基于生态系统服务价值的土地利用空间优化

针对已有土地利用空间优化着重考虑经济产出效益,较少顾及规划、政策以及可达性等对于区域生态系统服务价值和空间集约带来的约束性影响等问题,该文基于提高生态系统服务价值和空间集约度的双重目标,采用粒子群智能优化算法,构建由规划约束、政策约束及可达性约束构成的约束体系,对优化过程每阶段的生态系统服务价值提升和建设用地空间集约效果进行评估。以武汉市东西湖区为案例验证了模型的有效性,优化后案例区生态系统服务价值提升了159.41万元,建设用地空间紧凑度提升了15.26%。实验结果表明,模型通过在给定限制约束下进行用地分布模拟优化,达到了区域生态系统服务价值提升和用地节约集约的效果,以期为区域生态文明建设、节约集约用地等提供科学依据。     

农村居民点用地集约利用评价——以北京市门头沟区为例

探讨了农村居民点用地集约利用内涵,从投入强度、使用强度、经济效益以及布局效应4个方面选取18个单项指标构建农村居民点用地集约利用评价指标体系。在农村居民点用地集约利用评价存在区域差异性的前提下,采用层次分析法、自然间断点分级法和多因素综合法分析评价北京市门头沟区农村居民点用地的集约利用水平。区位因素以及规划战略定位是影响农村居民点用地投入强度的最重要因素,投入强度大的乡镇中企业用地、基础服务设施用地比例偏高;邻近镇中心区的农村居民点用地使用强度大,使用强度最大的乡镇为研究区土地利用战略规划的次中心;通过发展第三产业所带来的收入差距更明显。在布局效应方面农村居民点用地多样性指标差异最显著,近市区农村居民点用地没有与城市发展融为一体。在综合集约利用方面,门头沟区137个农村居民点中非集约、低度集约、中度集约和高度集约的农村居民点的比例分别为18.25%,27.01%,28.47%,26.28%,集约利用评价平均分值分别为45.09,51.70,58.07,65.03。区位和经济因素是影响农村居民点用地集约利用程度的关键因素,在空间分布上,邻近新城和各镇中心区的农村居民点在投入强度、使用强度和经济效益方面均表现出较高的集约性,而布局效应不具有类似分布规律。城乡一体化并非城乡一样化,农村居民点用地实现集约利用具有多种途径。     

基于生态安全导向的城市空间扩展模拟与分析北大核心CSCDCSSCI

进行城市空间扩展模拟分析研究,对于城市生态安全格局优化具有重要意义。基于Dyna-CLUE模型进行广州市的城市空间扩展模拟与分析,结果表明:城市化到现阶段,政府采取的土地利用数量调控对城市空间扩展的影响较为重要,空间区划的引导作用相对不明显;建设用地聚集度持续增大,单位面积内的斑块数则先增后减,二者揭示出的景观特征不完全一致;城市空间是外缘、飞地式和内填式三种空间扩展模式共同作用的结果,但在1990-2005年以外缘和飞地式为主,在2005-2020年则以外缘和内填式为主,此时新增斑块与原有斑块的建设用地连成大斑块,单位斑块上的建设用地数量呈降势,前后两个时段内,城市由"摊大饼"外延式逐渐转向集约节约的内填式扩展,城市生态文明建设初显成效。     

基于生态安全导向的城市空间扩展模拟与分析

进行城市空间扩展模拟分析研究,对于城市生态安全格局优化具有重要意义。基于Dyna-CLUE模型进行广州市的城市空间扩展模拟与分析,结果表明:城市化到现阶段,政府采取的土地利用数量调控对城市空间扩展的影响较为重要,空间区划的引导作用相对不明显;建设用地聚集度持续增大,单位面积内的斑块数则先增后减,二者揭示出的景观特征不完全一致;城市空间是外缘、飞地式和内填式三种空间扩展模式共同作用的结果,但在1990-2005年以外缘和飞地式为主,在2005-2020年则以外缘和内填式为主,此时新增斑块与原有斑块的建设用地连成大斑块,单位斑块上的建设用地数量呈降势,前后两个时段内,城市由"摊大饼"外延式逐渐转向集约节约的内填式扩展,城市生态文明建设初显成效。     

话语权结构对国土空间规划方案的影响机理与优化策略

从话语权结构入手,分析规划制度因素对国土空间规划方案的影响机理,提出适应国土空间规划体系的优化话语权结构的策略建议。研究发现：① 由于利益主体短期内不会发生变化,真正影响国土空间规划的是不同利益主体的话语权结构。随着中国规划体制的改革,要形成有序的国土空间规划体系,最核心的是要在细分领域确定不同层级政府的话语权结构。② 不同层级规划的冲突主要表现在规模和空间两个方面,相对于国土空间上位规划的“三区三线”理想方案,六盘水市城市规划的建设类用地面积偏大27.9%,保护类用地面积偏小9.3%。冲突的原因是缺乏上级规划对下级规划的管控机制以及下级规划对上级规划的衔接机制。③ 通过分解传导以及集合传导机制,构建了细分领域的不同层级政府话语权结构体系,实现了不同层级国土空间规划的分级传导和分级管控。     

广州市土地利用结构优化配置及其潜力

基于广州市土地利用结构、地区经济、生态与社会特点,结合广州城市总体规划(2010-2020),对广州市域土地利用结构进行生态经济效益-自然生态效益导向的多目标优化配置研究。结果表明：对广州市土地利用数量结构进行调整,一定时间内能够满足地区可持续发展;但是,土地仍然承担着巨大的压力,焦点是建设用地和农用地之间的数量转变,以耕地为主,也包括对未利用土地的利用;土地利用潜力度模型结果显示,通过优化土地利用结构,土地系统的协调度增大而潜力度减小：在生态经济效益目标下,潜力度分别为0.628～0.661,0.372～0.339;在自然生态效益目标下,分别为0.531～0.782,0.469～0.218,表明土地利用系统将趋于更高的协调状态,而其数量结构优化配置的潜力减小,优化各产业部门内部土地资源结构及其空间布局,将是广州市土地资源高效集约利用和进一步挖潜的主导方向。     

政府规划约束下的城市空间增长多智能体模拟模型

构建政府规划约束下的包含多种类型智能体和环境因素的城市空间增长多智能体模拟模型,通过居民、开发商和政府三类智能体之间以及智能体与环境之间的相互作用模拟了城市空间增长情况。模型将城市建设用地规划区纳入政府的土地利用政策,探讨了政府规划因素对城市建设用地增长的影响,并根据土地集约利用的原则对模拟结果进行了优化。在Repast和ArcGIS的实验环境下,以南京市中心城区(长江以南)为研究区设置了四组土地利用情景,模拟了2001-2007年研究区的城市建设用地增长情况,对比不同情景下模型的模拟精度,说明正确合理的政府规划引导对城市空间增长的重要作用以及对模拟结果进行优化的必要性。该模型有助于揭示城市空间增长机制,为政府宏观调控政策和规划制定提供参考。     

基于POI数据的建设用地多功能混合利用空间分异研究

建设用地多功能混合利用对提升区域用地效率、增进国土空间效能具有重要意义。论文构建基于生产—生活—生态空间(即三生空间)的建设用地多功能混合利用分析框架,以济南市为研究区,采用POI数据,利用熵模型、景观格局分析和关联规则挖掘方法,探究土地混合利用的空间分异特征。结果显示,研究区建设用地混合利用以生产空间、生产—生活空间和生活空间为主;核心城区的建设用地混合利用度较高,而生产、生活空间集中连片,生态空间嵌入不足;乡村地区景观的破碎化特征明显,以生产—生活空间引领的建设用地混合利用度较低;产业园区的生活—生态空间在网络中处于边缘位置,加强园区内部规划与周边区域形成互补的生活、生态空间,是实现园区土地可持续利用的关键。关联规则的分析结果表明,科学的生产空间规划是优化混合利用的重要抓手,而合理的生态空间布局对带动区域建设用地混合利用起着关键作用。研究基于POI数据,从行为空间互动理论视角探究建设用地多功能混合规律,丰富了现有土地混合利用理论与方法体系,也为土地利用政策制定及城市空间格局优化提供了科学依据。     

模拟退火算法用于产生城市土地空间布局方案

本文发展了一种模拟退火算法辅助产生城市土地空间布局方案。首先建立了城市土地空间配置问题的数学模型 ,目标函数是最小化土地开发费用、最大化不同功能地块间的空间协调性。由于问题存在的诸多空间约束条件使得可行的土地利用布局方案的搜寻过程变得十分缓慢 ,采用了将一些空间约束条件结合到目标函数中的方法 ,如结合了距离约束、方向约束、相同土地利用单元的邻近约束和地块形状的紧凑约束等约束条件。应用于湖南省长沙市暮云工业区用地规划的结果表明 ,模拟退火算法是一种辅助城市土地利用规划的有用的、有潜力的优化方法     

基于模糊综合评价的多障碍因子建设用地空间拓展评价

将模糊综合评价方法应用于土地供需紧张的福建邵武市建设用地空间拓展评价,根据研究区所处的自然地理环境及城市发展需求,利用专家知识、文献资料法提取研究区建设用地空间拓展障碍因子,并将障碍因子归类分为土地资源适宜性障碍因子、生态安全与生态服务障碍因子和地质灾害风险障碍因子。建立模糊综合评价指标体系及模糊综合评价模型,对研究区进行建设用地空间拓展模糊综合评价,得到研究区建设用地空间拓展适宜性程度空间分布状况,为海西地区的城市发展空间规划和优化配置提供数据参考。     

Allocation of urban land uses by Multi-Objective Particle Swarm Optimization algorithm

Considering the ever-increasing urban population, it appears that land management is of major importance. Land uses must be properly arranged so that they do not interfere with one another and can meet each other's needs as much as possible; this goal is a challenge of urban land-use planning. The main objective of this research is to use Multi-Objective Particle Swarm Optimization algorithm to find the optimum arrangement of urban land uses in parcel level, considering multiple objectives and constraints simultaneously. Geospatial Information System is used to prepare the data and to study different spatial scenarios when developing the model. To optimize the land-use arrangement, four objectives are defined: maximizing compatibility, maximizing dependency, maximizing suitability, and maximizing compactness of land uses. These objectives are characterized based on the requirements of planners. As a result of optimization, the user is provided with a set of optimum land-use arrangements, the Pareto-front solutions. The user can select the most appropriate solutions according to his/her priorities. The method was tested using the data of region 7, district 1 of Tehran. The results showed an acceptable level of repeatability and stability for the optimization algorithm. The model uses parcel instead of urban blocks, as the spatial unit. Moreover, it considers a variety of land uses and tries to optimize several objectives simultaneously.     

干旱区水资源约束下的生态退耕空间优化及权衡分析——以奇台县为例

干旱区耕地大规模扩张导致水资源超载、生态问题频发,亟须退地还水。因此,探索水资源约束下的生态退耕空间优化方案,不仅有助于解决干旱区面临的问题,还可为土地利用规划和决策提供参考。目前对退耕方案多效益矛盾的研究尚量化不足,有鉴于此,本文建立生态退耕空间优化配置及权衡分析模型,以新疆奇台县为研究区进行模型应用,构建了水资源约束下的生态退耕方案群,并设计保有耕地优先和保护生态优先等两种情景,利用蚁群优化算法实现了生态退耕的空间配置模拟与优化。结果表明：耕地面积在保有耕地优先情景将减至9.94万hm²,保护生态优先情景则为6.96万hm²;在此退耕过程中,河道内生态用水占水资源总量的比例从10%增加到30%,防固沙量由713.22万t增加至816.59万t,经济效益则由34.86亿元下降至24.75亿元。通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定耕地面积退至8.35万hm²时是权衡生态和经济效益下的生态退耕最优方案。退耕还草主要发生在奇台县耕地集中区的东北、西北及西南部边缘,将有利于北部的沙漠化防控和南部的水源保护。本研究实现了干旱区水资源约束下生态退耕方案空间模拟和优化,对农业经营和生态保护具有重要参考意义。     

探索长株潭城市群建设用地的时空变化及重心移动（英文）

Urban agglomeration is caused by the continuous acceleration of the urbanization process in China. Studying the expansion of construction land can not only know the changes and development of urban agglomeration in time, but also obtain the great significance of the future management. In this study, taking Changsha-Zhuzhou-Xiangtan(Chang-Zhu-Tan) urban agglomeration in Hunan province as a study area, Landsat images from 1995 to 2014 and Autologistic-CLUE-S model simulation data were used. Moreover, several factors including gravity center, direction, distance and landscape index were considered in the analysis of the expansion. The results revealed that the construction area increased by 132.18%, from 372.28 km~2 in 1995 to 864.37 km~2 in 2014. And it might even reach 1327.23 km~2 in 2023. Before 2014, three cities had their own respective and discrete development directions. However, because of the integration policy implementation in 2008, the Chang-Zhu-Tan began to gather, the gravity center moved southward after 2014, and the distance between cities decreased, which was in line with the development plan of urban expansion. The research methods and results were relatively reliable, and these results could provide some reference for the future land use planning and spatial allocation in the urbanization process of Chang-Zhu-Tan urban agglomeration.     

大尺度景观结构指数的因子分析

基于遥感和GIS技术,尝试对大尺度下陆地景观结构指数进行因子分析。根据生态区划计算描述中国陆地景观结构的13种景观结构指数,包括斑块密度、最大斑块指数、边界密度、面积加权斑块形状指数、面积加权斑块分维度、平均最近斑块距离、最近斑块距离的标准差、最近斑块距离的相异系数、蔓延度、分布邻接指数、结合度、香农多样性指数、辛普森多样性指数。在相关分析的基础上,对其中12种指数进行因子分析,并采用前3个公因子分析中国陆地景观结构,3个公因子的方差累积贡献率达88.8%,分别定义为斑块多样性因子、斑块形状复杂性因子和斑块分布均匀性因子。计算表明,在人类活动影响强烈的生态区,这3个公因子取值都比较小,反映斑块类型多样性减少、形状复杂性降低、分布趋于均匀。     

城市群空间结构效益评价与优化研究——以长株潭城市群与环洞庭湖城市群为例

从城市群规模效益、距离效益和空间联系效益3个方面出发,运用ArcGIS和城市相互作用强度模型对长株潭城市群和环洞庭湖城市群空间结构效益进行评价比较分析。结果表明：环洞庭湖城市群在外在规模上具有相对优势,具体表现为人口规模、空间规模以及城市数量较大,但城市群的紧凑度不高,城市规模等级结构优势不够明显,空间可达性较差,重要城市之间的空间联系不够紧密,呈现“大而散”的特征;相对而言,长株潭城市群城市数量、人口规模及用地较小,但其紧凑度及规模效益较高,城市规模等级结构优势度相对较高,可达性较好,重要城市之间的空间联系较为紧密。在此基础上,以实现城市群空间结构效益最大化为目标,构建了以长沙为中心城市的“一心两圈三轴”结构体系。     

Exploring spatial-temporal change and gravity center movement of construction land in the Chang-Zhu-Tan urban agglomeration

Urban agglomeration is caused by the continuous acceleration of the urbanization process in China. Studying the expansion of construction land can not only know the changes and development of urban agglomeration in time, but also obtain the great significance of the future management. In this study, taking Changsha-Zhuzhou-Xiangtan (Chang-Zhu-Tan) urban agglomeration in Hunan province as a study area, Landsat images from 1995 to 2014 and Autologistic-CLUE-S model simulation data were used. Moreover, several factors including gravity center, direction, distance and landscape index were considered in the analysis of the expansion. The results revealed that the construction area increased by 132.18%, from 372.28 km² in 1995 to 864.37 km² in 2014. And it might even reach 1327.23 km² in 2023. Before 2014, three cities had their own respective and discrete development directions. However, because of the integration policy implementation in 2008, the Chang-Zhu-Tan began to gather, the gravity center moved southward after 2014, and the distance between cities decreased, which was in line with the development plan of urban expansion. The research methods and results were relatively reliable, and these results could provide some reference for the future land use planning and spatial allocation in the urbanization process of Chang-Zhu-Tan urban agglomeration.

     

Influence of urban expansion on the urban heat island effect in Shanghai

The urban heat island (UHI) effect resulting from rapid urbanization is attracting increasing attention among the global scientific community. This research analyzed the relationship between urban expansion and the UHI effect utilizing an integrated approach, including urban land interpretation and retrieving land surface temperature based on remote sensing, and spatial overlay analysis for revealing the relationship for different time periods between 1984 and 2014 in Shanghai, China. The results show that (1) the spatiotemporal changes in UHI are consistent with the expansion of urban land, and rapid urban expansion leads to an expansion of the UHI, in particular along roadways. (2) The mode of urban expansion is an important factor influencing the UHI effect. Urban sprawl (urban expansion in the edge-expansion way) is a form of typical expansion that leads to the rapid increase in the UHI. When the urban compactness ratio is less than 0.15, a compact design can effectively control the expansion rate of the UHI and mitigate its range of influence and intensity. However, when the urban compactness ratio is greater than 0.15, the urban design has a marked influence on the UHI ratio index: a more compact form produces a stronger UHI effect. So, finding an equilibrium between urban compactness ratio and urban expansion rate is good for effective urban management and planning.     

国土空间规划中城镇空间和城镇开发边界的划定

在2016年国务院印发的《省级空间规划试点方案》所提出的“开展基础评价”和“绘制规划底图”两项主要任务中,城镇适宜性的评价与城镇空间、城镇开发边界的划定属于核心内容,同时也是一项具有较强探索性的工作。以国家对国土空间规划的基本设想为依据,对城镇空间和城镇开发边界的概念和内涵、空间关系、相关规则进行深入探讨,确定了城镇适宜性评价与城镇空间、城镇开发边界划定的主要思路和技术路线。结合福建省空间规划的案例,分析了城镇适宜性评价与城镇空间、城镇开发边界划定的过程、方法和结果。不同于以往各部门开展的空间性规划,城镇空间和城镇开发边界的划定建立在资源环境承载能力和国土空间开发适宜性的基础评价之上,这使得城镇开发建设活动的空间布局在资源环境本底方面得到合理保障,城镇空间和城镇开发边界的划定也有了较为科学、客观的依据。此外,把基础底图的研制与城镇发展潜能、城镇开发指向的评估,以及开发建设的规模管控、空间管控、开发强度管控系统地整合起来,使得规划底图的随意性得到了较好的控制。实践表明,本文的思路和技术方法是合理可行的,这一尝试可为空间规划理论和方法体系的完善提供参考。     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。     

Ecologically based landscape pattern optimization in northwest of Beijing

Supported by the technologies of remote sensing (RS) and geographical information system (GIS), we chose northwest of Beijing as a study area and gave priority to understanding of the spatial-temporal characteristics of landscape pattern change through visually interpreted Landsat TM images of 1989, 1996 and 2005. It is believed that there were a series of landscape ecological problems caused by city expansion: landscape ecological connectivity was low; landscape structure was simplified; the fragmentation of green land patch was more obvious on the plain areas, moreover, spatial distribution of green land was unbalanced. For this reason, this study adopted accumulative cost distance model, combined with ecosystem services and spatial interactions of landscape types, analyzed the spatial difference of the ecological function and the compactness of landscape structure in the study area, and further discussed the landscape pattern optimization proposal. We find that it is essential to protect and establish ecological sources, to establish urban ecological corridors, and to establish ecological nodes at the landscape ecological strategic positions so as to intensify spatial relationships among landscape elements and maintain continuity of landscape ecological process and pattern in the course of city expansion. The methods and final results from this study are expected to be useful for landscape ecological planning in Beijing region.