基于空间突变特征的城市边缘区提取方法

城市边缘区位于城市与乡村之间的过渡交接地带,既是城市扩张的前沿,也是城乡建设和用地置换中最具活力的地区。准确识别城市边缘区的空间范围一直是城市空间结构研究的核心问题,有助于从城乡对比的角度来衡量城市化程度。本文以城市边缘区的空间突变特征为切入点,基于格网尺度评价构建基于多源数据的城市边缘区特征识别指标,然后采用小波变换检测进行特征值突变点群的识别,并利用基于Delaunay的自动边长阈值的边界提取算法识别突变点群内外边界,从而实现了一种基于空间突变特征的城市边缘区提取方法。最后,以江阴市作为研究区进行了实证分析,并将本文方法提取结果与通过信息熵模型和土地利用程度综合指数模型提取城市边缘区的经典方法提取结果进行对比,经典方法所提取的城市边缘区结果更为混乱分散,而本文结果更为完整客观。将本文方法提取结果与使用土地利用数据与行政区划统计年鉴数据构建城市边缘区识别指标进行突变检测的不同指标方法提取结果进行对比,二者重叠度达88.03%,体现了本文方法的正确性,而从局部细节分析来看,本文结果更符合实际情况。为了更好地验证本文方法的有效性,利用景观格局指数对本文方法和不同指标方法提取的城市建成区、城市边缘区和乡村腹地的范围进行检验：从斑块类型层级指数分析, 2种方法划定的区域都具有典型的空间特征;而从景观层级指数分析,本文识别出的边缘区所计算的斑块密度、最大斑块指数、景观分离度、景观破碎化指数和香农多样性指数均高于对比方法,而蔓延度和香农均匀度均低于对比方法,说明本文识别的城市边缘区范围内景观破碎化程度和异质性更高,景观分布不均匀,社会经济条件更复杂,从而证明了本方法的有效性,尤其适合于非闭合环状的城市边缘区的提取。     

城市边缘区空间发展探讨——以北京市海淀区为例

在快速城镇化时期,城市边缘区是城市扩张过程中空间结构变化最大、土地利用转变最快的地区,以过渡性、复杂性、动态性为突出特征。研究城市边缘区的空间演变对认识城镇化、优化城市空间结构等具有重要意义。本文在总结海淀区空间发展历史渊源的基础上,采用了RS/GIS技术对20世纪80年代以来海淀城市边缘区的范围、空间扩张进行了定量分析;并结合系统论方法,探索影响海淀城市边缘区空间演变的若干因素。研究发现：海淀城市边缘区空间发展有独特的地理优势和文化渊源,且在政策、经济、人口、交通等因素的综合作用下,处于不断动态变化之中;呈现出沿环线不规则分布、边界由清晰变模糊、整体向西北推移的空间特征;总面积逐渐增加、年扩张速率先升后降;1995-2007年以向外扩张为主,其他阶段以内部填充型发展为主;空间分布及扩张强度在不同乡镇街道具有区域差异性等。本文将RS/GIS技术与系统分析相结合,来研究城市边缘区相关问题的技术可行性。     

基于多特征指标和层次聚类分析的河源区范围自动划分方法研究

河源区边界是重要的国家基础地理信息之一,但除长江、黄河等大江大河外的我国大部分其他中小流域仍缺乏确切的河源区边界信息,需要科学划定河源区边界以支持流域水生态保护相关政策的规划与实施。对此,本文在确立河源区划分原则、明确划分依据的基础上,提出了基于多特征指标和层次聚类分析法的河源区边界划定方法。以沁河流域为研究案例,首先利用均值变点分析法计算沁河流域子流域提取的最佳汇流累积量分位数阈值为0.15%,再基于子流域的多特征指标运用层次聚类分析法最终确定河源区范围边界,并将该方法应用于长江、黄河流域进行验证分析。结果表明：① 基于多特征指标和层次聚类分析提取的沁河流域河源区范围处于河底比降法、水文站点方法得到的源区范围面积之间;② 该方法在长江、黄河流域河源区划分结果的交并比分别达到85.40%和79.99%,侧面验证了本文方法进行河源区边界划分的合理性与适用性。基于多特征指标和层次聚类分析的河源区边界自动划分方法可以简捷高效地识别缺乏明确河源区边界信息的流域河源区范围,为我国河源区生态安全屏障识别、水资源保护相关政策的规划和实施提供科学支撑。     

Luojia-01夜光数据和“点轴发育”理论支持下的夜间经济集聚区定量识别与分类方法

“夜间经济”蕴含巨大的消费潜能和市场空间,夜间经济集聚区作为其载体,其准确识别、合理分类和科学布局是发展夜间经济的切入点和主要抓手,更是夜间经济可持续发展的保障。本文在“点轴发育、定量识别”的认知框架下,在定量表达夜间经济活力测度的基础上,利用焦点统计和ISO聚类分析方法提取和识别夜间经济集聚中心和集聚区,并根据区位熵及其变异系数对识别结果进行类型划分,克服了目前夜间经济实践中存在的集聚区范围划定主观随意、类型标准不一的问题,为夜间经济定量化研究开辟了新的思路。研究表明：① 相较于DMPS/OLS及NPP-VIIRS等夜光遥感数据,Luojia1-01数据的空间分辨率高,溢出效应低,更适合于“夜间经济区”这种小尺度的精细化研究。② 夜间灯光和兴趣点数据是夜间社会活力和功能活力的良好表征,其综合影响可通过夜间经济活力测度来定量表达;③ 上海推出的12个地标性夜生活集聚区中,有11个被识别,识别率达91.7%;④ 根据集聚区的功能结构差异,可将其划分为非平衡发展-起步型、平衡发展-起步型、非平衡发展-成熟型、平衡发展-成熟型4种类型,该分类方式具有普适性;⑤ 在起步阶段,上海中心城区夜间经济集聚区主导功能为购物、餐饮;在成熟阶段,其特色发展方向为住宿、科教文化和体育休闲功能。四大集聚区类型在空间分布上形成明显的圈层结构。     

粤港澳大湾区建设用地扩张与城市热岛扩张耦合态势研究

深入研究粤港澳大湾区建设用地扩张与城市热岛扩张的耦合态势,对改善大湾区生态环境、实现城市化的健康发展,具有重要的意义和科学价值。本文以粤港澳大湾区为研究区域,选取2000、2008和2016年的遥感影像数据和地表温度数据,提取大湾区的建设用地、划分城市热岛强度等级、识别城市热岛区域;在此基础上,使用总体耦合态势和空间耦合特征两种模型揭示大湾区在不同时期建设用地扩张和城市热岛扩张的耦合关系。结果表明：① 2000-2016年,粤港澳大湾区的建设用地扩张和城市热岛扩张趋势具有同步性;② 城市热岛区域面积不断增加,在珠江口两岸逐步形成了连接中山-佛山-广州-东莞-深圳-香港,大范围分布的倒“U”形城市热岛条带;③ 大湾区建设用地与城市热岛的总体耦合态势处于不断加强的过程,至2016年,两类指标的重心距离达到研究期内的最小距离,此时的总体耦合态势最强;④ 研究期内,大湾区未出现建设用地扩张和城市热岛扩张严重失调情况,建设用地扩张和城市热岛扩张耦合类型以耦合型、基本耦合型以及轻度不耦合型为主,空间耦合程度高。     

基于自然资源大数据的城市多功能景观识别与国土空间规划分区

多功能景观能够同时提供多种景观功能,可以充分缓解生态环境压力。在自然资源大数据支撑下基于基层行政管理单元开展的多功能景观研究,可以更加快速准确地反映区域自然地理格局与社会经济发展格局的空间特征与区域差异,其将景观功能管理和行政管理有效结合,能为市县级国土空间规划中控制线的划定和国土空间规划分区提供从功能评估到空间识别等多方面的技术支撑。本文在广泛收集土地利用变更调查数据、自然资源调查评价数据、气象数据、多源遥感数据等自然资源大数据的基础上,结合社会经济数据和兴趣点数据,基于InVEST模型、CASA模型、通用土壤流失方程以及核密度分析等方法对烟台市6种景观功能进行了空间量化;再以村级管理单元为基本空间单元进行景观功能热点分析以识别多功能景观区;利用Spearman相关系数分析各种景观功能间的权衡与协调作用;最后基于二阶聚类法进行景观功能聚类以开展烟台市国土空间规划分区,并制定相应的保护与发展策略。研究表明：① 烟台市35.5%的村级管理单元为多功能景观区;② 自然景观功能间呈协同作用,而自然景观功能与居住和经济承载功能间存在显著的空间冲突和权衡作用;③ 根据景观功能聚类结果,烟台市被划分为生态保护区、农业农村发展区、城镇功能发展区和城镇核心区,面积占比分别为30%,55%,11%,4%。规划分区与现状管理边界在空间上具有较强的一致性和协调性,表明在自然资源大数据支撑下,基于景观功能聚类分析的国土空间规划分区具有相当的准确性和实用性。     

基于GIS的城镇体系规划空间分析系统研究

基于提高城乡规划工作中城镇体系空间规划分析工作的准确性与效率的目的,本次研究提出了城镇势力圈划分、城镇职能识别、城镇规模等级划分定量分析方法。应用这些方法,基于ArcGIS 9.3系统平台基础上进行二次开发,设计了基于GIS的城镇体系空间规划分析系统。本系统适用于当前城镇体系规划实践,解决城镇势力圈划分、城镇职能识别、城镇规模等级划分等3个核心问题。本系统在城镇经济腹地划分、行政区划调整、经济协作区划定、中心城镇吸引范围的空间识别、中心镇判别、城镇体系结构识别等领域具有应用价值。     

城市边缘区土地利用结构分形特征的动态变化——以广州市南拓区为例

近20年来,随着广州市城市化水平的大幅提升,作为城市地域空间发展前沿的城市边缘区土地利用变化异常明显.本文以广州市典型城市边缘区为研究对象,基于覆盖广州市南拓区的4时相TM遥感解译数据,构建土地利用数量结构变化模型和分形结构模型,定量化研究区域土地利用结构的变化强度、复杂性和稳定性.研究结果表明:在广州市核心区城市化辐...     

InSAR技术和孕灾背景指标相结合的地灾隐患识别

合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar, 简称InSAR)是获取地表形变的重要手段, 由于InSAR数据获取的限制和数据处理中产生的精度误差等问题, 在地灾隐患识别方面的工作还需要联合地质灾害本身进行分析。为此提出了一种基于InSAR技术与研究区孕灾背景指标相结合的方法, 并将其应用于三峡库区巴东段的地灾隐患识别研究中。研究结果表明, 使用ALOS-2 PALSAR雷达影像, 应用时序InSAR技术得到了研究区的变形空间分布和变化速率, 并结合研究区的孕灾背景, 将易发性等级、坡度、工程岩组和是否与灾害目录重叠4个指标作为地灾隐患判别的指标, 综合识别出19处疑似地灾隐患区, 然后对疑似地灾隐患区进行了逐一野外核查, 经验证地灾隐患识别成功率为78.9%。研究成果证明了将InSAR技术和孕灾背景相结合进行地灾隐患识别方法的可行性, 可在区域灾害识别中发挥重要作用。      

基于遥感和BP人工神经网络的城乡气象站点划分分析

城市热岛是城市环境和全球变化研究的重要组成部分,利用气象观测资料研究城市热岛的影响一般采用城市和乡村气象站的同步实测气温,并计算其平均气温差,因此,城乡气象站点划分的准确性,将直接影响城市热岛研究的科学性。鉴于以行政单元统计人口为依据的划分方式未考虑人口在行政单元内的实际空间分布,本文以安徽省为例,利用从遥感影像上提取的土地利用信息,采用BP人工神经网络方法,建立站点缓冲区内土地利用类型比例的城乡站点划分模型,并利用空间化后的人口格网数据对该模型的精度进行了验证。结果表明,该模型有效地建立了气象站点周边缓冲区内的土地利用类型比例与城乡站点类型之间的定量关系,避免直接采用行政单元统计人口数据的不足,客观地模拟了缓冲区内土地利用对气象站点的综合作用,科学地划分出城市和乡村气象站点,为城市热岛研究提供科学、可靠的数据保障,并可用于大区域研究。另外,本文利用划分出的乡村站点建立背景温度场,得出2000年安徽省各城市站点平均热岛强度为0.4℃。     

汶川地震前后龙溪虹口自然保护区景观多样性的遥感评估

 本文以植被类型与土地利用类型为主要依据,建立四川龙溪-虹口自然保护区景观分类体系,对汶川地震前后的两期Landsat TM影像进行了解译,得到其地震前后的景观空间格局,并对研究区地震前后景观变化特征进行分析,得到:(1)震后研究区景观斑块总数增加了2.36倍,景观破碎化严重。阔叶林与针叶林组成的森林景观呈片段化,优势度下降;阔叶林、稀疏植被,以及草甸成为新的优势景观。(2)震后 Shannon多样性指数与周长-面积分维数分别上升11%和7%,说明研究区景观异质性与多样性增多,景观结构更复杂。优势度指数和聚集度指数下降30%,表示研究区内大的景观斑块减少,景观类型聚集度下降,连通性下降。(3)研究区生境破碎,生物多样性维持功能减弱;植被覆盖度降低,边缘生境增加,水源涵养功能减弱、水土流失风险加剧;景观结构受损,生态屏障功能减弱。其表明地震及其次生灾害作为自然干扰因子,改变了研究区景观的结构与格局,破坏了珍稀动植物的适宜生境,对研究区珍稀濒危物种与自然生态系统造成了严重威胁,将对区域生态环境与生物多样性造成重要影响。     

基于无人机倾斜摄影技术的崩塌隐患早期识别及影响区划分方法

高位危岩崩塌极具隐蔽性、突发性和灾难性,传统的接触式调查方法在安全性方面无法完全保障并且也难以彻底查清边坡上各危岩块体的空间分布及发育特征,因此如何安全快速准确地获取边坡面上关键地质信息,一直是崩塌地质灾害调查及评价研究中的难点之一,也是防灾减灾工作中极为重要的环节。以连云港市某矿区高陡岩质边坡为例,提出了一套基于无人机倾斜摄影技术的崩塌隐患早期识别及影响区划分方法体系,该方法体系通过倾斜摄影技术获取研究区高分辨率影像及构建三维高精度地质模型,在此基础上利用测线法提取并统计边坡优势结构面空间展布特征及相关参数,利用赤平投影法对矿区高边坡关键危岩块体失稳模式进行判别,在完成关键危岩块体稳定性评价并划分稳定等级的前提下使用Rocfall模拟最不利工况下崩落体失稳后的滚落运动特征,从而划分出不同级别的崩塌影响区,为最终的地质灾害防治提供依据。研究表明,无人机倾斜摄影技术在崩塌隐患早期识别、破坏模式分析、稳定性评价以及崩落体威胁范围划定等方面具有显著的可行性和优越性。所提出的基于无人机倾斜摄影技术的崩塌隐患早期识别及影响区划分方法体系具有重要的参考价值。      

基于夜光遥感与POI数据空间耦合关系的南海港口城市空间结构研究

南海港口城市研究是南海资源环境监测的重要内容,目前对于南海港口城市空间结构特别是港口在城市空间结构中的地位缺乏研究。夜光遥感数据和POI数据均为城市空间结构研究的重要数据源,但对于2种数据的空间耦合关系与集成应用研究存在不足。针对上述问题,本文选取南海港口城市典型代表的三亚市为研究区,以研究区2016年NPP-VIIRS夜光遥感数据和POI数据为数据源,利用叠加分析将夜光遥感数据和POI核密度分析结果数据分别网格化。然后,利用双因素组合制图法对两种数据的空间耦合关系进行可视化,分析空间耦合关系相异区域和城市空间结构的关系,并在此基础上探讨港口在三亚城市结构中的地位。研究表明,三亚市夜光遥感和POI数据的空间分布总体趋势相一致,空间耦合关系相近的区域占比达85.6%;夜光遥感和POI数据空间耦合关系在三亚市内存在一定量的相异区域,如新城区、经济开发区、城市边缘区和乡镇中心等,结合2种数据的特点可以更显著地表征这些区域的城市空间结构特征;三亚市作为重要的南海港口城市,其城市的中心区域与港口密切关联。本研究为港口城市空间结构研究提供了新视角。     

基于四叉树的景观指数分析方法

景观指数法作为景观格局分析的重要研究方法和度量手段,也是景观生态学研究的重要组成部分。由于景观指数在空间格局表达时信息高度浓缩,其在应用中普遍地存在"一值多形"问题。文中根据景观水平上聚集度指数和多样性指数对景观空间整体复杂性和异质性的描述,采用二维空间地理现象的四叉树编码表达对四个不同模拟景观格局进行空间划分,形成多层次的四叉树结构,并通过Fragstats软件对不同子区域景观指数计算,以及采用数值矩阵和对应的3D模型来表达不同景观空间格局。该方法明确展现了不同景观格局相对应的空间位置在景观聚集性特征和多样性特征上的不同,并且用同一景观格局中各子区域的景观指数描述自身子区域特征,也从景观空间局部表现了景观空间格局的异质性。研究过程证明了基于四叉树的景观指数分析方法可以区分景观格局在指数计算中的"一值多形"。同时文章展望了该方法对于不同景观空间格局进行聚类划分的应用。     

厦门城市空间拓展的生态敏感性评价

在综合分析海湾型城市自然生态与社会生态属性的基础上,选取了高程、坡度、河流水库、植被覆盖、土地覆盖和生态保护区等6个因子,作为生态敏感性评价的指标。另外,借助GIS空间分析单因子评价与多因子加权综合评价方法,研究了生态敏感性程度及其空间分布特征,将厦门的生态敏感性划分为4级:不敏感、较敏感、中敏感和高敏感。综合评价结果表明,厦门市生态敏感性在空间分布上差异显著:高度敏感区占研究区总面积的28.1%,低敏感区和不敏感区分别占研究区总面积的27.9%和33.6%。中度敏感区占的比例较小,仅为10.4%。     

黄河下游沿岸湿地景观格局变化研究

在遥感和GIS技术的支持下,结合研究区湿地的区域特点确定沿黄湿地景观分类系统。构建了湿地景观格局变化表征模型,综合利用景观多样性指数、景观破碎化指数、景观要素斑块分布质心空间变化等景观格局指标和斑块数量,斑块面积、斑块平均面积、斑块数量等景观类型指标,比较系统地分析了近七年研究区湿地景观格局的动态变化。结果表明:①研究区湿地的分布面积呈显著下降趋势;②随着人类干扰强度的增加,景观多样性上升;③湿地景观要素中,稻田湿地、滩涂面积在减少,而水库坑塘、黄河面积都在不断增加。     

基于地理国情普查的县域景观格局分析与优化建议——以佛山市三水区为例

快速城镇化进程带来城市地表覆盖类型及其空间组合关系的剧烈变化,由此造成资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题。景观格局分析与优化方法对合理利用和优化配置土地资源至关重要,而地理国情普查为此提供基础数据支撑。本文选取景观斑块水平和景观类型水平指数,基于地理国情普查数据,对佛山市三水区地表覆盖景观类型特征和景观格局特征进行量化分析。研究结果表明:三水区水域和林地构成景观基质,山水城市特征明显;城乡人文景观优势度相对较高,城市开发对生态景观破碎化作用显著;三水区土地综合整治工作有待加强。     

山东省海岸带城市建设面临的地质环境因素浅析

通过对山东省海岸带城市地质环境条件的调查与研究,归纳总结出山东省海岸带城市建设新近面临的影响城市发展的地质环境因素,即城市应急水源地建设、城市地下空间的开发、城市边缘区生态规划建设、湿地资源开发与保护,均是制约城市发展的主要因素,并提出了保护措施和建议,供有关部门在城市规划建设过程中参考。     

2012～2021年西安市景观格局时空演变特征研究

以西安市为研究区,基于2000、2010、2020年土地利用数据,采用格网法分析研究西安市景观格局特征以及用地时空动态演变特征。结果表明：西安市土地利用类型转移较为活跃,主要集中于建设用地与其他如耕地之间,且耕地呈持续减少趋势,建设用地以原建设用地为中心向周围扩张,西安市在发展过程中用地类型未发生改变,但一直处于较为活跃的相互转移中。景观格局分析发现,西安市斑块密度、斑块形状水平变化幅度较小,但用地多样性呈缓慢增加状态,用地趋向多样化、均衡化。     

基于参与式制图方法的景观服务评估与空间结构研究

景观服务评估核心是人与环境之间复杂的动态关系,基于利益相关者的参与式制图方法是建立景观服务分类体系和量化指标的有效途径。本文采用参与式制图方法,以九寨沟自然保护区为例,根据景观服务分类研究成果,并结合九寨沟自然资源特点和景观服务使用者半结构式访谈数据,提出了适用于九寨沟的景观服务指标体系。本研究方法以管理局工作人员、居民和游客等服务使用者作为参与式调研对象,分别就其需求和景观服务感知程度进行半结构式访谈,并利用GIS技术将数据空间位置和功能属性结合,得到九寨沟有3大类景观服务和17个相关指标,以及737个景观服务点。通过研究结果可知,当地村落建筑与众多景观服务指标（包括观鸟场所、野营旅游、民俗与节庆等13个指标）具有极强的空间关联性。同时,景观服务使用者感知的景观价值在空间上属于聚集分布形式,主要围绕着开放生态旅游的3条沟谷分布,并向外围扩散。其中景观服务的“高—高”空间聚集区主要分布在沟口等与人类需求密切联系的区域,而景观服务的“低—低”空间聚集区则主要分布在原始森林等与人类居住、活动相距较远的区域。综上,基于参与式制图方法建立的景观服务分类和空间分析,发现九寨沟景观服务的空间位置与使用者紧密相关,其景观价值的空间结构特征是服务使用者与环境长期互动的结果,该结果可以用来引导并进一步优化九寨沟的功能分区规划。