基于区块特征的元胞自动机土地利用演化模型研究

针对传统元胞自动机模型中栅格式规则空间模拟复杂地理元素精度不高的问题,提出一种基于土地区块特征的非规则空间元胞自动机模型,以地理单元实质不规则实体形状作为元胞空间单元,进行土地利用变化的仿真模拟,运用MapInfo建立非规则空间元胞自动机模型的应用软件.对头灶镇土地利用演化的实证研究表明,非规则空间元胞自动机模型可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则,可为城市规划提供决策支持.     

元胞自动机和多主体模型在土地利用变化模拟中的应用

土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的重要分支。复杂系统理论的完善和系统模拟平台的发展使得复杂系统模拟方法在土地利用变化模拟研究中的优势越来越明显,元胞自动机模型和多主体模型正是基于复杂系统理论模拟研究的代表。本文简要回顾了土地利用变化模拟研究进展,探讨了土地利用变化的内在机理,着重分析了元胞自动机和多主体模型的内涵、研究热点、模拟平台和优缺点等,并对其今后在土地利用变化模拟研究的发展趋势进行了展望,以期为土地利用变化模拟研究提供参考。     

土地利用系统动态变化模拟研究进展

土地利用/覆被变化与环境要素的动态作用过程自LUCC相关研究计划开展以来一直是重点内容,并且愈来愈受到重视.将土地利用主体的决策过程和环境要素变化过程综合起来研究土地利用系统动态变化,是实现土地自然生态系统与社会经济系统耦合研究的途径与方法.本文在对土地利用系统复杂性分析的基础上,提出目前土地利用系统变化模拟需要解决的基本科学问题,主要包括土地自然环境要素对土地利用主体决策的影响、不同空间尺度土地利用主体及主体间相互作用及在此基础上的区域土地利用动态变化模型研究.土地利用模型是分析土地利用系统结构与功能的有力工具,通过分析土地利用系统模拟研究进展发现国内外真正实现了自然生态系统和社会经济系统综合研究的模型尚不多见.基于主体的土地利用模拟方法综合了土地利用变化中空间变化和主体决策过程,适合于分析土地利用系统变化的空间过程、空间相互作用和多尺度现象.本文在对国际上基于多主体模型进行土地利用系统模拟的相关进展、模拟平台等分析评述的基础上,提出未来我国开展基于多主体模型进行土地利用变化研究的建议.     

土地利用变化空间模拟的进展--CLUE-S模型及其应用

土地利用变化的空间模拟是进行土地利用情景分析的重要基础。本文在介绍了国际上常用的细胞自控模型(CA)、土地利用变化及效应模型(CLUE)的基础上,重点分析了小尺度土地利用变化及效应模型(CLUE-S)的方法,并以邯郸地区为例进行了案例研究。认为CLUE-S模型采取经验模型的方法,通过建立土地利用空间分配和驱动因子之间的统计关系模拟近期土地利用变化的情景。同时也考虑了不同土地利用方式之间的竞争关系,因此可以较好地模拟小尺度地区的近期土地利用变化情景;考虑到短期或近期土地利用变化的因子主要与人类的社会经济活动有关,而社会经济因子的空间化尚存在一定难度。因此,突破这一瓶颈成为CLUE-S模型发展和应用的关键;CLUE-S模型主要解决的是不同空间尺度上的土地利用空间分配问题,在土地生产潜力评价、土地利用规划等方面具有广阔的应用前景。     

香格里拉县土地利用/土地覆盖变化与趋势预测研究

在遥感和GIS技术支持下，定量分析研究区1989-2003年的土地利用／土地覆盖变化过程，以及土地利用／土地覆盖变化各类型之间的相互转化状况，并定性分析研究区土地利用／土地覆盖变化的驱动因子。运用马尔柯夫模型，对研究区未来土地利用／土地覆盖演变趋势进行模拟与预测。为实现研究区土地资源的可持续利用，必须在提高全民环保意识、坚决贯彻国家相应法律法规的前提下，加强天然林保护，建立长期有效的补偿机制，搞好退耕还林还草，严格控制人口增长。     

基于元胞自动机模型的土地利用变化模拟——以大连经济技术开发区为例

元胞自动机模型已经成为模拟土地利用变化的重要方法。传统土地模拟方法中侧重于通过分析影响土地利用变化的因素来构建预测模型,较少从土地利用类型变化及其相互作用的空间角度来关注模型构建。本文以1998年、2004年和2009年1:10000土地利用数据,利用Python语言结合GDAL与Numpy类库实现局部土地利用竞争的元胞自动机模型原型开发,并用于模拟大连市经济技术开发区1998-2009年土地利用变化模拟。研究结果:1建立了发掘多地类之间相互作用关系的试验方法,研究适用于具有明确物理意义的多地类元胞自动机模拟模型;2该模型具有好的模拟精度,对建设用地、农用地和林地等3种不同类型用地进行同时模拟,其对应Kappa系数分别为0.762,0.634和0.678;3该模型建立了研究不同种地类协调作用的基本方法,可以用于进一步研究土地利用变化地类之间驱动原理。     

黄河源区土地利用/覆被变化及其生态环境效应

应用1989年TM影像和2005年ETM+影像提取黄河源区两期土地利用/覆被数据,并利用GIS的空间叠加分析对两期土地利用图进行土地利用动态信息的提取。在建立黄河源区土地利用数据库的基础上,采用生态环境质量指数模型建立各土地利用类型与生态环境质量之间的数量关系,定量的分析土地利用变化对生态环境质量的影响。结果表明:①黄河源区1989-2005年间,土地利用变化缓慢而匀速,存在着生态环境的恶化和改善两种相反的趋势。在大尺度范围内,生态环境质量相对稳定,有轻微的恶化,但是在研究区局部范围内,生态环境质量变化显著;②植被是影响黄河源区生态环境质量的主要因素,其中草地对环境质量的影响处于主导地位;③利用生态环境质量指数模型不仅可以从整体上了解研究区生态环境质量,也可以发现影响区域环境质量的主要驱动力。     

基于生命周期理论的煤矿区 土地利用演化模拟

准确、可靠地模拟和预测煤矿区土地利用结构的变化,是矿区制定土地利用规划、土地复垦措施的重要依据。考虑到元胞自动机模型(CA)在土地利用结构变化模拟和预测方面的优越性能,将CA模型引入了矿区土地利用结构变化的模拟和预测。但矿区在不同的发展阶段,土地利用类型之间的转换具有不同方式,使得土地利用结构的演化存在阶段性的特点。因而利用CA模型对矿区的土地利用变化进行模拟和预测,就要求在不同阶段使用不同的转换规则,而传统CA模型难以满足这样的要求。本文基于矿区生命周期理论,改进了传统CA模型,通过控制变量的引入,实现了元胞转换规则的动态获取和应用。为了验证模型的有效性,以潞安矿区为研究区域,常村矿为研究对象,利用改进的模型对常村矿的土地利用空间结构进行了成熟期和衰退期的预测。通过和传统CA模型预测结果的比较,表明该模型的预测结果和矿区的不同阶段的土地利用演化特点比较吻合。因此该模型能够提高矿区土地利用结构演变模拟和预测的精度,是有效可行的方法。     

基于MAS的农户土地利用模型构建与模拟——以陕西省米脂县孟岔村为例

Multi-Agent System(简称MAS)给进行多主体参与的LUCC研究提供一个概念性框架.本文试图通过对多主体决策的模拟,来探讨MAS在微观层面土地利用变化过程中的应用,揭示农户土地利用决策变化的机制.首先,简要说明MAS在土地利用变化模拟中的研究进展和背景:然后,基于B、D、I的决策结构.建立基于MAS的农户土地利用框架;再次,以陕西省米脂县孟岔村为例进行研究:最后.探讨了MAS模型在微观层面模拟LUCC的潜力与不足.研究表明:①利用可清晰地表达决策产生过程的B、D、I决策框架,构建微观个体(农户)的土地利用决策模型:②利用连续函数,构建同类农户间的相互作用模型;③构建市场对农户决策的影响模型.定量分析市场对农户最终土地利用决策的影响,厘定市场、同类农户间相互作用对其土地利用决策的影响:④构建的基于MAS的农户土地利用决策模型为从微观视角研究土地利用变化提供了新的方法.同时.也为进一步探索宏观土地利用变化与微观土地利用决策间的互动机理积累理论与实践的经验.还需要进一步研究和探讨的问题包括:①决策的尺度变化问题,即单个农户决策与群体农户决策之间的转化问题;②探索在更长时间里进行农户土地利用决策研究的方法.以期在大量的土地利用资料与有限时间决策之间找到沟通的桥梁:③进一步探讨不同农户间相互作用的定量方法和模型,充实农户间相互作用的研究.     

LUCC驱动力模型研究综述

驱动力研究是土地利用变化研究中的核心问题。土地利用变化驱动力模型是分析土地利用变化原因和结果的有力工具，模型通过情景分析可为土地利用规划与决策提供依据。基于不同理论的驱动力研究方法很多，论文选取了几种国内外应用较多的LUCC驱动力模型进行综述，分析了每个模型的优缺点及适用范围，最后得出结论：1) 基于过程的动态模型更适于研究复杂的土地利用系统。2) 基于经验的统计模型能弥补基于过程的动态模型的不足。3) 基于不同学科背景的模型进一步集成将是LUCC驱动力模型未来的发展趋势。     

Land use change of Kitakyushu based on landscape ecology and Markov model

Based on four phases of TM images acquired in 1990, 1995, 2000 and 2005, this paper took Kitakyushu in Japan as a case study to analyze spatial change of land use landscape and corresponding effects on environmental issues guided by landscape ecology theory in virtue of combining technology of Remote Sensing with GIS. Firstly, land use types were divided into 6 classes (farmland, mountain, forestland, water body, urban land and unused land) according to national classification standard of land use, comprehensible ability of TM image and purpose of this study. Secondly, following the theory of landscape ecology analysis, 11 typical landscape indices were abstracted to evaluate the environmental effects and spatial feature changes of land use. Research results indicated that land use has grown more and more diversified and unbalanced, human activities have disturbed the landscape more seriously. Finally, transfer matrix of Markov was applied to forecast change process of land use in the future different periods, and then potential land use changes were also simulated from 2010 to 2050. Results showed that conversion tendency for all types of land use in Kitakyushu into urban construction land were enhanced. The study was anticipated to help local authorities better understand and address a complex land use system, and develop improved land use management strategies that could better balance urban expansion and ecological conservation.     

论土地利用转型的研究框架

当前,土地变化研究尚缺乏统一的理论指导。探索土地利用转型理论对构建土地变化研究的理论基础具有重要意义。本文试图梳理土地利用转型研究的缘起、拓展及启示,辨析土地利用转型与土地利用变化的内涵差异,构建土地利用转型的研究框架。结果表明：① 耕地及城乡建设用地利用转型研究对构建土地利用转型的研究框架具有重要价值;② 土地利用转型与土地利用变化在基本类型、时间尺度、空间尺度、价值主体、驱动因素、轨迹特征和结果/影响方面存在显著差异;③ 土地利用转型的研究框架涵盖转型诊断、机制研究和效应研究。其中,转型诊断的关键在于,从数量变化视角、景观格局变化视角和经营格局变化视角,以及外部性视角和政策发展视角,构建土地利用空间形态及功能形态的分析指标和转型的诊断准则;转型机制表现为人口、经济、技术、制度、文化和区位因素等土地利用变化深层驱动因素的级联驱动效应。转型机制研究应当着重探讨土地利用空间转型与功能转型的互动机制环;土地利用转型效应包括社会、经济、环境3个方面;④ 1961-2011年法国耕地利用转型能够支撑本文提出的研究框架及中国耕地保护创新。     

土地利用变化的解释

用途转移和集约度变化构成土地利用变化的两种基本类型。土地特性自身的变化、土地使用者个体经济行为分析及社会群体土地管理行为分析 ,构成土地利用变化解释的理论框架。从土地特性考察 ,多宜性和限制性是土地利用发生变化的基本条件。人类对土地利用的结果 ,总是趋向于使土地的多宜性降低和功能类型减少。竞租曲线、转移边际点以及打破土地利用空间均衡的条件分析 ,是土地利用变化经济分析的理论基础 ;“土地利用 -环境效应 -体制响应”反馈环的作用机制 ,构成社会群体土地管理行为分析的理论框架。土地利用变化的机理模型 ,目前主要以新古典经济学和地租理论为基础。多视角的探索可能是土地利用变化机理综合分析的有效途径。     

生态位理论在昆明市土地利用结构优化中的应用

土地利用的效益及潜力可用土地利用的生态位来描述。借助生态位理论,通过分析昆明市（1996～2004年）土地利用类型面积及土地利用类型面积变化情况,并结合土地利用的经济生态位模型,计算了昆明市1999～2006年土地利用类型间相互作用的强度。结果表明昆明市农用地与建设用地经济生态位位差较大,经济发展和城市化进程更加剧了建设用地占用农用地的速度和强度;农用地内部各种土地利用类型的生态位宽度,耕地和牧草地最高且逐年增加,而林地处于较低水平,反映出昆明市需要依靠内部土地利用结构的调整来提高农用地生态位,从而实现土地资源的合理利用与优化配置。     

大城市郊区村域土地利用功能演变及其对乡村振兴的启示——以成都市江家堰村为例

村域是我国农村社会经济活动的基本单元,村域土地利用功能的合理发挥对于实现乡村振兴多元目标具有重要的理论和现实意义。本文首先对村域土地利用功能变化及影响机制进行了理论探究,然后以成都市郊区江家堰村为例,定量揭示了其发展转型过程中的土地利用功能变化、影响机制,提出了土地多功能利用助推乡村振兴途径。结果表明：① 土地利用功能因土地利用类型和土地利用方式变更发生变化,并受自然资源禀赋、社会经济条件、区域政策等间接影响,不同类型乡村其土地利用功能变化趋势往往不同;② 江家堰村经历了乡村旅游发展阶段、土地综合整治和生态建设阶段,其土地利用功能变化主要表现为生产功能转化为生产-生态复合功能,生活功能转化为生产-生活复合功能,土地利用功能呈现多元化和复合化特征;③ 大城市郊区乡村土地利用功能变化受自然因素、区位条件、产业转型、区域政策及土地利用主体等因素的综合影响。乡村振兴过程中,应充分发挥土地利用的多功能属性,促进乡村价值提升。     

基于CA与AO的区域土地利用变化模拟研究——以三峡库区为例

运用元胞自动机(Cellular Automata)与AO(ArcObject) 相结合的方法, 在VB 环境下编程来 进行三峡库区地类变化模拟研究。以1995 年和2005 年的土地利用图为基础数据, 比较研究期各 地类的变化数量与方向以确定地类转换之间的优先级, 然后确定地类的转换概率。研究结果表明 此方法便于理解与操作, 同时模拟精度高; 预测结果说理性强, 其结果显示三峡库区城镇建设用 地增加, 耕地面积减少, 水域的面积在增加。其预测结果可以指导库区的土地利用规划, 为库区有 效土地管理提供参考。     

土地节约集约利用技术方法研究:现状、问题与趋势

目前有关土地节约集约利用研究成果较多,但理论基础薄弱、土地节约集约利用评价尺度和方法单一、对 土地节约集约利用环境效应问题重视不够、节地技术研制力度不足、土地集约利用标准研制进展相对缓慢,本文在 对上述相关技术方法研究存在的一系列问题进行剖析的基础上,对未来发展趋势和研究重点进行了展望。未来土 地节约集约利用研究应加强以下4 个方面：①土地集约利用基础理论研究。梳理相关技术标准、模式以及政策法 规,构建土地集约利用基础理论与支撑理论体系。②土地集约利用调查与评价研究。应着重土地集约利用调查、监 测技术方法及调查精度研究,加强基于政府、开发商、研究者、农民(居民)等多视角的土地集约利用评价研究,重视 不同土地集约利用模式下的环境变化过程与模拟、土地节约集约利用过程与生态风险机制等研究。③土地集约利 用潜力与节地控制技术开发。包括主要行业建设用地节地控制方法、土地利用规划的节地控制方法、土地集约利用 的节地工程化技术等。④退化废弃地恢复与再利用技术开发。包括退化废弃地信息挖掘与评价、退化废弃地生态恢 复与再利用、污染土地风险评估与生物修复、采矿塌陷区土地复垦等技术综合应用示范。⑤土地集约利用技术标准 和规范研制。包括土地集约利用调查及评价技术规范、重点产业用地集约利用控制标准、村庄整理与农地整理标 准、高标准农田建设标准、节约型社会的土地规划用地标准、城镇污染土地再生利用标准、采矿塌陷区土地复垦标 准等。研究结果和结论将对促进我国土地节约集约利用研究具有重要科学意义。     

北京城市边缘区土地用途转换宏观动因机制研究

以土地用途转换为论题,将其作为北京城市边缘区土地利用变化的"基本内核过程"进行分析,在土地用途转换基本驱动模式的基础上构建起研究区土地用途转换宏观动因机制的理论框架模型;应用这一模型,结合研究区1982～1997年这一时段土地利用动态变化中的基本情况,对研究区在城市化过程中、各种体制因素作用下土地用途转换的宏观动因机制进行了综合分析,在揭示主因力作用的同时,着重阐明了各种驱动因素之间相互制约、互相联系形成的"合力"效应。     

复杂系统理论与Agent模型在土地变化科学中的研究进展

基于复杂系统理论与Agent 模型,分别从理论与方法的角度梳理并总结了当前土地变化科学的研究进展。复杂系统理论为研究土地变化所处的“耦合的人类-自然系统”及其复杂性问题提供理论支撑;而基于Agent 的模拟作为研究复杂系统的重要工具,为传统土地变化模拟提供新的方法支持。当前,ABMs与土地变化模型相结合(ABM/LUCC),无论是模型构建还是模型应用均取得了显著进展。然而,其也存在诸多问题,尤其是理论与应用脱节,使很多建模者容易陷入“为建模而建模”的误区。此外,现有的ABM模型设计较为随意,模型间差异太大,不利于跨区域比较研究的开展。因此,虽然ABM是认识复杂系统的有效方法,但是建模之前离不开对系统复杂性的深入研究;基于Agent 的土地变化模拟的意义在于充分表达“人类-自然”系统的综合复杂关系,从而合理的预测土地变化(结构与功能) 的动态过程,解释并评价土地变化的可能影响。