土地利用变化模拟模型及应用研究进展

元胞自动机CA(Cellular Automata)和多智能体ABM(Agent-Based Model)模型是土地利用格局和演化模拟的主流方法,两者在模拟自然因素影响和人文驱动机制方面具有突出优势,为LUCC研究提供了重要的工具。当前,ABM无论在模型构建还是应用研究方面,CA和ABM均取得了显著进展。论文从数据基础、模拟尺度、CA转换规则挖掘、ABM行为规则定义、CA和ABM的耦合4个方面梳理土地利用模拟模型和方法的研究进展。并总结这些模型在虚拟城市模拟与理论验证、真实城市模拟与规划预测以及多类用地模拟与辅助决策等方面的应用。最后,总结土地利用模拟模型在精细模拟和全球变化研究方面存在的局限性,认为未来发展将主要集中于解决从2维模型向3维模型发展、大数据与规则精细挖掘以及大尺度模拟与知识迁移等问题。     

情景模拟的精河流域绿洲土地利用变化及预测

针对土地利用动态模拟与预测能为区域可持续发展提供重要参考依据的问题,该文以遥感影像为基础数据,基于人工神经网络元胞自动机(ANN-CA)模型对精河流域绿洲进行土地利用变化动态模拟与情景预测。结果表明:①在过去的26年间,耕地和建设用地居土地利用类型增幅前两位,分别为4.67、3.88,林地和未利用地居降幅前两位,则分别为-0.76,-0.05;②至2026年,3种情景下建设用地的变化幅度均较为明显,显示城镇用地在未来绿洲土地利用发展变化过程中占据主导地位;③研究区未来土地利用过程中,在无任何限制条件下的趋势发展情景必然会造成区域内较大的土地利用格局破碎度,但两种生态保护情景作为修正和补充,可以从空间上优化预测结果。     

基于土地利用变化模拟的生态风险动态评价

以松滋市2000年和2010年Landsat TM影像为基础,利用CA-Markov模型并引入土地利用总体规划限制因素,预测松滋市2020年土地利用情况。构建土地利用生态风险指数,运用4 km×4 km的网格模型采样,采用普通克里金插值法进行插值,引入密度分割法进行归一化等级划分,利用GIS工具进行空间叠加分析并制作土地利用生态风险分级图,实现土地利用变化生态风险动态评价,揭示生态风险变化趋势。模拟预测及评价结果显示:1松滋市2000~2020年土地利用结构发生较大变化,耕地、水域和未利用地面积减少,林地和建设用地面积增加。2土地利用生态风险呈逐步升高趋势,由2000年的21.95升高到2020年的88.53,分布以中部及南部较高,西部及东北部较低。32000~2020年分级结果主要以低风险、较低风险及次中风险为主,特高风险区域逐渐增多,生态风险等级以中心城区为中心呈圈层分布,且距离越远生态风险等级越低。     

江苏盐城市海滨土地利用对景观生态风险的影响

为了给江苏盐城海滨区域的生态环境管理提供理论和技术支持,利用地统计学理论模型和GIS技术,对江苏盐城海滨区域3个时期的土地利用和景观数据进行了生态风险评价和空间变异分析。研究结果显示:1987～2007年,盐城海滨区域和自然保护区内的土地利用结构均发生了显著变化,耕地逐渐增加,自然湿地迅速减少、人工湿地逐渐增加,人类对湿地景观的干扰程度逐渐加剧。自1987年以来,盐城市海滨区域的生态环境受人类活动的干扰增强,景观破碎化程度加剧,景观结构的变化已导致景观生态风险指数发生了显著的时空差异,景观生态风险呈增大的趋势。20 a间,盐城市景观生态风险的空间变异程度逐渐增大。1997年随机地域的空间异质性最大,景观生态风险的空间相关程度最大。盐城市海滨区域的景观生态风险的空间异质性(自相关)尺度和方向性也发生显著变化。各时段该区域东西方向上的变异大于南北方向上的变异;在东西方向上,景观生态风险强度呈现由低变高,而后又降低的特点,最高风险强度带位于西部农田与东部光滩沼泽交界的过渡地带。     

基于GIS和RS的延安地区土地利用及生态脆弱性评价

基于延安市8个区县1997年、2004年和2011年的TM影像数据,运用遥感和地理信息系统软件,对延安地区自退耕还林(草)政策实施以来土地利用动态变化的数量、速度及其空间格局特征进行了定量分析,并结合经济、社会和自然因素数据,通过主成分分析法对延安地区生态脆弱性进行评价。结果表明,1997年至2011年,延安地区的土地利用类型发生了很大变化。耕地面积呈现减少的趋势;居民用地面积处于增长的态势;林地面积增加,并且后期的增加速度明显大于前期;草地面积有小幅度的减少;未利用地和水体面积呈先减少后增加的趋势。生态脆弱性评估表明,在延安地区的8个区县中,北部四县的生态脆弱性指数比南部四县高。在1997年至2011年期间,研究区域内生态环境脆弱性指数逐渐减小,生态环境安全性逐渐增强。     

土地利用变化反事实情景模拟与评价——以湖北省嘉鱼县为例

引入了反事实情景模拟方法来模拟土地利用变化的历史,通过重构土地利用变化历史情景来辅助评价土地利用政策实施效果。以我国的耕地保护政策对粮食安全和城市扩张影响为例,构建耕地保护政策干预下的事实情景和假设无耕地保护政策影响的反事实情景,并借助CLUE-S模型进行土地利用变化情景模拟。通过比较两种模拟结果在耕地数量、产能、空间分布以及城市建设用地数量、效益和空间扩张的差异,实现对耕地保护政策实施效果的评价。实例研究表明,现行的耕地保护政策在遏制耕地流失、提高粮食产量、调整耕地及建设用地空间布局等方面取得了积极效果。     

基于支持向量机的土地利用变化模拟模型

以湖北省为例,选取5大类7个耕地,利用变化驱动力因子,将1986~2000年的数据作为样本训练数据,2001~2004年的数据作为测试数据,与耕地变化进行基于支持向量机的回归模拟,用遗传算法对参数进行优化,并与BP、RFB神经网络模型进行了对比。模拟结果精度分析显示,SVM模型较BP神经网络模型理想,与RFB神经网络接近。并运用该模型对湖北省2010年的耕地利用变化进行了预测,结果合理。研究表明,SVM模型有较强的自学习、自适应能力,在土地利用变化模拟中有着广泛的应用前景。     

基于ECA-GIS模型的土地利用时空变化模拟方法

在城市土地利用认知基础上,本文将ECA-GIS模型的时空数据模型应用于城市土地利用演变模拟中,论述了ECA-GIS模型在模拟土地利用时空演变上的规则,并设计了基于ECA-GIS模型的城市土地利用演化模型,研究了ECA-GIS模型在土地利用演变上的模拟方法和过程。     

天津滨海新区土地利用变化及驱动因子分析

随着全球变化研究的深入,人们逐渐认识到人类活动所导致的土地利用/土地覆盖变化(Land Use and Cover Change)最终会反过来影响到人类自身的生存和发展。因此,土地利用与土地覆盖变化成为全球变化研究的热点问题。本文以天津滨海新区为研究区域,使用ENVI软件通过面向对象解译的方法分别对2005、2010、2014年的遥感图像进行处理,得到3期的解译数据;然后,运用土地利用动态度及土地利用转移矩阵的方法对土地利用的面积变化情况进行分析;最终得出结论:该区域土地利用类型面积变化以建筑用地、未利用地的大幅增加及水域的锐减为主。2005~2014年9年间建筑用地和未利用地面积增加量分别为13 638.15 hm~2、6 926.94 hm~2;植被和盐田的面积都是减少的,而植被减少的面积最多,减少的面积量为10 673.28 hm~2。同时,本文进一步分析了经济、人口、政策驱动因子对该区域土地利用变化的影响。     

基于FLUS模型的土地利用变化模拟与预测方法研究

模拟和预测土地利用演变过程是规划者把握城市扩张趋势,从而确定更合理的城市用地布局的重要途径之一,对指导国土空间规划具有重要意义.研究基于CA原理改进的FLUS模型,通过耦合GeoSOS-FLUS及ArcGIS软件,从2011年土地利用数据中获取元胞转换概率,模拟了2018年土地利用变化情况.模拟精度较高,证明选取的模拟...     

基于土地利用/覆被变化的景观生态风险演化分析

通过建立中山市景观结构与土地利用之间的联系,构建景观生态风险评价体系,能为政府合理利用土地提供参考价值,实现土地资源的有效利用.结果表明:①中山市在城市扩张过程中表现出土地利用粗放的特点,建设用地取代耕地成为优势地类,传统农业占比愈发减少,耕地与水体存在频繁的交换,建设用地的持续扩张使其动态度维持在较高水平;②中山市景...     

江苏滨海湿地土地利用/覆盖变化与地表温度响应遥感监测

以Landsat TM/ETM+图像为主要数据源,提取了江苏省盐城滨海湿地土地利用/覆盖信息;基于单窗算法反演了地表温度,综合分析了1992—2009年间湿地土地利用/覆盖变化(LUCC)及其对地表温度的影响。结果表明:在1992—2009年的17 a间,江苏省滨海湿地最主要的LUCC类型是人类主导型,且以自然类型向人工类型转化最为显著;互花米草、碱蓬和芦苇等自然景观总面积减少了385.52 km2,养殖场、盐田及建筑用地等人工景观总面积增加了376.97 km2;人为干扰是湿地LUCC最主要的驱动因素。在LUCC的影响下,湿地地表温度也有显著波动,多数湿地类型都有不同层次的升温。     

3S支持的城市土地利用变化与生态安全评价研究

根据地学信息图谱理论与地球空间信息认知理论,利用西安市1988、2000年两期遥感影像,分析了西安市1988-2000年间土地利用时空演变过程;利用PSR模型构建了西安生态安全评价指标体系,借助AHP法确定权重,采用遥感影像确定模型中的自然组分数据,结合社会经济统计数据,对生态安全动态进行了尝试性评价;将土地利用图与生态安全评价图做叠置分析,得到了生态安全状态与土地利用格局间的内在联系。     

高度城市化地区土地利用变化分析及效益评价——以深圳市为例

为研究全国第二次土地调查以后高度城市化地区的土地利用变化及效益,本文以深圳市为例,利用其2009—2014年土地变更调查数据,从土地利用结构、土地利用程度、土地利用空间格局以及动态度等多个方面进行分析,并通过熵值法从社会、经济、生态和环境4个角度选取23个指标评估深圳市的土地利用效益及各效益的调度发展状况。研究结果表明:1)深圳市土地利用率已达93%,建设用地率达48.49%,土地综合利用程度逐年提高,土地利用空间格局趋向单一,各指数年变化率均逐渐降低;2)社会效益、经济效益和环境效益提高,生态效益降低,综合效益逐年提高;3)各分项效益子系统从基本协调上升到高度协调。深圳市的土地利用变化分析及效益评价,为深圳市的土地利用总体规划及可持续土地利用提供了一定的参考依据,并对其他高度城市化地区的土地利用具有借鉴价值。     

广西沿海滩涂土地利用变化及驱动力研究

通过遥感影像解译,分析2008~2014年间广西沿海滩涂利用结构及数量变化,并从人口、社会经济发展、政策、城镇化和交通发展4个因素进行变化驱动力分析,为广西海岸滩涂开发利用结构的调整和优化提供参考。     

长江中游城市群土地生态安全评价及时空格局分析

土地生态安全是衡量区域经济社会和资源环境可持续发展的重要指标。本文采用DPSIR模型构建了长江中游城市群土地生态安全评价指标体系,运用熵权TOPSIS法对区域内2006-2016年土地生态安全进行定量评价,并运用GIS技术分析其时空分布规律,最后通过空间自相关分析揭示其空间关联性。结果表明:2006-2016年,长江中游城市群土地生态安全逐步提升,由较不安全转变为临界安全,空间上呈现"南高北低"的格局。长江中游城市群土地生态安全内部存在显著的空间正相关且随着时间推移相关性减弱。鄱阳湖城市群东南部区域呈现高值聚集,武汉周边城市呈现低值聚集,武汉与周边城市土地生态安全存在两极化现象。     

深圳市30年土地利用时空变化及驱动力分析

利用1980~2010年时间序列遥感影像,利用土地变化的变化率、变化贡献率和转移矩阵,从时间和空间上分析了土地利用/土地覆盖的变化特征,并结合单因子相关分析和主成分分析等方法,探讨深圳市土地利用变化的驱动因子。结果显示,30年来深圳市的土地利用发生了巨大变化:城乡用地扩张剧烈,增加了55 077.24 hm2,增长率为265.19%;耕地、林地、水域面积迅速减少,耕地减少33 949.17 hm2,减少率为73.93%。研究时段内,人类活动增强以及影响范围扩大是引起深圳市城乡用地急速增长和耕地下降的主因,且土地利用变化受社会经济驱动力的影响逐步增强。     

东乡区土地利用及生态系统服务价值变化分析

基于东乡区2009年、2014年和2019年三期遥感解译数据,采用Logistic回归分析不同驱动因子与各地类之间的作用,结合CA-Markov模型预测2024年土地利用结构,并对2009-2024年期间土地利用以及生态系统服务价值变化进行分析。     

长江流域土地利用/覆盖变化驱动力及影响综述

长江流域是中国生态和社会经济的重要组成部分,土地利用/覆盖状态正经历着快速的变化。随着遥感技术、物联网、社交媒体的发展,可以获得海量的、多维度的土地利用/覆盖相关数据,围绕长江流域土地利用变化过程、驱动因素和生态响应的研究大量涌现,对长江流域的发展规划和生态保护提供了一定的决策依据。首先梳理了当前长江流域土地利用/覆盖变化相关研究,然后从土地利用/覆盖变化的驱动机制和生态效应两个方面阐述了研究方法和结论,最后从土地利用/覆盖产品差异、驱动因素区域性、生态环境变化过程的复杂性和生态服务价值评估的综合性方面讨论了现有研究面临的困难和挑战,以及未来研究可能的发展方向。     

顾及耕地占补平衡的土地利用变化及其效应多情景模拟

占补平衡是中国耕地保护的重要措施之一。在耕地保护政策从传统数量规模保护为主向数量-质量-生态一体化保护的发展过程中,较少有研究系统地分析不同占补平衡策略的未来潜在影响作用。以中国山东省招远市为例,构建了顾及耕地占补平衡策略的多情景土地利用变化模拟模型,通过设计基准情景、耕地数量保护、耕地数量-质量保护、耕地数量-生态保护和耕地数量-质量-生态保护5个情景,分析2030年不同耕地保护策略下耕地规模、生产力和生境质量的演化规律。结果表明,相较于基准情景,耕地占补平衡情景下耕地数量平均提高了7.2%,粮食产量、生境质量分别平均提升了0.63%和0.70%,其中耕地数量-质量-生态保护情景下粮食产量和生境质量均高于平均水平。因此,耕地数量-质量-生态保护情景更有利于多种目标的协同优化。本研究为系统地对比评估多种占补平衡策略,优化耕地保护政策提供了方法支持。