山东半岛城市群城市土地扩张与人口增长协调性研究

新型城镇化是以人为核心的城镇化,山东半岛城市群作为我国11个国家级城市群之一,近年来城镇化发展速度不断加快。以山东半岛城市群8个设区城市为研究对象,通过构建城市土地扩张与人口增长协调关系模型,计算8个城市的土地扩张与人口增长协调度,并根据城市土地扩张与人口增长的协调性分级标准,把1994年和2013年8个城市的土地扩张与人口增长协调性关系进行分等定级评价。结果表明:山东半岛城市群城市土地扩张与人口增长的协调性较弱,呈现出土地快速扩张态势。8个城市中有5个城市表现为土地快速扩张,其中2个城市表现为土地显著扩张,3个城市表现为土地明显扩张;人地基本协调的仅有3个,协调性空间分异明显。针对8个城市土地扩张与人口增长间不同类型的协调度,提出发展建议,促进山东半岛城市群城市土地扩张与人口增长协调发展,提高城镇化发展质量。     

AutoPaCA:耦合过程-模式的城镇空间增长模拟模型

理解城镇增长过程、模式、机理并预判未来发展趋势,对优化城镇空间布局,促进城市可持续发展有重要意义。元胞自动机模型（Cellular Automata, CA）是研究城镇增长过程、模式的有效技术手段,但传统CA模型对城镇增长过程和空间模式的协同考虑不足。本研究构建了基于斑块（Patch）的城镇CA模型AutoPaCA,实现对城镇增长过程及空间模式的协同表征和精细控制,将城镇增长过程分为边缘增长和跳跃增长两种形式,并实现了对不同形式下城镇斑块位置、形状和面积大小的精细控制,同时考虑城镇空间模式的集聚性、整体形态及空间约束。此外,还提出使用景观格局分析法分析历史时期城镇增长过程和模式,并结合遗传算法实现对模型参数的地域化自动校正,降低人为主观因素对模拟结果的影响。将模型应用于长沙市1995—2035年的城镇增长模拟与多情景分析。结果表明,构建的AutoPaCA模型可以取得较好的模型精度,200次模拟结果的互异邻域相似性指数均值达到0.486;在生态保护情景下,长沙市城市内部生态结构保存完好,且表现出更为明显的长株潭一体化趋势,说明本研究提出的AutoPaCA模型及参数校正方法是有效的。     

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.     

“双评价”视角下基于FLUS模型的武汉大都市区土地利用模拟和城镇开发边界划定研究

城镇开发边界的划定对于保障资源合理利用、促进城镇有序发展具有重要意义。国内现有研究多以规划实践的技术探讨为主,但对资源环境的定量化评估不足,且较少在大都市区尺度开展研究。本文以武汉大都市区为研究案例,提出在耦合多种要素构建“双评价”体系的基础上,结合FLUS模型进行土地利用模拟和城镇开发边界的划定,并运用景观格局指数等对结果进行分析校验。结果表明:① 土地利用模拟KAPPA系数为0.95,总体精度为0.96,能较好的反映未来用地变化情况,且结果显示城镇建设用地呈蔓延式扩张,有必要通过划定边界来控制城镇开发;② 根据模拟结果划定城镇开发边界,能够避免城镇建设集中占用生态或农业价值较高的区域,并在优化形态的基础上改善武汉大都市区的城镇空间布局,有很强的适用性;③ 驱动体系评价表明,相较于单一因子库,“双评价”因子库精度更高,且更能优化景观格局,促进建设用地斑块集聚发展并填补建成区空白,更符合区域发展诉求;④ 扩张结果评价表明划定结果与武汉大都市区的未来发展模式吻合,未来空间管控应重点关注临空港片区、阳逻片区、光谷-未来城片区、纸坊片区扩张的潜在价值。本研究验证了FLUS模型在武汉大都市区内应用的有效性,为规划管控及建设用地布局优化提供一定参考。     

基于政府大数据的北京城市空间发展模式分析

城市的发展都有各自的特征。这些特征通常是受城市发展过程中政府决策及规划政策的影响而形成。作为我国首都,同时也是人口最稠密的城市,北京市的城市建设用地在过去20年快速城镇化进程中持续扩张。笔者认为,北京市城市扩张期间,城市建设用地开发模式有特定的规律和空间特征。本文中,笔者采用非负矩阵分解(NMF)的方法,对北京市建设用地规划许可发放数据进行挖掘,以此识别城市空间发展模式。笔者发现这个阶段包含了两种主要发展模式,同时也结合诸多辅助信息对这两种模式进行了深入的分析和解释。本文中使用的城市空间发展模式识别方法可以推广到其他区域的城市研究中,对城市设计及政府决策工作起到较大作用。     

基于城市生态空间土地整治的生物群落构建

随着城市生态文明建设步伐加快,城市建设对生态用地的需求日益增加。然而中国城市生态空间土地整治工程建设中存在过度注重美学和视觉效应、盲目引进外来种、植物配置不合理、大面积运用草坪等现象,在城市生态文明建设的同时也引发了很多问题。通过分析生态文明背景下中国城市生态空间规划与建设存在的问题,结合城市土地整治生态空间特点,总结提出了“人+植物”群落城市土地整治生态修复基础理论,并以陕西省渭南市渭东新城综合整治项目为例,重点阐述了城市土地整治过程中生态空间群落构建的方法要点和具体思路。结果表明:在城市土地整治修复和生态空间建设中,重点利用本土植物群落特性,构建复层植物群落;丰富区域生物多样性,打造平衡的生态链;充分考虑人与自然的耦合关系,并以“人+植物”群落为单位与城市设施、人类活动、环境承载力综合考虑设计城市生态景观,最终可以构建优美、可持续的城市生态空间。     

湘南新型城镇化过程中建设用地监测

本文以湘南地区15个典型县(市、区)作为研究区,收集、整理、制作研究区内影像数据、土地利用数据、地理国情监测数据、社会经济等数据,从建设用地空间分布、扩展形态、城镇化扩展效益等方面对监测区内城乡建设用地与城市建设用地进行监测分析,为今后湘南地区新型城镇化建设提供科学、合理的依据。     

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。     

耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法

模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型（RFA-CA和Logistic-CA）精度更高（FoM=0.22）,能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素（高程、坡度）对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。     

FLUS-UGB多情景模拟的珠江三角洲城市增长边界划定

城市增长边界（UGBs）能够控制城市空间的无序蔓延并引导城市合理增长,多发展情景下的UGBs是对不同规划条件下城市未来发展空间范围进行界定的常用方法。元胞自动机（CA）模型能对未来城市发展进行动态的预测,并已广泛的应用于UGBs的划定中。然而,目前的方法和模型大多只针对单一的城市发展情景进行UGBs的划定,较少能对未来多种发展情景下的UGBs进行准确划定。因此,针对这个问题本文提出了一种基于未来用地模拟（FLUS）模型和膨胀与腐蚀的算法的多情景UGBs划定模型（FLUS-UGB）。本文选取珠江三角洲地区为研究区,在对2000-2013年珠江三角洲地区城市土地利用进行模拟和验证的基础上（Kappa系数为0.715,总体精度为94.539%）,预测了2013-2050年基准、耕地保护及生态控制3种情景下珠江三角洲地区的城市扩张,并根据预测结果对该地区UGBs进行划定。结果显示,该方法能够针对不同的城市发展情景进行相应UGBs的划定,具有较好的可靠性及适用性。     

顾及土地生态安全的环鄱阳湖城市群土地利用情景模拟

在国家大力推进新型城镇化和落实城市群空间规划的背景下,评价城市群土地生态安全水平,并以此为限制条件预测城市群未来土地利用格局,对城市群可持续发展具有重要意义。本文以环鄱阳湖城市群为研究对象,对城市群土地生态安全格局和变化进行分析,根据土地生态安全评价结果设置自然发展情景和生态保护情景,结合多分类Logistic回归和多标准评价方法(MCE),构建CA-Markov模型,预测2种情景下2030年土地利用格局并进行对比分析。研究结果表明:①2005、2010和2015年,环鄱阳湖城市群网格平均生态安全值分别为0.574、0.573和0.571,空间布局上呈现"中部低、东西高"的特征;②预测2030年,自然发展情景下新增城镇用地主要位于九江市、上饶市和南昌市,生态保护情景下限制城镇用地和其他建设用地向土地生态安全高值区扩展,使得城镇用地和其他建设用地扩展更加集中;③预测生态保护情景下,高生态安全区面积比自然发展情景下多39.39%且分布更加均匀,包括鄱阳湖周边区域、九江市中部以及新余市和吉安市,城市群生态安全得到有效保护。该研究可为环鄱阳湖城市群土地利用规划及生态保护提供参考。     

基于FLUS-UGB的县域土地利用模拟及城镇开发边界划定研究

当前城镇开发边界的制定与已有基本农田和生态保护红线存在较大的龃龉,在新的国土空间规划体系下,需要科学划定县域合理的城镇开发边界以实现国土空间的可持续开发利用。对此,本文提出了基于三线协调和FLUS-UGB的城镇增长边界划定方法,以江苏省丰县为研究案例,在对其2011—2017年土地利用进行模拟和验证的基础上预测了至2035年的多情景土地利用变化,结合耕地保护与生态控制背景,最终确定城镇增长边界。结果表明：① 2017年丰县土地利用模拟的总体精度达到94.7%,Kappa系数为0.895,模拟精度较高。② 基准情景下,城镇用地呈现“摊大饼”的空间扩张趋势。在耕地保护与生态控制背景下,城镇呈“放射式”向外有序扩张。③ 预测2035年丰县城镇用地开发边界面积为80.29 km²,2017—2035年共17年增长幅度达到69.07%。明确划分城镇开发边界能够有效避免城镇用地对永久基本农田和重要生态用地的侵占,从而实现城镇扩张、永久基本农田和重要生态用地保护三者之间的良好空间协调。     

Optimization Transmission Theory and Technical Pathways that Describe Multiscale Urban Agglomeration Spaces

Urban agglomerations are spatial entities that promote the development of ‘new urbanization' processes within China. In this context, the concept of ‘multiscale urban agglomeration spaces' encompasses three linked levels: macroscale urban agglomerations, mesoscale cities, and microscale urban centers. Applying a series of multidisciplinary integrated research methods drawn from geography, urban planning, and architecture, this paper reveals two intensive utilization laws that can be generalized to apply to multiscale urban agglomeration spaces, top-to-bottom ‘positive transmission' linkage and inside-to-outside ‘negative transmission' movement. This paper also proposes optimization transmission theory and policy decision technical pathways that can be applied to these three urban agglomeration spatial scales. Specific technical pathways of transmission include intensive expansion and simulated decision-making in macroscale urban agglomerations, ecology, production, and living space intensive layout and dynamic decision-making in mesoscale cities, and four cores(i.e., ‘single, ring, axis, and pole core') progressive linkage and intensive optimization decision-making in microscale urban centers. The theory and technical pathways proposed in this paper solve the technical problem of optimization and provide intensive methods that can be applied not only at the individual level but also at multiple scales in urban agglomeration spaces. This study also advances a series of comprehensive technical solutions that can be applied to both compact and smart growth cities as well as to urban agglomerations. Solid theoretical support is provided for the optimization of Chinese land development, urbanization, agricultural development, and ecological security.     

Simulating Sustainable Urban Development by Incorporating Social-ecological Risks into a Constrained CA Model

A key solution to urban and global sustainability is effective planning of sustainable urban development, for which geo-techniques especially cellular automata (CA) models can be very informative. However, existing CA models for simulating sustainable urban development, though increasingly refined in modeling urban growth, capture mostly the environmental aspect of sustainability. In this study, an adaptable risk-constrained CA model was developed by incorporating the social-ecological risks of urban development. A three-dimensional risk assessment framework was proposed that explicitly considers the environmental constraints on, system resilience to, and potential impacts of urban development. The risk-constrained model was then applied to a case study of Sheyang County, Jiangsu Province in the eastern China. Comparative simulations of urban development in four contrasting scenarios were conducted, namely, the environmental suitability constrained scenario, the ecological risk constrained scenario, the social risk constrained scenario, and the integrated social-ecological risk constrained scenario. The simulations suggested that considering only environmental suitability in the CA simulation of urban development overestimated the potential of sustainable urban growth, and that the urbanization mode changed from city expansion that was more constrained by social risks to town growth that was more constrained by ecological risks. Our risk-constrained CA model can better simulate sustainable urban development; additionally, we provide suggestions on the sustainable urban development in Sheyang and on future model development.     

基于地理分区与FLUS模型的城市扩张模拟与预警

城市的快速扩张不断改变着土地资源的转化,带来了诸多生态环境问题。分析和模拟城市扩张的机制,并对城市未来土地利用变化的风险进行预警,利于合理调控城市的发展。本文提出了一种基于地理分区和未来用地模拟(Future Land Use Simulation,FLUS)模型的城市扩张模拟模型,用于模拟和预测复杂的土地利用变化。该模型利用多指标数据进行空间聚类,耦合地理分区结果进行城市扩张模拟。珠江三角洲2005-2015年的城市扩张模拟结果显示,分区下的模拟精度(FoM=0.2329,提高了9%)明显高于未分区,说明不同分区在土地利用转化上存在空间差异,该模型能更有效地模拟城市土地利用变化。另外,本文构建了一种城市扩张预警指标评价体系,用于评估城市扩张的警情。根据在2005-2015基础上预测的2025-2045年土地利用变化结果,对珠江三角洲城市扩张进行多尺度预警分析。综合预警结果显示该区域大部分城市至2045年城市扩张警情将达到中警和重警,其中东莞警情一直维持在重警。由此,未来需要加强对珠三角城市扩张的宏观调控,以此来缓解未来城市扩张的警情。     

基于CLUE-S模型的辽河流域景观格局空间分布模拟

基于CLUE-S模型,以辽河流域为研究区,利用2000年和2010年两期土地利用数据,采用Logistic逐步回归方程ROC曲线,选择高程、距离、土壤等8种驱动因子,对2010年景观格局进行模拟,并依据2010景观格局、相应的辽河流域土地利用规划,设置3种不同情景,进行2010-2020年景观格局模拟。研究表明：(1)模拟的2010年景观格局,kappa精度达到90%以上,表明CLUE-S模型在辽河流域具有良好的景观格局模拟能力。(2)辽河流域在不同情境下,建设用地均出现不同程度的增加,耕地出现不同程度减少。其中,情景2中,森林有所减少,耕地转化幅度较大,建设用地围绕辽河流域城镇带建设逐步扩展,集中在沈阳、抚顺、鞍山等工业发达城市;情景3中,森林、湿地逐步扩大,表现在东部退耕还林,南部紧靠辽海入口湿地增加。研究结论可为未来辽河流域的生态保护建设及景观格局合理规划提供参考依据。     

基于影响因子动态更新的都市圈国土-人口协同模拟

都市圈作为典型的复杂巨系统,其国土、人口、交通等要素呈现出共同演化、协同发展的特征。现有基于元胞自动机的空间模拟方法通常分别进行国土或人口模拟,忽略了国土、人口之间的协同演化,从而限制了模拟性能。本文提出一种影响因子动态更新策略用以表征国土、人口两种要素间的相互作用,拓展经典元胞自动机模型构建协同模拟算法,实现了都市圈国土与人口空间分布态势的精准模拟。本文以深莞惠都市圈为例,对提出算法进行了实验验证。实验结果表明,本文提出协同模拟算法在深莞惠都市圈的国土模拟品质因素为0.274、人口模拟平均绝对百分比误差23.55%,分别优于传统基于随机森林的元胞自动机算法0.24和29.33%;相较于传统模型,在国土模拟中本模型在对于建设用地的模拟准确度提升了约3%,在人口模拟中本模型在对人口高密度的区域模拟误差降低了约6%。本文进一步预测了深莞惠都市圈2030年国土和人口发展空间态势。研究结果可为都市圈重大基础设施选址和发展情景推演提供技术支撑。