集成变权与约束性模糊CA的城镇用地扩张情景模拟

引入变权理论、模糊理论、规模及空间约束等,构建了基于变权的约束性模糊元胞自动机(CA),用于城镇用地空间管制边界的模拟,并以太仓市区为例进行应用研究。结果显示,太仓市区城镇用地扩张首先通过内部填充,再进行外部扩张,体现了紧凑式发展模式,其发展方向符合"十一五"规划要求。研究表明,该模型不仅能解决城镇用地扩张的合理规模问题,同时也可灵活处理不同因素的作用程度及空间选择的模糊决策问题,故可更好地满足土地利用规划的需要。     

基于GIS的建设用地空间变化研究

分析建设用地变化空间格局,对探讨城市扩张中的土地利用变化具有重要意义。此处以黑龙江省为研究区,以2000、2010、2016年三期土地利用数据库为基础,利用GIS技术手段,基于景观指数法、核密度分析法分析研究区建设用地空间格局变化特征。研究结果表明:研究区建设用地面积有增长趋势,景观空间格局稳定性逐步提高,整体空间格局上变化趋于稳定;建设用地分布呈现出西南部和东部多、中部和西北部少的空间分布特点,高密度区域在建设用地空间分布的中心,呈现出逐步扩张的趋势。     

高密度人口聚集区与城镇用地的空间差异研究

将人口密度为1 500人/km~2和人口规模为6万人的区域提取为我国高密度人口聚集区;再运用叠置分析、重心和标准差椭圆分析模型,对高密度人口聚集区与城镇用地的空间分布差异进行定量分析,以期为协调人口与土地资源的合理配置提供参考,为未来人口、土地和经济城市化提供决策依据。结果表明,2000～2015年全国高密度人口聚集区与城镇用地的重叠率不足30%,人口集聚于非城镇用地的现象十分普遍。从区域上来看,沿海地区的人口集聚与城镇用地拓展协调性比内陆好,南部沿海经济区城镇用地拓展与人口集聚不匹配的现象较严重;从分布方向上看,高密度人口聚集区与城镇用地分布均为南北方向分散,东西方向集中;北部城镇用地分布多于高密度人口聚集区,南部则相反,整体上二者的空间分布趋于一致。     

宁镇扬丘陵区土地利用景观格局演变与模拟

针对CA模型不能长期预测和Markov模型不能反映空间格局变化的不足,本文运用CA-Markov耦合模型,结合动态度模型、景观格局指数及PCA法,定量揭示宁镇扬丘陵区镇江市的土地利用景观格局演变特征、驱动机制及变化趋势,为区域土地利用规划及调整提供参考。结果表明:镇江市土地利用景观格局时空演变愈加复杂;人口增长、经济发展、城镇化及农业技术进步是土地利用景观格局演变的主要驱动力;到2030年镇江市城区周边建设用地将增加25.58%,而耕地、林地等景观类型将不断锐减。     

基于元胞自动机复合模型的土地利用演化模拟——以北京市海淀区为例

为了在土地利用空间格局演化模拟的基础上,为未来城市土地利用规划及管理提供更为科学合理的决策依据,本文以北京市海淀区1996年、2002年及2008年3期土地利用数据为数据源,重点采用元胞自动机复合模型CA-Markov模型与多标准评价方法相结合的手段,构建元胞转移数量规则及空间位置转化规则,并分别构造3种不同大小的元胞邻域集合,进行土地利用格局的模拟及预测。试验中2008年土地利用模拟结果与实际土地利用数据Kappa系数高达0.856 1,表明CA-Markov模型结合多标准评价方法的模拟手段可行性较高,同时元胞邻域空间大小对模拟结果的精度有明显的影响。土地利用结构数据及模拟预测结果表明城市集约化现象明显,建设用地迅速扩张,占用大量耕地、园地用地,因此迫切需要促进城市土地利用的可持续发展。     

遵化市中心建成区时空演变特征研究

针对中心建设用地扩张过程中存在的边界不统一问题,该文以Landsat TM/OLI遥感图像为基础数据源,通过分析样本纹理波谱,建立纹理归一化指数,运用监督分类法提取了遵化市中心的建设用地.采用扩张强度指标、紧凑指数、城市扩张弹性指数、城市重心和象限分析等方法分析了 1992-2019年遵化城市建设用地的时空演变模式.结果显示,建设用地呈向外扩张态势,且扩张速率大于城镇人口增速,城镇土地利用率低,但结构在理论上相对紧密.该研究从县域城市出发,探索县域建设用地扩张规律,对了解县级城市空间扩张形态、方向和规律提供了方法和数据参考.     

漯河市近40年土地利用及景观格局变化特征研究

本文以河南省漯河市为例,以遥感解译的漯河市近40年来土地利用数据为基础,运用GIS叠置分析、土地利用转移矩阵等空间分析方法,结合景观格局指标,研究其改革开放以来土地利用及景观格局变化特征,为优化土地资源配置及科学的城市规划提供依据。结果表明:(1)1980年至2015年间漯河城镇用地面积呈显著增加趋势,扩张主要占用耕地;(2)林地和农村居民点用地总体呈增加趋势,2000年来其他建设用地面积迅速增加;(3)漯河市各景观类型总体呈平衡发展态势,耕地优势度有所下降,建设用地优势度不断上升;(4)人口增长与经济发展、交通条件改善及政府政策变动是影响漯河市土地利用变化和景观格局演变的主要因素。     

武汉市城镇扩张适宜性与景观生态安全格局的时空耦合关系研究

城镇用地扩张与景观生态安全格局之间存在空间上的关联性与冲突性,为探究城镇扩张适宜性与景观生态安全格局的耦合关系,本文以武汉市为例,在2001、2007和2014年3期ETM遥感影像解译的基础上,结合武汉市高程、坡度、全国第二次土地调查与变更调查数据、道路交通网络数据等构建武汉市土地利用时空数据库。从自然环境因素与区位条件因素两大方面构建城镇扩张适宜性评价指标体系,利用GIS空间分析获取武汉市城镇扩张适宜性分布特征,采用最小阻力模型(MCR)构建武汉市景观生态安全格局。从空间分布特征与时间演变特征两个维度研究城镇扩张系统与景观生态系统之间的耦合关系。     

基于CA-Markov模型的秦淮河流域土地覆盖格局模拟预测

以秦淮河流域为研究区,以2006和2009年ETM+图像土地覆盖分类结果为输入数据,采用CA-Markov模型,模拟预测研究区未来的土地覆盖格局。在模型建立过程中,通过Markov模型求出转移概率矩阵和转移面积矩阵,确定CA模型转换规则,限制CA模型迭代次数。利用CA-Markov模型模拟预测研究区2012和2018年土地覆盖格局,并采用2012年实际土地覆盖分类结果验证预测精度,得到2012年各土地覆盖类型栅格数预测误差均小于等于6.5%,空间位置预测精度达到76.5%。预测结果表明,2018年研究区水田比例将降为33.3%,不透水面比例将达31.1%,其中多数水田转变成为不透水面,南京城区、禄口镇、句容市、溧水县等城镇地区的不透水面明显扩张。该方法可以对秦淮河流域的土地覆盖动态监测以及可持续发展提供依据。     

武汉市人口集聚对城市房价空间分布的影响

针对人口和房价问题的研究多基于地理空间单元,难以从更深层次、更多角度反映两者关系的问题,以武汉市主城区为例,在区县、街道、居民区3个空间尺度与工作和休息这两个时间节点上应用Kriging插值、区位熵、集聚指数等方法分析人口集聚和房价的分布特征及相关性,并在居民区尺度基于土地利用数据这非地理空间单元,对人口集聚和房价关系进行探讨.结果表明,房价与人口集聚分布具有趋同性,但并非完全同步,房价高值往往与人口集聚高值错开而分布在其周围;用地类别中,相对于居住人口,公共管理与公共服务设施用地,绿地与广场用地、公共设施用地类别房价受就业人口集聚影响更为显著.     

黑龙江工业城市建设用地时空扩张遥感监测

为揭示2000─2015年间黑龙江省工业城市建设用地扩张规律,以哈尔滨、大庆、齐齐哈尔3个城市(分别简称哈、大、齐)为研究对象,选取2000年、2005年、2010年和2015年Landsat遥感影像为数据源,基于扩张强度与速度指数、紧凑度、增长弹性系数、分维指数、变异系数和空间重心转移模型等,探讨哈、大、齐建设用地扩张时空特征。研究表明:2000─2015年间哈、大、齐城市建设用地扩张态势显著,建设用地增长近1倍;城市整体投资效益不高,其中大庆建设用地利用效益最低且年均扩张变化率的变异系数最大,齐齐哈尔与哈尔滨年均扩张变化率的波动相对较弱; 2000─2010年间工业城市扩张形态简单,2010─2015年间扩张模式趋于多元化且边缘不规则、形态复杂;哈尔滨呈现"北跃南拓、东优西扩"发展格局,大庆呈现斜"T"形扩张格局,齐齐哈尔呈现斜"上"字扩张态势;哈尔滨的西南、西北部已成为城市扩张的热点区,大庆建设用地重心移动轨迹为"西南—东南—西南",齐齐哈尔建设用地有自东北向西南移动的趋势; 2000—2010年间除大庆外其他城市重心向市政府方向移动,2010—2015年间向远离市政府方向移动;建议政府在工业城市发展过程中制定适宜的土地利用总体规划,加强监管力度,切实提高土地利用效益,从而保护耕地资源。     

半城市化的土地利用/覆盖变化分析——以吴江为例

以长江三角洲半城市化(Desakota)典型区——吴江市为研究区,利用研究区1978~2010年六期Landsat MSS/TM序列卫星影像,获取土地利用/覆被变化信息,计算分析吴江市土地利用/覆被变化在不同历史时期的变化量、变化率及空间变化格局。结果表明:1从土地利用结构上看,吴江市土地结构以耕地和水域为主,但城镇建设用地占比逐步增加,农村建设用地相对维持不变。2从变化速率看,2000~2004年城镇建设用地的变化速率最大,达到49.14%。3从空间变化格局来看,呈现一种非集聚性的半城市化发展态势,在沿上海、浙江、苏州、太湖的乡镇发展极为速度。     

1980—2015年中国建设用地变化研究

土地特别是建设用地的空间格局与演变是城镇研究的热点问题。本文利用1980、1990、1995、2000、2005、2010、2015年7期的中国土地利用遥感数据,对1980—2015年中国建设用地变化进行了系统性的分析。研究工作主要有：①计算1980—2015年中国的城镇用地、农村居民点、其他建设用地及总建设用地的面积和增长率,从而得到1980—2015年中国的建设用地变化速率。②运用GIS软件中的联合分析工具,得到1980—2015年中国建设用地空间变化格局。③制作土地利用转移矩阵,从而得到1980—2015年中国建设用地结构变化情况。研究表明,中国建设用地整体上表现为持续扩张的态势;东部及沿海地区增长速度较快,青藏高原基本无变化,中部及东北地区增长速度较缓,西北地区有少量增加;增加建设用地以耕地转入为主。     

顾及空间交互作用的城市群联动空间增长模拟——以武汉都市区为例

随着区域城市化与城市区域化的发展,城市群成为中国城市化进程中最引人注目的地区,研究城市群联动空间增长动态也成为了当前研究热点。在城市扩张的研究中,传统以元胞自动机(cellular automaton,CA)为代表的城市扩张模拟方法主要针对单一的城市展开,缺乏对城市群空间交互作用和联动增长效应的建模,难以真实反映城市群的空间扩张过程。通过引入城市流模型来量化城市之间的空间交互作用,并将其作为转换规则嵌入CA模型,构建了一种顾及空间交互作用的城市群联合空间增长扩张过程分析模型,并以武汉都市区为例,模拟了武汉都市区(1个主城区+6个远郊区)的城市扩张过程。与传统的Logistic回归CA模型对比,结果表明,模型模拟精度更高,可以在一定程度上反映城市发展,尤其是城市群联动增长扩张的特征和规律。     

基于脱钩模型与GIS的城乡人口与建设用地关系研究

为了更好地促进土地资源优化配置,本文以江苏省为例,研究江苏省城乡人口与建设用地变化的关系。采用脱钩关系模型与GIS空间分析方法,利用江苏省各地级市2008—2018年城乡人口及建设用地面积数据,研究江苏省城乡人地关系演变过程。结果表明：2008—2018年,江苏省超过85%的城乡建设用地与人口变化的脱钩关系呈现扩张负脱钩关系,即城乡建设用地扩张速度远高于人口增长速度,城乡建设用地与人口变化呈现欠合理状态;近15%的城市城乡建设用地与人口变化的脱钩关系为强负脱钩关系,即城乡建设用地面积持续扩张,但人口却在一定程度上呈现下降趋势,表明城乡建设用地与人口变化之间的关系处于极度不合理状态。以上分析得出的结论,可为统筹解决江苏省城乡人口与建设用地关系提供依据。     

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。     

基于神经网络的元胞自动机与土地利用演化模拟——以广州市白云区为例

城市发展过程中存在多种土地利用类型的相互转换,掌握其演化规律有助于制定出合理的土地利用规划。传统元胞自动机(CA)在模拟城市扩张过程时,多种土地利用类型间的转换十分复杂,往往难以获得转换规则。本文利用神经网络构建了多类型演化的CA模型;从城市演化的历史数据中进行学习,挖掘出控制土地利用方式转变的空间要素权重,利用广州市白云区2005—2007年间的土地利用历史演化数据训练神经网络后,对2009年研究区的土地利用结构进行了模拟。对比同期的真实土地利用格局,模拟结果的平均精度达到77.65%。     

不规则邻域CA的城市增长边界研究——以大连市经济技术开发区为例

本文以2003—2012年的土地利用数据、遥感数据等多源数据为基础,并且以街道作为研究尺度,通过不规则邻域CA和生态适宜性评价方法,制定城市扩张的弹性边界和刚性边界。研究表明:(1)基于不规则邻域CA模型的Kappa系数为0.875 8,模拟精度达到要求;(2)2021年研究区弹性边界的面积为230.54 km~2,刚性边界的面积为260.09 km~2,面积变化显著;(3)建设用地呈由东南向西北的扩张趋势,并且沿海街道比内陆街道扩张更为显著。     

四川省江油市2004～2020年土地利用动态分析及预测

基于2004、2010、2015年Landsat-5 TM、Landset-80LI遥感影像土地利用现状解译数据,分析了江油市近11年土地利用动态变化;同时,利用元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型,模拟预测了2020年江油市土地利用空间分布格局.结果表明,2004 ～ 2015年期间,江油市耕地、草地、水域面积总体减少,建设用地和林地面积总体呈增加趋势.2015 ～2020年期间,江油市土地利用变化较快,与上一个五年相比,建设用地、耕地和草地面积将有所增加,林地面积有所减少,水域面积基本不变;建设用地从原有基础往外围耕地扩张,耕地面积则主要由林地转入.     

基于分形维度法的都市区城市蔓延分析——以广佛为例

根据1957与1982年两个时期的地形冈并结合1995与2008年的遥感卫星影像提取城镇建设用地专题信息。利用ArcGIS建立广佛都市区城镇建设用地数据库．采用分形维度的计锋方法,对广佛都市区城市蔓延的情况进行测度和分析。结果表明广佛都市区三个发展阶段城镇建设用地面积增长速度并不均匀,具有加速发展的特点。四个测度年份的分形维数分别为1．6454,1．6285,1．5586和1．5270,均在1-2之间．分形维数呈递降趋势,总体下降了0．1184,城市发展模式由紧凑型逐渐向松散型演变,存在城市蔓延情况,而且城市发展模式以年均0．14％的速度从紧凑型向松散型演变。广佛都市区城市蔓延的地域分异较为明硅,具有较强的空间集聚性和中心向心件,广州和佛山毗邻地区以及中心城区是城市蔓延的活跃区和集中区,1982—1995年问研究区内蔓延速度比1995．2008年间要快。通过深入分析发现,经济快速发展、城市人口的持续增长、交通道路网络的建设是广佛都市区快速扩张和城市蔓延的基本动力因素之一,开发区土地扩张,进一步加剧了无序扩张和城市蔓延。