上海市城市空间扩展时空特征与预测分析

 本文以1990、1995、2000、2005年的上海市土地利用遥感监测数据为基本数据源,分析了1990-2005年上海市城市空间扩展 的时空特征。同时利用SLEUTH模型对城市空间扩展进行了模拟和精度验证,并对未来30年上海市城市空间扩展进行了预测。结果显示:1990-2005年,上海市城市空间扩展明显,城市面积净增加81 278hm²,净增长10.14%;在扩展的时间过程上呈现先减缓后加剧的趋势,2000-2005年城市用地扩展最为剧烈,城市面积净增加40 668hm²,净增长5.08%,填海造陆是该时期城市扩展的典型特征。SLEUTH模型可以较好地模拟预测上海市城市空间扩展的时空过程,不同时期模拟与遥感监测结果的Kappa系数最高达到了0.8476;未来30年,上海市城市用地将以年平均增长率1.63%的速度扩展,2040年城市用地面积将达到152 685hm²。城市扩展将占用耕地41 824hm²,年平均占用耕地1200hm²。城市扩展的方式主要是边缘增长,东部的浦东新区沿五洲大道向海方向、南部的徐汇区沿沪闵高架路向南,以及西部的嘉定区和青浦区沿京沪高速两侧向西的地区 均是未来城市扩展的主要方向。     

耦合最大熵和近邻传播聚类的城市空间多模式扩展元胞自动机模型构建

多中心组团发展是优化区域空间结构的重要路径，由此带来的城市空间扩展模式包含邻接型与跳跃式，亟需研究顾及城市空间多模式扩展的模拟技术。既有研究难以较好实现跳跃式斑块的模拟，主要存在无法展现城市增长过程或选取的“扩展种子点”随机性过大或模型适用尺度较小等问题。本文提出了一种耦合最大熵模型（MaxEnt）与近邻传播聚类（AP）的MaxEnt-AP-CA模型：利用MaxEnt模型寻找跳跃式扩展备选区域并进行筛选，减小了种子点的搜寻范围，降低了随机性和运算数据量，适用于更大尺度；结合AP算法得到种子点，展现跳跃式斑块的增长过程；引入“生长系数”实现多模式扩展的同步模拟。以重庆市主城都市区为研究区，使用MaxEnt-AP-CA模拟了2010—2020年城市用地的扩展情况，研究发现：(1) MaxEnt-AP所求种子点命中实际跳跃式斑块的准确性显著提高；(2)在精度指标上，最优参数下，MaxEnt-AP-CA的FoM峰值达到0.3061，精度相比传统CA模型具有明显提高；景观形态上，MaxEnt-AP-CA在斑块规模、破碎度、聚集度上与实际情况更为接近，且能保留更多的斑块形状特征，最优模拟结果与实际...     

生态约束性城市扩展模型构建与应用分析——以南宁市区为例

以生态安全理论与方法为基础,地理信息系统（G IS）和元胞自动机（CA）为技术支持,集成宏观的生态经济学Tietenberg资源分配模型和微观的GEOMOD模型,构建一种生态约束性城市扩展优化模型（Ecological Re-straintUrban Expansion Model,ERUEM）,进行了广西南宁市2005～2020年城市空间扩展情景模拟研究。通过Tietenberg模型完成未来各个时段内城市用地数量的最优分配;从满足局部土地生态适宜性、土地利用继承性和邻域影响的角度,利用GEOMOD模型结合城市用地生态适宜性评价,完成城市用地的空间分配,最终实现城市空间扩展优化模拟。模拟结果表明,该模型在生态安全约束下,南宁城市空间扩展主要占用农村居民地、工矿用地、未利用土地和园地,减少对林地、水田和旱地的占用,增加和保育了城市生态系统服务功能,优化了城市空间的扩展;该模型方法可为南宁市土地利用规划和城市规划管理提供参考依据。     

基于土地利用强度的城市道路增长模拟模型与案例分析

城市交通与土地利用相互作用、相互影响。传统的城市空间模拟研究多关注交通对土地利用变化影响,缺少土地利用对路网空间形态影响的模拟。已有研究通常使用静态路网,不能表达土地利用与交通间的动态相互作用关系。本文以城市土地利用强度与城市道路网络空间分布间的正向关系,提出了基于城市土地利用强度的城市路网增长模拟模型。以唐山市为例,对其城市环路内的道路增长进行了模拟。结果表明,该模型能以城市土地利用强度的空间分布特征快速生成路网,反映城市土地利用对道路网络扩张的影响。模拟结果与实际路网具有高度的空间分布相似性。该模型可进一步与土地利用模拟模型结合,模拟城市土地利用与交通的动态相互作用。     

基于InVEST与CARS的生态空间分区与未来预测研究

生态空间现状数量配比与模拟是新时期地理信息服务于国土空间优化的重要应用.以常州市武进区为研究区,利用InVEST模型与多类随机种子CA模型(CARS),对2015年研究区生态空间进行分区并模拟了2025年的生态空间分布演变情况.结果表明:2015年生态评价极重要区主要分布于滆湖(西太湖)湿地公园及其周边地区、雪堰镇竺山周边生态开敞空间和横林镇、武进高新区的一些留白用地区域;2025年的预测生态用地分布多围绕已有生态斑块呈现边缘式增长;综合现状评价与未来模拟结果得出,生态冲突区面积约为5992hm2,占区域总面积的5.62％.研究结果可为快速城镇化地区缓解生态保护与城市发展矛盾提供参考,为区域生态环境优化布局决策提供科学依据.     

基于元胞自动机的城市三维空间增长仿真模拟

目前,二维的方法不能正确描述现代城市立体空间的发展变化,因此,城市三维空间增长的研究对现代城市的发展具有重要意义。本文基于自组织理论及城市发展的自组织性,改进了Bengguigui等的城市空间模拟三维元胞自动机(3DCA)模型,在模型中添加了中心距离及交通距离评价因子,建立了城市三维空间增长的中心距离模型和交通距离模型。重点介绍了模型中评价因子的计算方法及其隐含的经济学含义、评价函数的构成和元胞空间状态的转换规则。最后使用NetLogo 3D建模工具,进行城市三维空间增长仿真模拟实验,结果表明:添加中心距离与交通距离因子后,城市三维空间增长模型更符合现实中城市三维空间扩展过程;进一步证明了城市发展的自组织性,以及他组织力量对城市向高级别发展的促进作用。     

顾及地类转换差异的城市空间扩展元胞自动机模型及应用研究

元胞自动机模型已经成为城市空间扩展模拟研究的重要方法之一,并得到广泛应用。然而,现有的城市扩展元胞自动机模型仍存在不足。由于元胞状态设置较为简单,从而使模型转换规则中对不同用地类型向城市用地转换的差异与强度考虑不够。基于此本文在元胞自动机模型的框架下,设计了多元结构的元胞状态及转换规则,提出了顾及地类转换差异与强度的城市扩展元胞自动机模型。在计算非城市用地向城市用地转换的转换概率时,该模型考虑了3个方面的概率：① 地形地貌、经济发展等城市发展的驱动因素对城市用地扩展的影响概率,该概率采用logistics方法进行计算;② 邻域元胞的用地类型对中心元胞转换概率的影响,该概率采用扩展摩尔型方法进行计算;③ 不同类型的非城市用地（本研究中包括耕地、林地和裸地3种类型）向城市用地转换的强度,该概率由模拟基期土地利用数据与目标年份土地利用数据的叠加,得出不同类型的非城市用地在此时间段内向城市用地转换的规模,进而确定不同类型的非城市用地向城市用地转换的强度。最后,将以上3种概率的乘积作为元胞转换的概率。通过转换概率与转换阈值的对比判断中心元胞是否在下一个阶段转换为城市用地。经过迭代计算,不断增加城市用地元胞的数量。当模拟城市用地的结果与目标年份的城市用地规模差值在一定的范围内时停止模拟,得出最终结果。模型构建完成后,本文以长株潭城市群核心区为例进行了模拟实验。以2001年该地区的土地利用数据为基期数据,模拟2010年该地区的城市用地规模和空间分布。研究结果表明,根据本文提出的模型模拟的城市扩展结果与真实数据相比具有较高的一致性。模拟结果正确率达到68.66%,比基于传统logistics回归的元胞自动机模型的模拟精度提高了4.25%,Kappa系数为0.675。该模型较好地模拟了长株潭城市群核心区城市扩展,在城市空间扩展模拟中具有较好的适应性与有效性。     

城市空间数据形态与城市扩展模拟关系研究

城市扩展模拟通过建立多种城市扩展影响因素的变化关系方程,以城市发展的历史推知城市未来发展。在研究中发现,城市扩展空间要素的获取方式不同,会对模拟结果产生不同的影响。论文从此点入手,分析了不同来源的城市扩展空间数据的特点,结合模拟结果,分析了不同的城市扩展空间数据形态对结果的影响。     

城市空间形态与特征的定量分析——以重庆市主城区为例

本文梳理了城市空间形态研究的理论与方法,系统分析了城市空间形态研究的趋势。鉴此,构建了城市形态定量化研究的测度指标体系,并以RS和GIS技术制定了城市形态定量化分析方法框架,对重庆市主城区空间形态进行了系统的定量分析。在城市用地扩展的时空特征上采用了面积增长量、城市用地扩展速度、扩展强度,及各方位用地扩展强度等指标;在城市外部空间形态特征方面采用了紧凑度、分形维数和形状指数等指标。结果表明:主城区空间形态演变受其重大事件影响较大,呈"突变"和"整合"相结合的演化过程;重庆市主城区空间扩展呈现明显的阶段性,以集约式和内涵式扩展为主;由于受主城区扩展的各向异性影响,主城区扩展以北向和西向扩展为主。本研究为城市空间形态的定量分析提供了参考。     

基于FLUS模型与动能定理的城镇用地增长边界划定

城镇用地增长边界能够有效控制城市的无序蔓延,对城市健康持续发展具有重要意义。当前针对城镇用地增长边界划定的研究多采用较为成熟的元胞自动机(CA)模型对城市未来格局进行模拟,且研究多集中于单一的城镇用地增长边界划定,尚无对城镇用地增长的惯性边界进行定量划定,而划定惯性边界不仅能够为城市发展预留一定的用地空间,也能提高城市规划的实施效率。对此,本文以2000、2009和2015年福州中心城区土地利用数据为基础,采用FLUS模型进行土地利用模拟,并对模型精度进行了验证(2015年土地利用模拟总体精度达到0.9389,Kappa系数达0.9165),据此预测了2027年的土地利用格局,从中提取城镇用地采取形态学的膨胀与腐蚀法(MED)进行增长边界的划定。在此基础上,本文提出了一种借鉴力学动能定理划定城镇用地增长惯性边界的方法,以坡度和地类作为摩擦力参数,对福州中心城区城镇用地增长惯性边界进行了研究。结果表明,FLUS模型和MED能够有效地对土地利用进行模拟且能较好的对城镇用地增长边界进行拟合;借鉴动能定理的方法能够根据城市不同方向的扩展阻力和各个方向的扩展强度较好地划定其惯性边界,具有现实可操作性和实际参考价值。     

基于三维激光扫描仪的边坡形变监测研究

摘 要： 利用三维激光扫描仪获取铁路边坡形变数据，并对点云数据进行体素化处理，利用种子生长法对体素化后的数据进行分类，并拟合其空间参数；通过观测点云数据与目标数据分类结果拟合平面之间的距离，确定边坡形变的具体值；利用扩展卡尔曼滤波对多期数据进行统计分析，得到边坡形变的速率与加速率，预测边坡形变。     

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基于要素的地形图数据更新方法研究

针对地形图数据库更新问题,提出一种基于要素的地形图数据更新方法。根据地形图数据更新的特点,将地形图数据的更新分为变化检测和数据入库两部分,在变化检测中利用缓冲区分析、几何量算等方法检测地形图数据中发生变化的要素,并写入临时库,赋予其特定的属性值,根据临时库中变化要素的不同变化情况,对数据库中的数据进行相应的更新操作。实验表明,本文提出的基于要素的地形图数据更新方法能实现地形图数据的更新,具有较大的应用价值。     

基于GLM-PSO-coKriging模型的地表形变研究

以斜坡灾害易发地带兰州市城关区为研究区,通过PS-InSAR技术提取地表形变点的地表形变速率,反映地质灾害在空间范围内的分布。以协克里金插值为基础,结合广义线性模型（GLM）和粒子群优化算法（PSO）,构建PSO-GLM-coKriging插值模型,以地表形变速率为主变量,DEM,岩土疏松度和NDVI拟合参数为协变量,进行空间插值模拟。与co-Kriging模型和GLM-co-Kriging模型相比较,PSO-GLM-coKriging插值模型具有更高的精度和更好的模拟效果,消除了多维度产生的复杂度,改善了小尺度范围内的插值效果,3个模型的误差分别为1.25 mm/year,0.70 mm/year,0.47 mm/year。因此,通过PSO-GLM插值模型对形变点空白区的插值模拟,对城关区城镇化的规划建设提供一定的数据和理论支撑。     

试论海船船员的适任考试与评估

通过《97规则》与《87规则》的对比 ,分析了两者的异同、变化及意义作用 ,结合在实施《97规则》过程中出现的一些问题 ,有针对性地提出了不同的见解和较有新意的建议。     

基于连接载荷的蠕虫检测技术研究

提出一种基于连接载荷相似度的蠕虫检测方法 ,利用汉明距离计算载荷相似度检测未知蠕虫。与最长公共子串算法相比,这种方法更能减少计算资源消耗。并在此基础上,提出结合粗粒度异常检测和细粒度行为分析的检测系统。进一步排查非蠕虫流量,锁定蠕虫报文组,减少相似度的计算量。实验证明,这种方法能够检测出未知蠕虫。     

基于信息损失量的坡度精度分析

从DEM中可获取众多地形因子。其中,坡度作为基本的地形因子,其精度对于退耕还林、水土流失评估等研究具有重要影响。但是,由于DEM只能是真实地表形态的近似表达。如何模拟坡度误差的规律成为研究的热点。本文在黄土高原地区选取代表不同地貌类型的神木、绥德、延川、富县和宜君5个研究样区,以1:1万地形图为基本数据源,建立不同分辨率的DEM,用以分析坡度信息损失量随DEM分辨率变化的规律。故此,提出了基于单个栅格方式的坡度信息量损失指标,并在每一样区随机选取的20个子实验样区得到了其与DEM分辨率的函数关系,以及相关的经验公式,据此求得所需的最适宜DEM分辨率,并在每一样区随机地选取16个子样区进行了检验。     

球近似地形改正的研究分析

本文视大地水准面为球面,以计算点向径为半径,将地形分为布格球壳和球面粗糙地形,分别给出球坐标下对地面重力值的地形改正公式,并与局部地形和布格板对重力改正的计算值进行比较。结果表明,球近似粗糙地形改正与局部地形改正之间存在差异,平坦地区差异较小,在地形高超过1 000 m的山区,差异在05 mGal以上。球近似粗糙地形影响计算,易于扩展积分范围,比局部地形改正更能体现精细信息,并符合地球实际形状。布格球壳和布格板改正计算值趋势相近,幅度存在明显差异。     

基于GML的地图注记表达

地理置标语言GML是一种基于XML的编码语言,用于地理及地理相关信息的建模、传输和存储。本文首先对GML的发展历程作了概要说明,描述了GML文件的组成及其中的系统默认样式模式(defaultStyle.xsd)。利用现有的GML元素定义了地图注记的基本要素,形成了地图注记模式,最后实现了基于GML的地图注记表达。     

土地变更调查掌上系统设计与实现

土地资源是人类生存的重要基础,摸清土地资源现状及时掌握土地变化信息,是进行土地利用总体规划和国土资源宏观决策的依据。为了提高土地变更调查的效率,设计了掌上土地变更调查系统。系统基于PDA将GPS卡、GSM、数码摄像头集成于一体,利用高精度GPSOEM板和GSM实现了GPS实时差分处理,形成一个小型轻便的土地变更调查系统。在WindowsCE环境下,利用eVC编程语言完成了系统的开发,实现了变更图斑测量、GPS数据解算、土地利用现状图更新等功能。从而解决了传统土地变更调查周期长、效率低、精度不高等问题。