3S支持的城市土地利用变化与生态安全评价研究

根据地学信息图谱理论与地球空间信息认知理论,利用西安市1988、2000年两期遥感影像,分析了西安市1988-2000年间土地利用时空演变过程;利用PSR模型构建了西安生态安全评价指标体系,借助AHP法确定权重,采用遥感影像确定模型中的自然组分数据,结合社会经济统计数据,对生态安全动态进行了尝试性评价;将土地利用图与生态安全评价图做叠置分析,得到了生态安全状态与土地利用格局间的内在联系。     

基于CLUE-S模型和生态安全格局的石羊河流域土地利用优化配置

以典型干旱内陆河流域石羊河为例,将GIS技术、最小累积阻力（minimum cumulative resistance,MCR）模型和CLUE-S（conversion of land use and its effects at small regional extent）模型应用到该流域土地利用优化配置研究中。通过景观安全格局理论构建土地利用生态安全格局,基于土地利用空间分布和驱动因子的定量关系,提出一种基于生态安全格局的土地利用情景模拟方法,借助1986年、2000年和2014年3期土地利用数据对石羊河流域生态安全格局情景、耕地保护情景和自然发展情景3种模式下2030年的土地利用结构和布局进行了优化配置,并对优化配置结果进行比较分析。结果表明,在生态安全情景下耕地有所减少,林地、草地和水域有较明显增加;耕地保护情景以土地开发和整治及宅基地还耕为主要目标,科学有效控制了建设用地规模,大力开发未利用地潜力;自然发展情景综合考虑了目前发展情况和宏观政策指导下各土地利用类型的数量及空间结构发展情况。综合考虑石羊河流域社会经济、生态及耕地保护等多方面的因素,研究结果认为耕地保护情景更为合理,其它两种情景可为耕地保护情景进行补充和局部修正。该结果可为石羊河流域土地利用总体规划和生态保护提供参考。     

基于土地利用变化模拟的生态风险动态评价

以松滋市2000年和2010年Landsat TM影像为基础,利用CA-Markov模型并引入土地利用总体规划限制因素,预测松滋市2020年土地利用情况。构建土地利用生态风险指数,运用4 km×4 km的网格模型采样,采用普通克里金插值法进行插值,引入密度分割法进行归一化等级划分,利用GIS工具进行空间叠加分析并制作土地利用生态风险分级图,实现土地利用变化生态风险动态评价,揭示生态风险变化趋势。模拟预测及评价结果显示:1松滋市2000~2020年土地利用结构发生较大变化,耕地、水域和未利用地面积减少,林地和建设用地面积增加。2土地利用生态风险呈逐步升高趋势,由2000年的21.95升高到2020年的88.53,分布以中部及南部较高,西部及东北部较低。32000~2020年分级结果主要以低风险、较低风险及次中风险为主,特高风险区域逐渐增多,生态风险等级以中心城区为中心呈圈层分布,且距离越远生态风险等级越低。     

改进CA-Markov模型的武汉市土地利用变化模拟

针对传统的CA-Markov模型未充分考虑土地利用变化的多因素驱动影响,难免预测精度过低的问题,该文以武汉市为研究区域,采用2005、2010和2015年土地利用现状数据,结合Logistics回归模型,综合考虑土地利用变化多种影响因子,构建了改进的CA-Markov模型,对武汉市2020年土地利用空间格局进行了模拟预测及分析。结果表明:改进的CA-Markov模型可以有效提高土地利用现状预测精度;根据预测结果,武汉市2020年土地利用总体结构仍以耕地为主,2005—2020年耕地面积持续减少,建设用地面积持续增长,增长幅度达到76.36%;耕地转换为建设用地是地类转换的主要模式。预测结果为武汉市的国家空间规划与和谐发展提供了参考。     

四川省江油市2004～2020年土地利用动态分析及预测

基于2004、2010、2015年Landsat-5 TM、Landset-80LI遥感影像土地利用现状解译数据,分析了江油市近11年土地利用动态变化;同时,利用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型,模拟预测了2020年江油市土地利用空间分布格局.结果表明,2004 ～ 2015年期间,江油市耕地、草地、水域面积总体减少,建设用地和林地面积总体呈增加趋势.2015 ～2020年期间,江油市土地利用变化较快,与上一个五年相比,建设用地、耕地和草地面积将有所增加,林地面积有所减少,水域面积基本不变;建设用地从原有基础往外围耕地扩张,耕地面积则主要由林地转入.     

基于GIS的厦门市土地利用复合特征演变分析

基于GIS技术,以厦门市2000—2020年土地利用类型数据为数据源,进行土地利用空间演变动态分析,构建土地利用程度指数以及土地利用多样性指数,分析厦门市2000—2020年土地利用演变特征及其驱动机制。结果表明：厦门市2000—2020建设用地迅速增加,主要由耕地转换而来;结合空间结构、土地利用程度变化分析表明厦门市南部区域较北部发展更好,土地利用综合程度指数较高,人文经济发展程度高。     

基于TM和OLI数据山西省潞城市土地利用动态变化分析与预测

以1995年、2000年、2005年和2010年4期TM影像与2015年OLI影像为数据源,首先采用决策树分类算法(classification and regression tree,CART),提取山西省潞城市的土地利用信息,并进行精度评价;其次,利用土地利用变化幅度、单一土地利用动态度和土地利用程度变化综合指数等分析其土地利用的动态变化情况;然后,利用前4期数据预测2015年居民地面积,并与实际数据对比,验证GM(1,1)模型有效性;最后,利用GM(1,1)模型预测2020年的土地利用类型情况。研究结果表明,研究区土地利用动态变化情况中,林地与居民地面积增加,耕地与未利用地面积减少,水域基本保持不变;开发利用程度属于中等;土地利用结构基本保持不变;2020年研究区内耕地面积预测值为22 759.32 hm~2,居民地面积预测值为8 854.76 hm~2。     

珠海市近20年土地利用及景观格局变化分析

在土地利用变化分析基础上引入景观格局指数,基于2000、2010和2020年三期土地利用覆盖数据分析珠海市2000—2020年土地利用和景观格局变化。结果表明：2000年以来珠海市不透水面用地面积增加显著,年均增速达6.85%,农田和林地为土地转出面积最多的用地类型;农田破碎程度进一步加大,不透水面空间分布呈集中趋势,整体景观格局趋于丰富。     

情景模拟的精河流域绿洲土地利用变化及预测

针对土地利用动态模拟与预测能为区域可持续发展提供重要参考依据的问题,该文以遥感影像为基础数据,基于人工神经网络元胞自动机(ANN-CA)模型对精河流域绿洲进行土地利用变化动态模拟与情景预测。结果表明:①在过去的26年间,耕地和建设用地居土地利用类型增幅前两位,分别为4.67、3.88,林地和未利用地居降幅前两位,则分别为-0.76,-0.05;②至2026年,3种情景下建设用地的变化幅度均较为明显,显示城镇用地在未来绿洲土地利用发展变化过程中占据主导地位;③研究区未来土地利用过程中,在无任何限制条件下的趋势发展情景必然会造成区域内较大的土地利用格局破碎度,但两种生态保护情景作为修正和补充,可以从空间上优化预测结果。     

基于人工蜂群CA模型的南京市土地利用变化模拟与预测

以南京市为例,构建人工蜂群元胞自动机（CA_ABC）模型,对2000—2007年的土地利用变化进行模拟以实现CA_ABC模型的校正,并以2007—2015年的土地利用变化为案例,验证该模型的有效性。模拟结果总体精度（OA）2007年为87.79%,2015年为80.61%;模拟结果的品质因数（FOM）2007年为21.23%,2015年为19.25%。基于CA_ABC模型和马尔可夫链预测未来城市土地总量,对南京市2025和2035年的土地利用格局进行了预测,对城市扩张和生态用地被侵占现象进行分析。模型预测结果表明,未来20年的城市扩张主要以牺牲耕地和林地为代价,2025和2035年80%的城市扩张面积来源于对耕地面积的侵占,17%的城市面积扩张是由2015年的林地转换得到的。研究表明,准确模拟、预测未来城市格局及评估城市扩张能够对生态用地侵占,以及为决策者合理规划城市、推动城市可持续发展提供帮助。     

黄土高原2000—2020年生态网络演变及关键修复区识别

生态修复工程对国家生态保护具有重要促进作用,生态质量评价及构建生态网络是识别生态修复区域的重要途径。本文利用遥感生态指数(RSEI)、最小累积阻力模型、重力模型构建2000、2010、2020年黄土高原生态网络,并分析其演变特征,识别不同时期生态关键修复区。结果表明：(1)2000—2020年,黄土高原生态质量整体处于中等偏低水平,空间上呈西北差东南优的分布特征。2000—2010年,生态质量改善趋势明显,占总面积的53.55%。(2)2000—2020年黄土高原生态廊道数量增加,总长度减少。生态廊道主要景观类型为草地、林地、耕地。重要廊道多分布于研究区东南部生态源地附近,数量占比逐年增加;西北部廊道数量少、距离远、重要性低、连通性较差。(3)黄土高原生态关键修复区中,生态夹点集中分布在西南部和东部,障碍点分散在东部和南部,主要土地利用类型为草地和耕地,面积均呈增加趋势。生态断裂点分布广泛,在黄土高原东部省会城市周边较集聚。本研究可为黄土高原国土空间生态修复工程实施提供科学参考。     

绵阳市涪城区近十年土地利用动态监测及分析

近年来绵阳市土地利用变化现象表现十分明显,但缺乏比较深入的研究。本文根据绵阳市涪城区2000年和2010年的土地利用变化动态监测数据,利用CA-Markov模型对2020年的土地利用空间格局进行预测,并对引起该区土地利用变化的驱动力进行分析。     

土地利用变化对植被净初级生产力影响研究

针对土地利用变化对植被净初级生产力(NPP)影响尚不明确的问题，该文利用MODIS、MERRA-2和Globeland 30地表覆盖等数据，基于CASA模型估算京津冀地区2000-2020年NPP,从土地利用类型面积和景观格局两方面共同探讨土地利用变化对区域NPP变化的影响。结果表明：耕地面积减小，但NPP增加，森林、草地面积增加，NPP相应增长，2000—2010年、2010—2020年植被土地利用类型面积变化对NPP变化的贡献率分别为18%、34%;景观异质性、破碎程度和连通性变化对NPP变化的影响呈增强趋势；2000—2010年，景观破碎化程度、聚集度、连通性以及森林和草地面积变化对NPP变化影响较强；2010—2020年，景观异质性以及森林和草地面积变化对NPP变化影响起主导作用。成果可为优化京津冀地区土地利用结构、提升区域固碳能力提供数据支撑。     

基于CLUE_S模型的精河流域绿洲土地利用空间格局多情景模拟

以新疆维吾尔自治区精河流域绿洲为研究区,基于CLUE_S模型,运用logistic逐步回归法选择铁路、公路、水渠、河流、湖面及居民点驱动因子,利用1972年和1990年2期土地利用数据,对研究区2010年土地利用空间分布格局进行模拟。在通过精度检验的基础上,分别设置"历史趋势预案"和"生态保护预案"2种情景模拟了研究区2025年土地利用变化空间分布格局。结果表明:对于干旱区绿洲小区域尺度未来土地利用的变化趋势,CLUE_S模型具有良好的模拟能力;没有加入任何限制区域的"历史趋势预案"模式下,2025年研究区生态环境将进一步恶化;坚持耕地保护制度和执行艾比湖湿地国家级自然保护区制度的"生态保护预案"前提下,2025年研究区生态环境明显向好,土地利用率显著增加。研究结果对干旱区绿洲及生态环境脆弱区的土地利用可持续发展具有明显的实践意义。     

务川仡佬族苗族自治县土地供应潜力研究

优化调整土地利用结构,合理挖掘土地的供应潜力,既有利于守牢“生态”和“发展”两条底线,又有利于保护耕地红线,维护国家粮食安全.本文在生态文明建设的背景下,以务川仡佬族苗族自治县为例,参考环境保护标准,利用务川县2010～2015年的土地利用变更调查成果,建立了生态环境质量指数模型、耕地多元回归模型及生态-耕地动态变化模型;在分析务川县2010～2015年生态环境现状基础上,在探讨耕地保护红线和提升生态环境状况的同时,合理挖掘土地的供应潜力,提出了可持续利用土地供应潜力的具体措施.     

基于神经网络的元胞自动机与土地利用演化模拟——以广州市白云区为例

城市发展过程中存在多种土地利用类型的相互转换,掌握其演化规律有助于制定出合理的土地利用规划。传统元胞自动机(CA)在模拟城市扩张过程时,多种土地利用类型间的转换十分复杂,往往难以获得转换规则。本文利用神经网络构建了多类型演化的CA模型;从城市演化的历史数据中进行学习,挖掘出控制土地利用方式转变的空间要素权重,利用广州市白云区2005—2007年间的土地利用历史演化数据训练神经网络后,对2009年研究区的土地利用结构进行了模拟。对比同期的真实土地利用格局,模拟结果的平均精度达到77.65%。     

基于景观格局的红壤丘陵区生态风险评价——以赣州市为例

南方红壤丘陵区生态环境脆弱,为合理评估红壤丘陵区生态风险时空变化规律,以赣州市为例,基于2000—2020年4期30 m分辨率土地利用数据,对该区土地利用时空格局变化进行分析,从景观格局角度构建生态风险指数,结合生态风险影响因素对景观生态评价分析。研究期内,林地面积持续减少,建设用地面积增加。2000—2020年土地利用多样化指数由0.40上升至0.43,土地利用类型总体结构向丰富多样化发展。各时期景观生态风险在空间上分布差异显著,集聚效应明显,高风险区面积由32.75 km^(2)下降到12.00 km^(2)。研究区生态压力和生态响应在空间上分布差异明显,该区生态风险受多重因素影响,应对重点区域加强生态治理。     

武汉市近20年土地利用/覆被变化遥感监测与分析

为探究武汉市土地利用时空变化特征,基于Landsat遥感影像数据,从土地利用动态度、土地利用状态指数两个方面分析了武汉市2000—2019年的土地利用时空变化格局.结果表明:①武汉市水域面积直线下降,下降速度较稳定,平均年缩减率为1.76％;而建设用地面积逐年增加,由市中心向四周呈"辐射式"扩张,增速逐渐减缓;②耕地和林地的状态指数均表现为先增后减的趋势,都在2005—2010年达到峰值0.4左右;建设用地和水域的状态指数变化整体比较稳定,分别在0.2、-0.2处波动变化,这表明建设用地呈扩张的趋势,而水域则呈缩减的趋势.     

青川县LUCC遥感动态监测及驱动力分析

四川广元市青川县是国家生态试点县和退耕还林实施县,查明该区土地利用/覆被现状及其时空动态变化信息,为政府有关部门规划决策提供科学依据具有重要意义。应用RS和GIS技术,基于2000年、2005年和2010年3个时相的陆地卫星TM图像,通过图像处理和信息提取,获得了该区3期土地利用/覆被数据。在此基础上,分析了青川县近10 a土地利用/覆被动态变化过程,查明了引起动态变化的主要驱动力因素,最后,对该区2015年和2020年土地利用/覆被的面积比例进行了预测。研究结果表明:青川县2000—2005年间,耕地、水域和未利用地面积减少,林地、草地和建设用地面积增加;2005—2010年间,耕地和草地面积减少,林地、水域、建设用地和未利用地面积增加;两段时期耕地面积持续减少,但减幅减小,林地面积持续增加,增幅减小,建设用地持续增加且增幅增大,水域和未利用地先减后增,草地先增后减。究其原因,认为政策、经济发展和人口增长及自然灾害等因素是研究区土地利用变化的主要影响因子。经过预测,在相关政策不变且没有自然灾害发生的情况下,2015年林地面积占全县总面积的比例将由2010年的58.57%增长为59.01%,到2020年将继续增长为59.44%,耕地面积比例到2020年将减少至29.13%,建设用地面积比例继续增加至0.22%。     

黑龙江工业城市建设用地时空扩张遥感监测

为揭示2000─2015年间黑龙江省工业城市建设用地扩张规律,以哈尔滨、大庆、齐齐哈尔3个城市(分别简称哈、大、齐)为研究对象,选取2000年、2005年、2010年和2015年Landsat遥感影像为数据源,基于扩张强度与速度指数、紧凑度、增长弹性系数、分维指数、变异系数和空间重心转移模型等,探讨哈、大、齐建设用地扩张时空特征。研究表明:2000─2015年间哈、大、齐城市建设用地扩张态势显著,建设用地增长近1倍;城市整体投资效益不高,其中大庆建设用地利用效益最低且年均扩张变化率的变异系数最大,齐齐哈尔与哈尔滨年均扩张变化率的波动相对较弱; 2000─2010年间工业城市扩张形态简单,2010─2015年间扩张模式趋于多元化且边缘不规则、形态复杂;哈尔滨呈现"北跃南拓、东优西扩"发展格局,大庆呈现斜"T"形扩张格局,齐齐哈尔呈现斜"上"字扩张态势;哈尔滨的西南、西北部已成为城市扩张的热点区,大庆建设用地重心移动轨迹为"西南—东南—西南",齐齐哈尔建设用地有自东北向西南移动的趋势; 2000—2010年间除大庆外其他城市重心向市政府方向移动,2010—2015年间向远离市政府方向移动;建议政府在工业城市发展过程中制定适宜的土地利用总体规划,加强监管力度,切实提高土地利用效益,从而保护耕地资源。