国土空间规划视角下的城镇开发边界划定和空间管控体系构建

新时期国土空间规划背景下,科学合理地划定城镇开发边界,建立健全的国土空间用途管制制度是有序引导国土空间各类开发保护行为的重要举措。本文以福州市为例,构建了一种全域多维度国土空间管控体系,将其管控约束条件嵌入未来土地利用格局模拟中。同时,顾及区域空间异质性和时空依赖性,设计了一种服务于城镇开发边界划定的集成地理分区策略、深度学习技术、FLUS模型功能模块的时空元胞自动机ST-CA（Spatio-Temporal Cellular Automata）模型。基于已有成果集成三区三线,开展“划管结合”思维下的空间管控应用研究。结果表明：① 顾及区域空间异质性和时空依赖性的ST-CA模型可以有效提高土地利用变化模拟精度（OA指标从95.95%提升至98.34%）,实现更为真实、准确的地理模拟过程;② 地理模拟过程中嵌入管控约束条件,可引导城镇、农业和生态3类空间合理布局且规模可控,基于模拟结果划定的城镇开发边界能有效避开规划保护用地;③ 未来模拟预测结果结合管控预警值可看出,福州市主城区及周边区县的城镇扩张形势比较严峻,未来亟需对福州市国土空间格局进行合理调控;④ 边界变化趋势特征表明划定结果与福州市的远景发展规划布局一致,符合区域发展诉求,国土空间格局呈现多轴化发展趋势。研究结果可为福州市国土空间开发保护行为提供科学谋划,为国土空间管控及优化提供实践参考依据。     

一种耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型

模拟传染病时空传播、定量评估疫情风险对科学防控、精准施策具有重要的现实意义。本文融合多源时空数据,构建了耦合LSTM算法和云模型的疫情传播风险预测模型。该模型首先基于GIS和LSTM算法构建疫情空间演变模拟模型,通过学习历史疫情数据中的规律,以1 km×1 km为空间尺度、天为时间尺度模拟传染病时空传播过程。其次,基于模拟传染病例数据和疫情传播时空影响因素构建风险评价指标,应用云模型和自适应策略构建疫情风险评估模型,实现多空间尺度的疫情风险评价。在实证研究阶段,应用该模型对北京2020年6月份突发COVID-19疫情空间演变过程进行模拟和风险评估,并引入常规机器学习模型作比较验证。结果表明：应用于疫情时空传播模拟,相较其它常规的机器学习模型,考虑时序关系的LSTM模型的模拟精度更高（MAE为0.00261）,拟合度更好（R-square为0.9455）;耦合模型不仅能充分考虑传染源因素、天气因素、疫情扩散因素及疫情防御因素对疫情风险传播的影响,反映风险演变趋势,还能快速量化区域风险等级,实现不同空间分辨率下的疫情风险评估。因此,基于LSTM算法和云模型的耦合模型可有效预测疫情的传播风险,同时,也为传染病时空传播建模与风险评估提供了方法参考。     

黄河三角洲高效生态经济区生态环境承载力分析

以黄河三角洲19个地区2010年统计年鉴的数据为依据,应用生态足迹法,对该区2010年的生态足迹进行计算与分析。结果表明,黄河三角洲地区的生态足迹均为赤字,人均生态足迹为68．396 hm2,人均实际可利用生态承载力为14．057 hm2,人均生态赤字为54．339 hm2。反映出评价区人类的生产、生活强度超过了生态系统的承载能力,区域生态系统处于被人类过度开发利用状态。     

基于贝叶斯统计的黄河流域生态文明与共同富裕的时空协同演进研究

鉴于目前关于时空数据的综合评价未能充分考虑时空交互信息，本文提出一种时空动态熵值法，可同时考虑空间、时间和时空交互3个维度的信息熵，采用该方法综合测度了2000—2020年黄河流域地级市尺度的生态文明指数（Ec CI）和共同富裕指数（CoPI）；采用贝叶斯自适应多阶段时空演化模型精细研究了黄河流域EcCI和CoPI时空演进规律，有效识别了二者在研究期内的非线性局部变化趋势；为了能够定量测度黄河流域EcCI和CoPI的时空协同状态，本文提出一种贝叶斯时空协同模型，实现了二者在四类变化组合场景下时空协同状态的有效测度。研究发现，黄河流域EcCI和CoPI的时空演进过程可分为3个时期：2000—2007年（前期）、2008—2015年（中期）和2016—2020年（后期）；EcCI的总体空间格局在后期发生了一定转变，而CoPI则在3期保持了基本稳定，表明CoPI的区域协调难度要高于EcCI；在前期和中期，有少数区域的Ec CI和CoPI出现了降低趋势，但在后期，绝大部分区域的EcCI和CoPI都呈现出增长趋势，相较于EcCI而言，CoPI的增长趋势表现出区域极化特征；在时空协同方面，EcCI...     

西江流域生态脆弱性时空分异及其驱动机制研究

流域作为人口、资源、资本都相对集中的水文单元,其生态系统结构的稳定性是区域社会经济发展的基础。流域在生态系统演变及人类频繁活动的共同胁迫下,生境敏感性增强,脆弱易损。本文以广西西江流域为例,通过对其生态脆弱性成因机制分析,依循“敏感性-压力度-恢复力”评估框架,选取11个指标构建完成流域生态脆弱性评价指标体系,以GIS技术为支撑,采用空间主成分分析法和差值法对生态脆弱性指数进行计算与分析,探究2000-2010年广西西江流域生态脆弱性时空变化特征。基于地理探测器的因子探测和交互探测模块分析各影响因子对流域生态脆弱性结果的解释力及因子交互作用对流域生境脆弱性变化的驱动机制。结果表明:① 2000-2010年,广西西江流域生态脆弱性指数多年平均值为0.69,整体处于中度脆弱状态。空间上,流域生态脆弱性表现为中部高于四周,由城市核心区往外逐步减弱的格局特征,研究时段内流域生态脆弱性综合指数多年平均值最大的为贵港市（3.40）,最小的为百色市（2.23）;时间上,10年间,流域整体生态脆弱性呈现轻微恶化的趋势,2005年流域中部及东部地区受高温影响,导致2005年流域生态脆弱性指数整体高于其他两年;② 6个因子对流域生态脆弱性的解释力强度为生物丰度指数（0.475）>高温季节温度（0.340）>植被覆盖度（0.211）>NPP（0.183）>降雨侵蚀力（0.098）>汛期降雨量（0.030）,因子交互协同作用后对结果解释力增强。     

顾及地理-语义动态的城市热点预测框架

城市热点时空预测是城市管理和智慧城市建设的一项长期而富有挑战性的任务。准确地进行城市热点时空预测可以提高城市规划、调度和安全保障能力并降低资源消耗。现有的区域级深度时空预测方法主要利用基于地理网格的图像、给定的网络结构或额外的数据来获取时空动态。通过从原始数据中挖掘出潜在的自语义信息,并将其与基于地理空间的网格图像融合,也可以提高时空预测的性能,基于此,本文提出了一种新的深度学习方法地理语义集成神经网络(GSEN),将地理预测神经网络和语义预测神经网络相叠加。GSEN模型综合了预测递归神经网络（PredRNN）、图卷积预测递归神经网络（GC-PredRNN）和集成层的结构,从不同的角度捕捉时空动态。并且该模型还可以与现实世界中一些潜在的高层动态进行关联,而不需要任何额外的数据。最终在3个不同领域的实际数据集上对本文提出的模型进行了评估,均取得了很好的预测效果,实验结果表明GSEN模型在不同城市热点时空预测任务中的推广性和有效性,利用该模型可以更好地进行城市热点时空预测,解决一系列如犯罪、火灾、网约车预订等等现代城市发展中亟需解决的相关问题。     

黄土高原生态退耕的时空分异特征

生态退耕是调整陆地生态系统结构与功能以应对土地利用过度干扰的重要途径之一,因此科学掌握退耕格局与耕地格局演变对黄土高原生态环境治理与生态修复具有深远意义。本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究生态退耕以来其耕地变化及退耕状况的空间分异特征。结果表明：生态退耕致使延安市耕地面积由2000年的11 752.80 km²减少为2013年的9149.93 km²,退耕面积为2756.85 km²,退耕指数为22.15%,且退耕耕地主要转化为林地、草地,占退耕面积的95.29%;耕地与退耕面积主要分布于6~15°、15~25°坡度及第II级（925~1115 m）、第III级（1115~1275 m）,且2005-2013年的生态退耕速率均高于2000-2005年的生态退耕速率;县域退耕面积及退耕程度均呈现由北向南依次递减的分异特征,而退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心以北的安塞县与宝塔区边界,且生态退耕的重心由东北向西南方向迁移,耕地重心则由北向南迁移。本文通过对延安市生态退耕的时空分异特征分析可为黄土高原更加科学合理地推进生态保育与生态文明建设提供参考。     

塔里木河下游生态环境变化时序监测与对比分析

塔里木河下游地区是我国西部干旱区生态环境问题比较突出的区域。本文主要从地表水(湖泊、河流和湿地)、地下水、地表植被覆盖的角度,基于多源遥感和长时间序列数据,监测和分析生态输水前后区域环境变化和生态响应。首先,采用基于知识迁移的专题图斑更新技术,实现了1990、1995、2000、2005、2010和2015年区域湿地遥感制图和植被覆盖度等生态因子指标提取;然后,以2000年为基准（生态输水起始年）,结合地下水位观测数据,对比分析了人工生态输水前后区域生态环境动态变化过程。结果显示：① 生态输水前（1990-2000年）,塔河下游的生态环境持续恶化,流域范围内一半以上的沼泽湿地消失、河道干涸,地下水位下降,区域植被覆盖大幅度下降;② 生态输水后（2000-2017年）,区域生态环境明显好转,改变了下游河道长期断流状态,区域地下水位明显抬升,地表水域（湖泊和沼泽）面积呈现“V”型逆转增加,区域植被覆盖区和覆盖度均呈现显著增加趋势,曾经一度干涸的塔河尾闾台特玛湖水域面积2017年8月达到147.87 km²。以上研究结果综合表明人工生态输水工程对塔河下游生态环境拯救和治理发挥了重要作用,遏制了生态输水前塔河下游生态环境继续恶化局面,流域生态环境正在逐步恢复。     

基于GEE黄河三角洲长时序生态指数遥感估算与分析

基于遥感长时间序列的分析能够得到更加科学、完整、全面的特征规律,本文以黄河三角洲为研究区域,开展了生态指数遥感估算及分析研究。基于Google Earth Engine (GEE)分析了2000年以来逐年度归一化植被指数（NDVI）、湿度指数（Wet）、盐分指数（SI3）、遥感生态指数（RSEI）,获得了完整、细致长时间序列的分析结果。考虑到黄河三角洲的区域特点,引入了盐分指数（SI3）与遥感生态指数（RSEI）相结合的评价分析方法。研究发现,自2011年以来研究区的生态环境指数呈上升趋势,生态环境持续改善。     

耦合人群移动的COVID-19传染病模型研究进展

构建传染病模型可为疫情防控与公共卫生研究提供至关重要的规划与解析工具。由于宿主行为是传染病传播动态的决定性因素之一,有效耦合人群时空行为对以人为宿主的传染病建模具有重要意义。得益于人群移动大数据研究与应用的快速发展,新型冠状病毒肺炎（COVID-19）的疫情建模研究中呈现出了耦合人群移动建模的显著特征。为系统深入理解该项传染病模型研究中的重要进展,本文对相关文献进行分析与总结。首先,本文分析了COVID-19疫情与人群移动的交互影响,说明了耦合人群移动构建COVID-19模型的必要性。然后,根据建模的目的和原理,从疫情短期预测与过程模拟2个角度,对耦合人群移动的COVID-19传染病模型进行分类梳理。其中,根据耦合人群移动的方式,本文将面向疫情短期预测的模型分为人群移动一阶量与人群移动二阶量的耦合模型,将基于过程模拟的模型分为群体级别和个体级别的耦合模型。最后,本文评述了耦合人群移动的传染病模型研究进展和未来发展方向,认为该领域研究亟需更加深入建模与疾病传播相关的复杂人群时空行为、提升模型的空间解析能力、突破精细化时空传播模拟的计算瓶颈、拓展与前沿人工智能方法的融合,并构建普适而开放的建模数据与工具以促进应用发展。     

CHARACTERISTICS AND CONSTRUCTION OF LANDSCAPE ECOLOGY IN ARID REGIONS

Ｌａｎｄｓｃａｐｅｅｃｏｌｏｇｙｉｓａｎｅｗｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｓｃｉ ｅｎｃｅｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｓｐａｔｉａｌｐａｔ ｔｅｒｎｓａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｎｄｓｃａｐｅｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｒｒｉｔｏ ｒｉｅｓｏｆｈｕｍａｎｓｃａｌｅｏｒｒｅｇａｒｄｅｄａｓｔｈｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｏｆｓｐａｔｉａｌｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔ…     

基于生态空间胁迫的大都市区增长情景模拟

大都市区增长是当前中国城镇化发展的一种主要模式,如何确定其最佳空间增长形态是新型城镇化关注的重要内容之一。本研究立足于未来“生态城市”建设理念,从自然资源生态敏感性和城市发展适宜性角度构建双重约束条件,利用元胞自动机模型构建了生态空间胁迫下的城市增长过程模拟框架,探讨了边缘性增长、生态性增长与协调性增长3种发展模式,并从建设适宜性、生态安全性与斑块紧凑性等角度构建评价指标对模拟方案进行定量化对比。最后,以长江中游城市群的南昌大都市区进行实例应用,结果表明,协调性空间增长模式能最大程度降低城市建设对生态安全空间的侵蚀,大都市区在制定城市增长边界等空间政策时宜参考此种发展模式,基于生态空间胁迫分析的城市增长过程建模是一种有用的规划决策情景分析工具。     

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%。     

云南边境生态环境数据组织管理研究

生态环境数据合理有效地组织与管理,对于开展区域生态环境研究意义重大。本文首先探讨了生态环境数据组织管理的基本流程。在此基础上,指出生态环境数据分类编码与元数据的规范化,以及生态环境模型的设计是实现生态环境数据组织管理的难点所在。随后,笔者以云南边境地带生态环境数据为例,提出了生态环境数据分类编码与元数据方案。并且在深入剖析生态环境数据特征的基础上,重点研究了生态环境数据的建模方案,提出了生态环境辅助数据模型(EcoADM)。最后,简要介绍了云南边境生态环境数据库管理原型系统的建设。     

地质统计学在含水层参数空间变异研究中的应用进展与发展趋势

科学合理评价地下水资源,对统筹规划、合理开发利用区域地下水,保障区域生态环境安全至关重要。获取含水层参数空间变异规律是解决地下水渗流、污染物运移、地下水开发利用等诸多地下水问题的重要基础。然而,受常规勘察技术所限,含水层非均质性难以直接刻画。两点地质统计学通过变异函数确定随机变量相关关系,解决地质变量空间线性估计并表征其各向异性;多点地质统计学突破了空间两点间相关关系的局限,通过多点训练图像建模,有效反映含水层参数变量空间分布特征,也更适合模拟复杂结构地质体。据此,本文对常用的两点地质统计学在含水层参数空间变异研究中的实际应用作了简述和探讨,并以含水层渗透系数为媒介,阐述了岩土电阻率和水力梯度或水头与渗透系数在地质统计学中运用的限制性协同关系。应用对比了多点地质统计建模与传统地质统计建模相比所具有的优势,并探讨了后者受自身算法、建模方法等制约现如今仍然尚未解决的问题及未来发展方向。指出在卫星、雷达及遥感技术快速发展背景下,数据同化、机器学习等手段融合、集成和尺度推绎多源、多空间、多分辨率空间数据帮助地质统计学实现数值建模是大势所趋。      

中国南方丘陵区非点源污染过程模拟研究进展

随着南方丘陵区开发利用强度的增大,氮、磷非点源污染和水体富营养化问题日益突出。由于流域尺度非点源污染过程的复杂性,难以建立大范围、重复可控的观测和实验环境,模型模拟成为非点源污染治理辅助决策的必要手段。已有学者对南方丘陵区非点源污染过程模拟开展了相关研究,但缺乏对已有成果及其存在问题的系统总结以及对下一步研究方向的分析探讨。本文首先分析了南方丘陵区非点源污染过程的机理,认为该地区的非点源污染过程模拟应满足多过程耦合、空间全分布式及考虑区域特点等要求;然后,对南方丘陵区非点源污染过程模拟研究现状以及存在问题进行了分析,总结了现有研究在描述非点源污染物迁移路径和反映区域特点等方面的不足;最后,从适合南方丘陵区特点的流域空间离散化方法、全分布式非点源污染物迁移路径的构建、特殊地物和人为活动在全分布式非点源污染模型中的综合表达等方面探讨了下一步研究方向,旨在为南方丘陵区非点源污染过程模拟研究提供参考和借鉴。     

武陵山区生态安全格局演变分析

本文依据武陵山区遥感调查数据及社会经济统计数据,运用灰色关联度模型计算2000年和2010年生态安全综合指数,并对研究区生态安全综合指数的时空演变特征进行分析.结果表明:(1)2000年研究区生态安全综合指数处于Ⅲ级临界安全和Ⅱ级较差安全水平,2010年生态安全综合指数整体处于Ⅲ级临界安全水平之上;(2)2期Moran's I指数分别为0.3828及0.4411,P值均小于0.01,生态安全综合指数在空间上表现出较强正相关,存在空间聚集性,且2010年聚集性更强;(3)武陵山区2期生态安全综合指数空间分布出现较大变化,且都呈现高值,低值聚集;(4)生态安全综合指数与扶贫人口比例及森林覆盖率呈正相关,与农民人均纯收入没有必然的联系.     

Three Types of Spatial Function Zoning in Key Ecological Function Areas Based on Ecological and Economic Coordinated Development: A Case Study of Tacheng Basin,China

Three types of spatial function zoning is an effective measure for regional environmental protection and orderly development.For ecological and economic coordinated development, spatial function zones should be divided scientifically to clear its direction of development and protection. Therefore, based on ecological constraints, a beneficial discussion would be about the key ecological function areas adopting the concept of ecological protection restriction and supporting socioeconomic development for spatial function zoning. In this paper, the researchers, taking Tacheng Basin, Xinjiang of China as an example, choose township as basic research unit and set up an evaluation index system from three aspects, namely, ecological protection suitability, agricultural production suitability, and urban development suitability, which are analyzed by using spatial analysis functions and exclusive matrix method. The results showed that: 1) This paper formed a set of multilevel evaluation index systems for three types of spatial function zoning of the key ecological function areas based on a novel perspective by scientifically dividing Tacheng Basin into ecological space, agricultural space, and urban space,which realized the integration and scientific orientation for spatial function at the township scale. 2) Under the guidance of three types of spatial pattern, the functional orientation and suggestions of development and protection was clearly defined for ecological protection zones,ecological economic zones, agricultural production zones, and urban development zones. 3) A new idea of space governance is provided to promote the coordinated and sustainable development between ecology and economy, which can break the traditional mode of thinking about regional economic development, and offers a scientific basis and reference for macro decision-making.     

Spatial correlation and ecological characteristics analysis of management area for biodiversity conservation and relevant regionalization

Formulation of different ecological zone plans according to the corresponding protection targets and the necessity of proper conservation policy is one of the measures to achieve the goal of ecological conservation in China.In order to clarify the interrelation among key ecological zone plans,this paper carried out the research on spatial relation of priority areas of biodiversity conservation and three key ecological areas（key ecological function areas,key regions of ecological service function,national nature reserves） and the research on ecological conditions,based on multi-scale ecological spatial theme information,which incorporates elements like ecologi-cal quality and type,and by the aid of spatial information analysis and GIS modeling.The results showed a contrastively fine spatial consistency with 68.8% of priority areas of biodiversity conservation overlapping with three key ecological areas.Although the envi-ronment in priority areas of biodiversity conservation were in good conditions,protection pressure is also increasing,powerful supervi-sion and protection should not be ignored.The environmental conditions in the overlapping areas,as a whole,were superior to those in the non-overlapping areas.Since two areas have different characteristics,targeted protection measures should be formulated based on this difference,which will be very important for biodiversity conservation in priority areas of biodiversity conservation.