，杭州 310058）

農地整理中的權屬調整是緩解耕地破碎化最有效的工具之一，對農民意愿的忽視以及調整方法的不合理卻阻礙著權屬調整的推廣。該研究以江西省黃玲鄉農地整理項目為例，采用線性規劃運輸模型，以滿足農戶意愿為目標，進行權屬調整，并將其與傳統調整方法進行了比較。結果顯示，基于線性規劃運輸模型的權屬調整能夠使地塊數量減少71.71%，使地塊與農居點距離減小7.16%，使75.04%的農民調整后的地塊保留在調整前集中所在的田塊，并在以上3方面以及調整精度上均優于傳統方法；但是在減小地塊分散程度上劣于傳統方法；在調整效率上則與傳統方法在不同階段各有優劣。研究認為，基于線性規劃運輸模型的權屬調整能夠在緩解耕地破碎化的同時，最大程度地滿足農民的意愿，具有良好的應用價值。目前，豐富權屬調整方法體系，根據項目條件和農民偏好選擇合適的方法，是促進權屬調整大規模推廣的有效途徑。

土地整治；模型；耕地破碎；權屬調整；運輸模型；線性規劃

張曉濱，葉艷妹. 基于線性規劃運輸模型的農地整理權屬調整[J]. 農業工程學報，2017，33(7)：227－234.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.030 http://www.tcsae.org

Zhang Xiaobin, Ye Yanmei. Land reallocation in farmland consolidation based on transportation model of linear programming[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 227－234. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.030 http://www.tcsae.org

0 引 言

耕地破碎化是世界各國均面臨的一項農業問題[1]，由于人口眾多，耕地面積少，加上在耕地發包時為保證公平而采用的 “肥瘦搭配”的土地分配方式，中國成為世界上耕地破碎化程度最為嚴重的幾個國家之一[2]。耕地破碎化嚴重影響著農業生產效率[3]，成為制約中國農業競爭力提升與農民生活水平提高的一項重要因素。

農地整理中的權屬調整，通過對承包地塊位置與權利關系的調整，能夠有效地減少地塊數量、增大地塊規模，成為改善耕地權屬破碎狀況有效的工具之一。然而目前中國農地整理項目，仍然多是從工程設計角度出發，通過改變土地物理形態、以及提供農業基礎設施來達到提高農用地產出率的效果[4]，涉及地塊合并、權屬調整的農地整理項目僅占50.89%，而其中涉及土地承包經營權調整的土地面積，約占項目總面積的 14.92%[5]，農地整理沒有發揮出其應有的改善耕地破碎化的作用。一方面因為項目區農民往往對權屬調整具有較強的抵觸情緒，使得權屬調整成為農地整理最為復雜的階段[6-7]；另一方面，缺乏一套能夠有效協調不同主體間利益關系的管理機制，以及缺乏在眾多復雜因素限制下快速實現權屬調整目標的技術方法體系，也是制約權屬調整在農地整理中推廣的一個重要原因。

為了解決這一問題，對農地整理中權屬調整的改進，需要從管理與運行機制和技術方法體系2個方面入手[8]。從20世紀90年代起，在權屬調整管理體制相對成熟的基礎上，國外相關研究重點開始逐漸轉向權屬調整模型構建[9-11]，并通過優化算法[12-14]、元啟發算法[15-18]與地理信息系統（geographic information system, GIS）[19-21]、空間決策支持系統（spatial decision support system, SDSS）[22]、專家系統（expert system, ES）[23-24]等技術相結合求解模型，從而協調權屬調整相關主體間的利益、提高調整效率，實現權屬調整結果的最優或近似最優化。

中國目前的土地權屬調整研究，仍然主要集中在管理體制層面，包括權屬調整立法[25]、機構設置和運行機制完善[26]以及公眾參與研究[27]，少數涉及到土地權屬調整方法的研究[28]，幾乎都集中于權屬調整前后土地價值分配上，鮮有研究涉及權屬過程中地塊位置的空間分配。權屬調整方法單一且缺乏針對性，傳統調整方法中存在的過分依賴人工勞動以及地塊位置確定過程很難兼顧農民意愿等問題，迄今為止都未得到較好的解決。

本研究以權屬調整過程中地塊的空間分配問題為重點，構建了基于線性規劃運輸模型的權屬調整方法，以期豐富權屬調整方法體系，促進權屬調整的推廣。

1 研究區與數據來源

1.1 數據來源及處理

本研究的研究區域為江西省九江市彭澤縣土地整理項目黃玲片區。研究涉及數據主要包括整理前項目區內土地利用現狀數據、整理后項目區內耕作田塊（由路、溝、渠等工程設施圍成的大塊土地，以下簡稱田塊）規劃圖以及土地承包經營權登記數據。以上數據分別由九江市國土局土地整理中心以及彭澤縣農業局提供。

土地利用現狀以及項目區田塊規劃的原始數據為mapgis格式，土地承包經營權登記原始數據為AutoCAD格式，將以上數據格式均轉換為arcgis格式。此外，項目區土地利用數據與權屬登記數據來源于不同單位，由于誤差的存在導致部分數據無法匹配，本研究以項目區土地利用現狀為基準，結合Google遙感影像對承包登記數據進行了一定的修正。

1.2 研究區基本概況

研究項目區位于九江市彭澤縣黃玲鄉，其地理位置位于116°33′09″－116°35′08″E，29°49′50″－29°51′00″N，總規模183.49 hm2，該項目涉及繁榮和金黃2村，其中涉及繁榮村農民265戶，土地面積59.93 hm2；金黃村農民440戶，土地面積123.56 hm2。該地區屬濕潤季風氣候，四季分明，雨量充沛，日照充足。區域內土壤基礎條件較好，成土母質較優，耕作層厚，肥力中上等，適宜耕作。但區內耕地支離破碎，分割嚴重；灌溉與排水設施嚴重老化難以滿足區域內灌溉與排水的有效調配；農田路網混論，地塊與居民點之間的連通性差，亟需土地整理改善生產條件。

2 研究思路與方法

2.1 研究思路

在中國實踐與研究中，權屬調整方法單一，主要通過抓鬮進行地塊再分配[29]。本研究則首先基于現有研究和實地調研，確定了項目區農戶的主導意愿；其次以滿足農戶意愿為目標，完成基于線性規劃運輸模型的權屬調整方法的技術細節，對調整后地塊進行空間再分配，并通過設計基于Python的地塊自動形成算法，實現整個權屬調整過程；最后，從耕地破碎的緩解程度、地塊位置變動程度和調整的精度和效率 3個方面，將其與傳統的基于抓鬮的權屬調整方法進行比較，對基于線性規劃運輸模型的調整方法的應用價值以及 2種模型的優劣進行檢驗與對比。

2.2 農戶意愿分析

在權屬調整過程中，能否根據農民的普遍意愿有針對性的構建并使用相應的方法，是其成功與否的關鍵因素[30]。因此，本研究所構建的權屬調整模型以滿足農戶意愿為目標。

目前研究中反映出的農戶意愿主要包括：①減小地塊位置變動[2,6,13-14,23-24,31]，尤其是原面積最大（或價值最高）地塊的位置變動；②減小地塊與農居點的距離[14,32-33]；③保留建有自建基礎設施的地塊位置不變[2,18,23-24]；④與親戚朋友地塊相鄰近[6]。此外，通過對項目區農戶的走訪調研，發現農戶針對權屬調整的意愿還有：⑤減少地塊數量；⑥地塊區位條件要好；⑦權屬調整過程要公平。

本項目區內并無自建農業基礎設施，因此意愿③不納入考慮范圍，同時持有意愿④的農戶也較少，出于簡化研究的考慮將其忽略。

2種方法對意愿①、②、⑤、⑥、⑦的實現程度各有側重。基于線性規劃運輸模型的調整方法能夠針對性地滿足意愿①、②、⑤。其中意愿①可以通過將調整后的地塊盡量集中調整前多數地塊所在的田塊中而得以實現；意愿②可以通過直接設定減小地塊與農居點間距離為優化目標來實現；意愿⑤是農民反映出的主要意愿之一，也是權屬調整的目標。不過其可以與意愿①相融合，因為使調整后地塊盡量集中向同一位置時，也意味著地塊數量的減少，從而可以簡化模型。由于項目區內所有農戶都希望得到好區位條件的地塊，最簡單便捷的調整方式便是通過隨機調整以充分保證程序公平，因此相較于基于線性規劃運輸模型的調整方法，傳統調整方法能夠更好地處理意愿⑥和⑦。

2.3 傳統權屬調整方法

傳統的基于抓鬮的權屬調整過程可以被概括為 3個階段：調整后耕地面積計算；地塊分配順序的確定；最終地塊的形成。

2.3.1 調整后承包地面積計算

調整前后農戶承包耕地面積變化主要有 3個來源：新增耕地的分配，路溝渠等工程設施占地的分攤，以及根據不同位置的土地的相對價值差異進行的不同位置間地塊面積的折算。

其具體計算公式如下式

式中jS′表示調整后農戶j的承包地面積；jbS′表示農戶調整后位于評價單元b的承包地面積；S表示調整前項目區內承包地總面積；Sj表示調整前農戶j的承包地面積；NFS表示土地整理后新增耕地總面積；ISS表示基礎設施占用耕地總面積，hm2；Rab表示區域內評價單元a、b之間地塊面積折算系數。

由于整理后區域內耕地異質性較小，此次調整過程Rab視為1。

2.3.2 地塊分配順序確定

地塊的分配過程包含協商討論和抓鬮2部分。首先，為兼顧意愿②，保證同一村組內農戶間土地相對集中且鄰近其居民點，根據農居點的分布，將項目區分為 6個區塊，并在區塊內確定地塊分配的起點以及地塊安排的走向。之后以農居點為范圍進行抓鬮，確定農居點內不同農戶的地塊安排順序，根據抓鬮決定的次序和協商決定的地塊安排走向，確定每一農戶地塊的最終位置。

2.3.3 最終地塊形成

確定農戶承包地面積和地塊分配方式和順序后，綜合考慮地塊面積與田塊面積、路溝渠布設、以及前后地塊間位置關系等因素，對地塊最終形狀確定。地塊界線劃定結束之后，權屬調整的實施過程全部完成。

2.4 基于線性規劃運輸模型的地塊再分配

運輸模型線性規劃中用于解決資源分配問題的常用方法，其核心思想可以被表述為，將一定數量的資源從m個供給點運輸至n個需求點處，并使運輸的總成本最小[34]。而權屬調整過程的實質也是一個空間土地資源的再分配過程[35]，它可以被表述為為滿足一定目標而對項目區內n個農戶的土地在整理后形成的m個田塊內進行分配[24]。其中田塊對應運輸模型中的“供給點”，田塊中土地面積代表供給量；而農戶則對應運輸模型中的“需求點”，農戶調整后的土地面積代表需求量；對農戶意愿的偏離程度則為地塊分配的“成本”。

2.4.1 目標函數

基于上述農戶意愿分析，該模型需包含以下 2項目標：1）減小調整前后地塊位置移動；2）減小地塊位置與農居點間距離。

針對目標1），本模型采取地塊在調整前后是否位于同一田塊內表征地塊位置變動[13-14,16]，即將同一農戶盡可能大面積的土地調整至其原地塊集中所在的田塊內。其數學表達如下

式中cost1表示成本因素1，也即對該農戶意愿的偏離程度；Xij表示調整后農戶j位于田塊i的地塊的面積，hm2；Fij表示調整前農戶j位于田塊i的地塊面積占田塊i總面積的比例；Sij表示調整前農戶j位于田塊i的地塊面積Si表示田塊i的面積，hm2；m表示項目區內田塊數；n表示項目區內農戶數。

針對目標（2），由于地塊最終位置確定前無法計算地塊與農居點的距離，因此，本文采用地塊所在田塊質心與農居點質心的距離對地塊到農居點距離進行簡化。由于項目區內田塊規模較小，采用這一簡化值實現地塊向農居點附近集中的目標。其數學表達式如下

式中cost2表示成本因素2，也即對該農戶意愿的偏離程度；Dij表示田塊i質心與農戶j所在居民點質心的距離。

兩項目標具有相互約束的作用：過分強調減小地塊位置變動會導致地塊離農居點距離增大，不利于耕作；過分強調減小地塊與農居點距離則會增加地塊位置的變動。經過專家協商，對各目標賦予相同的權重。最終模型的目標函數為

2.4.2 約束條件

本模型中約束條件可概括為農戶j位于各田塊內的地塊面積之和等于農戶j調整后的承包面積；各農戶分配于田塊i內的地塊面積之和等于田塊i的面積，其數學表達如下

式中PAj表示調整后農戶j承包地的面積；BAi表示整理后田塊i的面積，hm2。

2.4.3 最終模型

土地位置再分配最終模型如下

2.5 基于Python的地塊自動形成簡易算法

地塊的形成是在地塊所坐落的田塊確定的情況下，對地塊在田塊中具體位置和形狀進行確定的過程。此階段實質上是一個幾何學的過程[35]，不同方法技術的使用在地塊形成的效率和精度會有較大差別。中國目前實踐中，這一工作的完成仍然是依賴于專家經驗的試錯過程，由于這一過程涉及因素眾多，完全依賴人力難免會導致地塊形狀設計不合理、效率和精度較低等問題。近年來，國外學者已研究采用模擬退火[15]、遺傳算法[17]等多種優化或啟發式算法完成這一過程，以提高運行效率。然而國內相關研究還十分匱乏。

Python算法流程見圖1。

圖1 基于Python的地塊自動形成算法流程Fig.1 Land partitioning flow based on Python algorithm

為提高這一階段的運行效率和精度，本研究選取了與ArcGIS平臺結合較好的Python編程語言，設計了地塊自動形成的簡易算法，其具體思路為：在田塊內按照地塊面積從大到小的順序安排地塊，根據田塊的方向及農業工程設施確定橫縱 2條分割線，通過縱向分割線的移動確定地塊長寬比在一定范圍內（本研究根據實踐經驗選擇地塊長寬比范圍為1∶8至1∶2），通過橫向分割線的移動確定圖形面積。當分割線與田塊邊界所圍成的圖形面積與地塊面積的差值在±10 m2內，便進入下一地塊的運行。當所有田塊完成分割后，整個程序終止，權屬調整方案形成。

3 結果分析

3.1 土地利用與權屬狀況分析

3.1.1 整理前土地利用及權屬

該土地整理項目黃玲片區位于黃嶺鄉繁榮村和金黃村境內，總面積為 183.49 hm2，其中整理前耕地面積為139.75 hm2，是項目區內主導的土地利用類型（圖2）。同時由表 1可知，項目區耕地破碎化現象極其嚴重，在戶均耕地面積僅為0.197 hm2的情況下，每戶平均地塊數量達到3.83塊之多，平均地塊面積僅為0.051 hm2。此外，項目區內承包地塊形狀極不規則且同一農戶承包的地塊空間分布極為分散，都加劇了耕地破碎化的嚴重性。

圖2 整理前項目區土地利用狀況Fig.2 Status of land use before land consolidation

3.1.2 整理后的田塊規劃

承包經營權調整開始前，通過協商對 2村的不規則邊界以及位于金黃村域內的繁榮村的飛地進行了集體土地所有權調整，形成了規則的村界，在此基礎上完成項目區田塊的規劃（圖3）。由表2可知，通過對部分零星坑塘的填埋、部分廢棄園、林地的復墾等，項目區內耕地面積得到了有效的增加，扣除項目區內新增的工程設施用地，耕地面積共增加了28.72 hm2。同時，由于路溝渠等農業基礎設施的配套，使得區域內農業生產條件得到改善，旱地均改為水田，項目區耕地異質性減小。然而，實施權屬調整前，農戶承包地塊的空間分布仍然十分分散，破碎化未得到實質性改善。因此，只有通過大規模的權屬調整，才能實現區域內的農業規模化生產。

表1 整理前項目區承包地權屬狀況Table1 Status of cadaster before land consolidation

圖3 項目區田塊規劃Fig.3 Planning of farmland blocks

表2 整理前后主要土地利用類型面積變化Table2 Changes of land use type before and after land consolidation hm2

3.2 權屬調整結果比較分析

本研究主要對耕地破碎化的緩解程度，農戶承包地塊調整前后地塊位置變動程度以及調整的效率與精度 3個方面比較2種不同模型的運行結果。

3.2.1 耕地破碎化程度緩解

1）地塊數量變化

通過基于線性規劃運輸模型的調整，項目區地塊數量減少了71.71%，戶均地塊數量減至1.08，平均地塊規模擴大至0.223 hm2；經過傳統方法調整后，項目區地塊數量減少了70.00%，戶均地塊數量減至1.14，平均地塊規模增加至0.210 hm2（表3）。2種模型調整后均可以減少項目區內地塊的數量，從而改善項目區內的耕地破碎化程度（圖4）。從地塊數量減少（或平均地塊規模增加）的比例上來看，基于線性規劃運輸模型的調整略優于傳統方法。

表3 項目區地塊數量變化比較Table3 Comparison of number of land parcels change

表4也佐證了這一結論。經過基于線性規劃運輸模型調整后，項目區92.91%的農戶承包地塊數減至 1，且承包地塊數量為2塊的為46戶，3塊的僅4戶；而調整后，項目區有89.08%的農戶承包地塊數減至1，仍有54戶農戶承包地塊數為2，23戶承包地塊數量為3。顯然，向原地塊位置集中的目標函數的確很好地實現了減少地塊數量這一目標，表明了基于線性規劃運輸模型的權屬調整方法在緩解耕地破碎方面的良好功能。

表4 項目區農戶承包地塊數量分布變化比較Table4 Comparison of distribution change of land parcels per household

2）地塊分散程度

在承包地塊數多于 1的農戶的各承包地塊間位置關系這方面，傳統方法的表現相對好于基于線性規劃運輸模型的調整。從圖4中可以看出，在基于抓鬮的模型中，農戶B、E調整后地塊雖然多于1塊，但是各地塊間均相互鄰接；而基于農戶意愿的模型中，農戶D調整后的地塊數為3塊，且分布相對較為分散。分析2村所有地塊數多于 1的農戶，可知傳統方法調整后，同一農戶的不同地塊之間均相互毗鄰，而在基于線性規劃運輸模型調整后，50個農戶中，有24戶承包的地塊被分配在了不相鄰的田塊中，對后續的農業生產會帶來不利的影響。不過，由于項目區總體規模較小，這一問題可以通過一定的人工修正得以快速解決。當項目規模較大，涉及農戶過多時，這一模型的效果則會受到明顯影響，反映了該模型主要適用于小規模土地整理項目。

圖4 項目區權屬調整前后地塊空間分布Fig.4 Spatial distribution of land parcels after land reallocation in study area

3）地塊與農居點距離

本研究求取了調整后每一地塊質心到其對于農居點質心的距離。由這一方法得到的距離并不能夠完全真實呈現實際農業生產過程中農民的往返距離，但基本可以反映2種不同模型在減少地塊與農居點距離上的優劣。

由表 5可知，基于線性規劃運輸模型調整后項目區地塊與農居點的平均距離相較于調整前減少了 34.32 m而經過傳統方法調整后地塊到農居點的平均距離反而比原來增加了76.33 m。可見，雖然抓鬮時地塊的分配是以村組為單位的，也考慮了盡量減少農居點與地塊的距離，但是由于地塊位置確定的隨機性以及人力處理這類問題的局限性，線性規劃運輸模型的處理結果明顯優于傳統模型。

表5 地塊到農居點平均距離比較Table5 Comparison of average distance between rural settlements and land parcels

3.2.2 地塊位置變動

針對盡量保留地塊原位置這一目標，從圖 5可以直觀地看出，基于農戶意愿的權屬調整模型對其的完成度較高，給出的 3個農戶新地塊的位置均位于其原地塊所在的田塊；而對于基于抓鬮的權屬調整模型而言，由于地塊位置確定具有隨機性，新地塊的位置距原地塊位置較遠。

總體來看，基于線性規劃運輸模型調整后，有 529戶（75.04%）農民的地塊位于其原地塊所在田塊，經傳統方法調整后，僅有219戶（31.06%）農民的地塊位于其原地塊所在田塊。可見該新模型能夠在減少地塊數量的同時，有針對性地滿足繁榮村村民的意愿，有利于權屬調整工作的順利推進。

3.2.3 調整效率與精度

表6反映了2種不同模型的運行效率與精度。可以看出，在效率方面，2種模型在權屬調整的不同階段各有優劣。在調整后地塊位置確定階段，傳統方法由于程序簡便易于操作，花費時間少；而基于線性規劃運輸模型的調整過程，由于涉及到對農民意愿與目標函數確定，地塊位置確定所需時間較長，傳統方法較優；而在地塊最終形成階段，采取計算機編程技術的新模型在運行速度上明顯快于傳統方法。同時，在最終形成地塊的精度方面，線性規劃運輸模型最終形成的地塊面積與農戶實際承包的地塊面積平均誤差僅為7.52 m2，而傳統方法的平均誤差則為24.10 m2，線性規劃運輸模型明顯優于傳統方法。這也是借助于 GIS技術、計算機編程技術的必然結果。

表6 模型運行效率與精度比較Table 6 Comparison of efficiency and accuracy

不過，線性規劃運輸模型中基于Python語言所設計的程序重點解決地塊的自動形成問題，地塊形狀設計上雖然有一定約束，然而缺乏優化功能。因此，在最終地塊形狀的確定上也有不盡合理之處。從圖 4可以看出，14號、29號、43號和45號田塊中的部分地塊長寬比嚴重失調，顯然不能直接應用于實踐中。除算法設計本身缺乏形狀優化功能這一原因之外，地塊與田塊面積差別大，難以滿足每一地塊均與田塊邊界相鄰接這一剛性約束也導致了地塊形狀的比例失調。這也說明，在田塊設計的過程中，本身也應當考慮區域內的權屬狀況，基礎工程設施的布局與權屬調整應該是一個相互反饋的過程。

4 討 論

相對而言，基于抓鬮的傳統方法更注重程序公平，因此農民對程序公平要求高的地區，傳統的抓鬮方法依然具有不可替代性。而基于線性規劃運輸模型的權屬調整方法則能針對性的滿足如減少地塊數量、減小地塊位置變動以及減小地塊與農居點距離等意愿。因此在給定管理模式的前提下，權屬調整方法體系的豐富有利于實踐中有針對性的選擇合適的方法開展權屬調整，從而得到農民的支持，提高調整效率，促進權屬調整的推廣。

本研究設計的基于Python的地塊自動形成簡易算法僅是自動化權屬調整的雛形，其主要意義一是在于證明相關技術的引入可以大大提高這一過程的運行效率和精度；二是能夠通過相關參數的修改，產生不同的備選方案，使調整主體可以快速了解不同調整方案的最終結果，從而節省人工調整的時間與犯錯的頻率。

最后，農地整理權屬調整過程中的農戶意愿十分復雜，本文未能涉及全面，而對其深入了解與客觀把握則有賴于今后大規模的調研；農戶、調整主體以及地方政府之間的博弈關系也會影響權屬調整的方法與結果，也應成為今后的研究方向。此外，雖然線性規劃運輸模型在此項目中取得了較好的運行結果，然而部分地塊位置的不合理也說明這一方法在規模更大、約束條件、目標更多的農地整理項目存在局限性，今后還應當進行更深入的研究，進一步豐富權屬調整方法體系。

5 結 論

1）本文基于線性規劃運輸模型，構建了以滿足農戶意愿為目標的農地整理權屬調整方法，并從耕地破碎的緩解程度、調整后地塊位置的變動程度以及調整效率和精度 3個方面對其進行系統性評價，發現：經過該方法調整，項目區內地塊數量可以減少71.71%，地塊與農居點間平均距離減少34.32 m，同時保證75.04%的農戶的地塊位置保留在其原地塊集中所在的田塊，證明該法能在緩解耕地破碎的同時，最大程度地滿足農民的意愿，具有良好的應用價值。

2）對2種方案調整結果的系統比較顯示，基于線性規劃運輸模型權屬調整后的地塊數量比基于傳統方法調整后地塊數量少46塊、地塊與農居點間距離比基于傳統方法調整后得到的結果小110.65 m，調整后，地塊仍位于其原所在田塊的農戶數量比基于傳統方法調整所得的多 310戶，同時基于線性規劃運輸模型的權屬調整精度顯著高于傳統方法，平均地塊面積誤差小16.58 m2。不過在調整后地塊分散程度上，傳統方法調整后同一農戶承包地塊全部相鄰接，但基于線性規劃運輸模型權屬調整后仍有24戶農戶地塊處于分散狀態，傳統方法較優；傳統方法在地塊位置分配階段效率也較高。

[1] Di Falco S, Penov I, Aleksiev A, et al. Agrobiodiversity, farm profits and land fragmentation: Evidence from Bulgaria[J]. Land Use Policy, 2010, 27(3): 763－771.

[2] Demetriou D. The Development of an Integrated Planning and Decision Support System (IPDSS) for Land Consolidation[D]. Leeds: University of Leeds, 2012.

[3] Burton S P. Land consolidation in Cyprus: A vital policy for rural reconstruction[J]. Land Use Policy, 1988, 5(1): 131－147.

[4] 張鳳榮，周丁揚，徐艷，等. 做好地塊調整是發揮土地整理項目最大效益的重要環節[J]. 中國土地科學，2009，23(11)：50－54. Zhang Fengrong, Zhou Dingyang, Xu Yan. Well adjustment of farmland plots is the key linkage for benefit maximizing in land readjustment projects[J]. China Land Sciences, 2009, 23(11): 50－54. (in Chinese with English abstract)

[5] 王長江. 農村土地整治權屬調整與管理模式研究[D]. 北京：中國礦業大學，2011. Wang Changjiang. Study on Property Adjustment and Management Models of Rural Land Reclamation[D]. Beijing: China University of Mining and Technology, 2011. (in Chinese with English abstract)

[6] Cay T, Ayten T, Iscan F. Effects of different land reallocation models on the success of land consolidation projects: Social and economic approaches[J]. Land Use Policy, 2010, 27(2): 262－269.

[7] Demetriou D, Stillwell J, See L. Land consolidation in Cyprus: Why is an integrated planning and decision support system required[J]. Land Use Policy, 2012, 29(1): 131－142.

[8] Essadiki M, Ettarid M, Robert P. Optimisation of technical steps of a rural land consolidation using a geographic information system: Land reallocation step[C]//Proceedings of FIG Working Week, Still on the Frontline, 2003: 13－17.

[9] Semlali E H. A GIS solution to land consolidation technical problems in Morocco[C]//Proceedings of the FIG working week, 2001: 8－10.

[10] Essadiki M. New Method for Land Reallocation by Using a Geographic Information System[C]//Proceedings of the XXII International FIG Congress, 2002: 19－26.

[11] Demetriou D, Stillwell J, See L. A framework for developing an integrated planning and decision support system for land consolidation[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2010, 39: 609－628.

[12] Rosman F B, Sonnenberg J. New method for the design of the reallocation plan in land consolidation projects[C]// Federation Internationale des Geometres, XXI Congress. 1998: 232－245.

[13] Avci M. A new approach oriented to new reallotment model based on block priority method in land consolidation[J]. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 1999, 23(4): 451－458.

[14] Ayranci Y. Re-allocation aspects in land consolidation: A new model and its application[J]. Journal of Agronomy, 2007, 6(2): 270－277.

[15] Touri?o J, Parapar J, Doallo R, et al. A GIS-embedded system to support land consolidation plans in Galicia[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2003, 17(4): 377－396.

[16] Akkus M A, Karagoz O, Dulger O. Automated land reallotment using genetic algorithm[C]//Innovations in Intelligent Systems and Applications (INISTA), 2012 International Symposium on. IEEE, 2012: 1－5.

[17] Demetriou D, See L, Stillwell J. A spatial genetic algorithm for automating land partitioning[J]. International Journal of Geographical Information Science, 2013, 27(12): 2391－2409.

[18] Uyan M, Cay T, Inceyol Y, et al. Comparison of designed different land reallocation models in land consolidation: A case study in Konya/Turkey[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2015, 110: 249－258.

[19] Yomralioglu T, Parker D. A GIS-based land readjustment system for urban development[C]//Fourth European Conference on Geographical Information Systems in Genoa, 1993: 372－379.

[20] Touri?o J, Rivera F F, Alvarez C, et al. COPA: a GIS-based tool for land consolidation projects[C]//Proceedings of the 9th ACM International Symposium on Advances in Geographic Information Systems, ACM, 2001: 53－58.

[21] Rosman F. Automated parcel boundary design systems in land consolidation[J]. Proceedings of the FIG Working Week, Knowing to Manage the Territory, Protect the Environment, Evaluate the Cultural Heritage, 2012: 6－10.

[22] Uyan M, Cay T, Akcakaya O. A Spatial Decision Support System design for land reallocation: A case study in Turkey[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2013, 98: 8－16.

[23] Demetriou D, Stillwell J, Seel L. LandSpaCES: a spatial expert system for land consolidation[M]//Advancing Geoinformation Science for a Changing World. Springer Berlin Heidelberg, 2011: 249－274.

[24] Cay T, Iscan F. Fuzzy expert system for land reallocation in land consolidation[J]. Expert Systems with Applications, 2011, 38(9): 11055－11071

[25] 胡昱東，吳次芳. 中國農村土地整理中土地權屬調整問題研究[J]. 西北農林科技大學學報：社會科學版，2009，9(1)：6－10. Hu Yudong, Wu Cifang. Study on land ownership adjustment in rural land consolidation in China[J]. Journal of Northwest A&F University : Social Science Edition, 2009, 9(1): 6－10. (in Chinese with English abstract)

[26] 余振國，吳次芳. 中國土地整理權屬調整的機制建設研究[J].南京農業大學學報，2003，26(2)：115－120. Yu Zhenguo, Wu Cifang. Study on the mechanism construction of property right adjustment in land consolidation in China[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2003, 26(2): 115－120. (in Chinese with English abstract)

[27] 王璦玲，趙瑞茂，高明秀. 土地整理農地承包經營權調整調查[J]. 中國土地科學，2008，22(8)：60－64. Wang Yuanling, Zhao Ruimao, Gao Mingxiu. Investigation in adjustment on contractual operation right of farmland in land reconsolidation[J]. China Land Sciences, 2008, 22(8): 60－64. (in Chinese with English abstract)

[28] 劉雪冉. 土地整理中承包田塊的調整研究[D]. 北京：中國礦業大學，2013.Liu Xueran. Study on the Adjustment of Contracted Farmland in Land Reclamation[D]. Beijing: China University of Mining and Technology, 2013. (in Chinese with English abstract)

[29] 張蚌蚌，王數，張鳳榮，等. 基于耕作地塊調查的土地整理規劃設計——以太康縣王盤村為例[J]. 中國土地科學，2013(10)：44－50. Zhang Bengbeng, Wang Shu, Zhang Fengrong, et al. Designing the land consolidation planning based on the plot survey: A case study of Wangpan village in Taikang county[J]. China Land Sciences, 2013(10): 44－50. (in Chinese with English abstract)

[30] Lisec A, Primo?i? T, Ferlan M, et al. Land owners’perception of land consolidation and their satisfaction with the results–Slovenian experiences[J]. Land Use Policy, 2014, 38: 550－563.

[31] Cay T, Uyan M. Evaluation of reallocation criteria in land consolidation studies using the Analytic Hierarchy Process (AHP)[J]. Land Use Policy, 2013, 30(1): 541－548.

[32] 胡興定，白中科. 基于耕作半徑的采礦復墾區農村居民點安置規模預測[J]. 農業工程學報，2016，32(3)：259－266. Hu Xingding, Bai Zhongke. Prediction for relocation scale of rural settlements based on farming radius in reclamation area of open-pit coal mine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(3): 259－266. (in Chinese with English abstract)

[33] 李贊紅，閻建忠，花曉波，等. 不同類型農戶撂荒及其影響因素研究——以重慶市12個典型村為例[J]. 地理研究，2014，33(4)：721－734. Li Zanhong, Yan Jianzhong, Hua Xiaobo. Factors influencing the cultivated land abandonment of households of different types: A case study of 12 typical villages in Chongqing Municipality[J]. Geographical Research, 2014, 33(4): 721－734. (in Chinese with English abstract)

[34] Hiller F S, Lieberman G. Introduction to Operations Research (Tenth edition)[M]. New York: McGraw-Hill Education, 2015: 321－323.

[35] Essadiki M, Ettarid M. Optimization of technical steps of rural land consolidation project using a GIS[C]//Proceeding of the International Symposium on GIS, 2002.

Land reallocation in farmland consolidation based on transportation model of linear programming

Zhang Xiaobin, Ye Yanmei※
(Department of Land Management,Zhejiang University, Hangzhou310058, China)

Land reallocation in land consolidation is one of the most effective instruments to ameliorate farmland fragmentation. However, the unwillingness of farmers coupled with the inefficiency of reallocation method makes a great obstacle for promotion of it. Therefore, involvement of farmers’ preferences and introduction of new technology with higher efficiency are necessary to get out of the plight. Taking farmland consolidation project in Huangling, Pengze county of Jiangxi province as a study area, in this paper, we constructed a new land reallocation model using transportation model of linear programming aiming at two main preferences of farmers in project area: to minimize the movement of land parcels and to minimize the distance between settlements and land parcels. Having determined the situated land blocks of land parcels, a land partitioning algorithm based on Python was proposed to realize the high efficiency and accuracy of the specific position, the area and shape determination of parcels. Also, a systematic comparison between this new model and the traditional one based on drawing lots was conducted in this paper from three aspects: 1) the amelioration of farmland fragmentation; 2) the change of parcels’ location, and 3) the efficiency and accuracy of land reallocation. The results showed that both models can significantly reduce the number of land parcels, thus relieving land fragmentation. New model was slightly better than traditional one in terms of land parcels reducing while for those who still contracted more than one parcels after land reallocation, the spatial distribution resulted from new models was more scattered. In addition, the new model could reduce the average distance between land parcels and settlements in study area from 479.71 to 445.39 m, while it rose from 479.71 to 556.04 m in traditional model. For the change of location of land parcels, after land reallocation, 75.04% of land parcels in new model remained in the same land block prior to land reallocation, while only 31.06% of them remained in the same land block in the traditional model, attesting that linear programming guaranteed a high degree of meeting farmers’ preferences. New model was more accurate compared to the traditional model. As for the efficiency, two models prevailed in different stages of land reallocation respectively. Traditional model was more efficient in land redistribution due to briefness of the procedure, while new model had significant high efficiency in land partitioning stage. It was concluded that the new model applying linear programming can well meet the needs of farmers, facilitating the promotion of land reallocation, especially in small scale land consolidation project. The introduction of GIS and computer programming also guaranteed the high accuracy and efficiency when compared to the way based on the experience and knowledge of experts. However, traditional model still had its applicable area, especially in places lacking of technical power and highly respected procedural justice. An abundant method system of land reallocation can make sure that the application of a specific model was based on the specific local condition, therefore, the development of new method was one of the key to promote large scale land reallocation in land consolidation.

land consolidation; models; farmland fragmentation; land reallocation; transportation model; linear programming

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.030

F301.24

A

1002-6819(2017)-07-0227-08

2016-07-07

2017-03-20

國家社會科學基金重大項目（14ZDA039）；國土資源部土地整治中心項目

張曉濱，男，內蒙古烏蘭察布人，博士生，主要研究方向為土地整治、土地產權。杭州 浙江大學土地管理系，310058。

Email：zhangxiaobin@zju.edu.cn

※通信作者：葉艷妹，女，浙江金華人，博士，教授，主要研究方向為土地整治工程、土地規劃、不動產產權產籍管理。杭州 浙江大學土地管理系，310058。

Email：yeyanmei@zju.edu.cn