城市居住空间扩张的多主体模拟模型研究

借助GIS技术,本文构建了包含微观智能主体和环境主体的城市居住空间演化的多主体模型,旨在探讨城市居住空间增长的过程中市场机制和计划机制之间的相互作用和消长规律。模型分析总结了城市居住空间增长过程中城市居民、住宅开发商和城市政府的目标函数,认为城市空间扩张形态和土地集约利用水平主要取决于土地市场发育状态的不同阶段及城市政府的土地利用决策。通过调整城市政府主体的土地利用和环境政策设定了城市居住空间扩张的紧凑型、松散型和适度型3种情景类型,以ArcGIS和VC为运行环境实现情景模型,为城市政府的土地利用规划政策提供事前指导。以武汉市的洪山和武昌两区为实验区,分别模拟了基于3种规定情景下1998-2008年期间的居住空间演化情况,并与实验区居住空间的实际演化情况进行了形态、土地利用结构变化和土地利用社会效用的概略对比分析,结论为实验区1998-2008年的居住空间扩张基本属于适度型,但尚需要加强城市的内城市化。     

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。     

模拟区域土地利用变化的多主体模型及其在鄱阳湖区的应用(英文)

在较大区域内,城市用地扩张和农村土地利用发展一般同步进行。为了能够正确理解这类区域内土地利用/土地覆被变化的动力机制,本研究开发了一个基于多主体系统的土地利用模型。模型将鄱阳湖区视为一个典型区域,利用有限扩散聚合算法模拟城市主体的行为,采用基于涌现理论的主体模型模拟农村土地利用。农村子模型包括多种类型的主体和环境影响层,其中最重要的是农户主体,农户主体可以根据自身条件和周围的环境影响参数确定下一步土地利用的决策,政府主体则通过实施不同的政策对土地利用进行宏观控制。我们根据农户总收入和外出务工人员比例将农户主体分为6类,每种类型的农户主体遵循不同的决策规则。结果表明,本模型的模拟结果与鄱阳湖区1985 – 2005年的土地利用/土地覆被变化趋势高度相符。尤其重要的是,模拟结果充分表明农户主体的土地利用决策与国家政策紧密相关。这表明本研究建立的基于多主体的土地利用模型是一种评估政府土地管理政策效果的有效手段。     

土地系统多主体模型的理论与应用

土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型（ABM）作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。     

基于细胞自动机与多主体系统理论的城市模拟原型模型

文章从城市地理学模拟模型研究发展相对滞后的现实出发,分析了传统城市模型模拟存在的问题与不足,讨论了计算机科学、复杂性研究、地理信息科学与技术、新发展的地学计算方法等作为计算城市模型发展基础的可行性,提出了一个基于细胞自动机与多主体系统理论与方法、包容了多尺度(宏观、中观、微观)层次的综合可计算城市模拟原型模型框架,对以邻里社区为基础的居住区位微观模拟模型作了概念上的讨论,分析了地学计算方法在城市模拟模型研究中的发展前沿。     

安塞县退耕还林工程与农业生态经济社会系统协同效应的分析——基于VAR模型的实证分析

针对黄土丘陵区退耕还林工程与农业生态经济社会系统协同性研究滞后的现实,运用向量自回归模型(VAR),通过对安塞县1995–2014年相关数据的分析,明确了其协同效应。退耕还林工程结果表明:退耕还林工程对农业生态经济社会系统产生作用的同时,农业生态经济社会系统的改变也反作用于退耕还林工程,明确了退耕还林工程与农业生态经济社会系统之间存在协同互馈的效应。在这一协同过程中,退耕还林工程对农业生态系统的贡献率达34%,明显高于退耕对农业经济系统、农业社会系统的贡献率;农业经济系统对退耕还林工程的影响程度最为明显,贡献率最高点达55.3%且常年稳定,这些都与现实状况相一致。基于此,为了推进退耕还林工程与农业生态经济社会系统的优化耦合,需要在增强生态功能基础上,通过发展碳汇产业促使生态功能的经济显化,构建以提高区域内资源的有效利用率为核心的农业产业–资源链。     

退耕还林工程对黔东南山区植被覆盖变化的影响

以黔东南州遥感影像为数据源,通过提取该州退耕还林工程实施前后土地利用变化信息,对其14 a间耕地、林地变化进行分析。结果表明:1999—2013年,研究区域林地面积减少,耕地面积增加。空间变化显示北部、东北部重点退耕还林区林地增加,耕地减少,说明退耕还林工程效果显著。而南部、东南部非重点退耕还林区林地减少,耕地增加。研究表明,黔东南州在实施生态退耕的同时,毁林毁草开荒、复垦也在同时进行。对坡度25°土地利用变化进行分析发现,在1999—2009年间其变化趋势与黔东南州土地利用变化趋势相同,在2009—2013年间,坡度25°林地有所增加,耕地减少,说明经过退耕还林和育林之后,林地的减少得到了有效的阻止,并得到了恢复。研究表明,黔东南州陡坡地林地得到了保护和恢复,但是平缓区的林地仍在减少。建议在今后的工作中应当继续推进退耕还林工程,并且要加强天然林地和草地的保护。     

基于FLUS模型粤港澳大湾区“三生空间”多情景模拟预测

运用Future Land Use Simulation model (FLUS)模型,基于2010年、2015年、2020年3期土地利用数据,选取自然和社会经济因素的16个驱动因子,设置生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及“三生空间”协调4种情景,对2025年和2035年粤港澳大湾区“三生空间”进行模拟预测。结果表明：(1) 2020—2035年粤港澳大湾区生产空间在生产空间优先情景下持续增长,在生态空间优先情景下持续减少,在“三生空间”协调与生活空间优先情景下都呈现先增加后减少的趋势。(2) 2020—2035年粤港澳大湾区生活空间在4种情景下均趋于增长,生产空间优先情景下增长最少,生活空间优先情景下增长最多。(3) 2020—2035年粤港澳大湾区生态空间仅在生态空间优先情景下增长,其余3种情景下均减少。(4)“三生空间”在粤港澳大湾区边缘山区变化较小,中部平原地区变化较明显。     

多主体系统在城市发展模拟中的应用

多主体系统(Multi-Agent System, MAS)是由多个主体(Agent)组成的松散的网络,每个主体根据其属性和行为规则互相交流、协作甚至竞争。MAS通过模拟和观察大量主体的微观行为来研究系统整体的宏观规律,对复杂系统的演化机理具有更合理、更准确的解释力,因此,MAS在城市发展模拟中有很大的应用前景。本文介绍了多主体系统的基本框架及模拟思路,综述了国内外城市模拟研究中MAS理论的应用现状。重点分析了MAS理论在城市模拟应用中的五个关键课题:即微观个体数据的获取、微观主体的合理选择、主体行为规则的提取和设定、主体之间相互作用的描述与表达、环境变量的提取与导入等,并对相关研究进展进行了综述。研究表明,城市发展预测与政策评价是MAS应用的重点突破方向之一。     

农户土地利用行为对退耕还林政策的响应模拟——以陕西省米脂县高渠乡为例

作为中国涉及面最广、群众参与程度最高的一项生态工程,退耕还林对区域土地利用变化产生了重大影响。目前对土地利用变化过程和土地利用主体行为的分析研究不足,不能有效揭示宏观农业土地利用变化的微观机理,难以合理解释农户土地利用行为的变化。本文以陕西省米脂县高渠乡为例进行研究,利用经历权重法定量分析了退耕还林政策结束前后不同农户群体土地利用策略的变化;利用构建的农户群体土地利用决策模型,模拟不同政策情景下农户群体土地利用行为的变化及其对区域土地利用变化的影响。结果表明,该模型可以显示还耕和撂荒两种土地利用行为的变化及其空间配置,能揭示造成这种区域差异的微观机理,为分析农户群体土地利用行为的变化、探讨农业政策与农户行为之间的相互作用,提供了可供借鉴的途径。     

Net Primary Productivity Increased on the Loess Plateau Following Implementation of the Grain to Green Program

The spatio-temporal characteristics of net primary productivity (NPP) since implementation of the Grain to Green Program (GTGP) are important for understanding ecological restoration of the Loess Plateau in China. Here, we conduct spatio-temporal analysis of NPP using MODIS datasets (500 m, 8-day intervals) and VPM (Vegetation Photosynthesis Model) from 2000-2015. We found that NPP on the Loess Plateau increased significantly from 2000 to 2015 (p<0.05). Significant increases in NPP were observed in core areas of the GTGP, including northern Shaanxi and Lüliang Mountain in Shanxi. NPP in alluvial plains decreased due to urban expansion into cropland. Significant increases in NPP from 2006-2010 were located north of the area of change in 2000-2005. NPP increased across three vegetation types and four slope gradients. In hilly-gully regions prone to soil erosion, such as central and southeastern parts of the Loess Plateau, obvious vegetation restoration was detected.     

城市化和退耕还林草对中国耕地生产力的影响

20 世纪90 年代以来的快速城市化进程和1999 年开始启动的退耕还林草生态工程对耕地的分布与生产能力产生了重要影响。本研究应用由TM 遥感影像获取的1980s-2000 年与2000-2005 年两个时间段耕地变化数据,结合以多时相遥感数据为主要数据源的耕地生产力光能利用率遥感模型估算两个研究时段耕地生产力变化特征,比较城市化与退耕还林草政策主导下两个时期耕地转移对各区域耕地生产力的影响。研究结果表明:两个研究时段因城市占用损失的耕地生产力占土地利用变化(LUCC) 导致的耕地生产力减少总量比例均在60%以上。在20 世纪90 年代,全国新增耕地生产力总量比被占用耕地生产力高87%,耕地转移使中国耕地生产力增加。2000-2005 年间,退耕还林草政策的启动和快速城市化进程对耕地的持续占用导致耕地生产力占补正平衡指数由前一时段的正平衡变为负平衡,转出耕地生产力总量比新增耕地生产力高31%,耕地转为林草地和建设占用损失的耕地生产力分别较前一时段提高57%和85%。城市化与退耕还林草政策等驱动因素作用下耕地开垦区与占用区的空间分布差异使得耕地生产力占补平衡状态和趋势呈现明显的区域分异。     

工业镇“生产-生活-生态”空间演化过程、动因与重构——以河南省曲沟镇为例

以曲沟镇多期高清遥感影像、问卷访谈及大量一手数据为基础,综合运用参与式农村评估(PRA)、GIS空间分析及土地利用转型矩阵等方法,剖析了研究区1991-2017年"三生"空间格局演变及驱动因素,对引导其"三生"空间协调发展有重要的现实意义。结果显示:①研究期内,以工矿用地为主的建设用地增量显著,总体呈现高速扩展、局部集聚及多样化发展态势;②生产空间由农业为主转变为农业与工业两强并存,工业生产空间嵌入到农业生产空间中形成"马赛克"式格局;③生活空间演变呈现空间扩展与质量提升并存的趋势;④生态空间的变化则具备面积缩减与质量下降2个特征;⑤工业镇"三生"空间的演变过程,是乡村能人带动、产业结构演变、路径依赖累积、政府宏观调控及综合地理条件约束等内外因素综合作用的结果。     

基于Dyna-CLUE模型的滇池流域土地利用情景设计与模拟

以滇池流域为研究对象,基于1999年、2002年两期TM遥感解译数据和区域自然与社会经济数据,应用Dyna-CLUE模型模拟2008年滇池土地利用空间分布。结合滇池流域土地利用变化趋势与退耕还林政策,设定了三种土地需求情景,模拟2022年区域土地利用空间分布情况。研究结果表明：① 两期模拟结果Kappa系数分别为0.6814与0.7124,具有高度的一致性,表明Dyna-CLUE模型在滇池流域有较强的适用性。② 三种情景的模拟结果显示,至2022年流域内未利用地、耕地显著减少,建设用地、林地显著增加,水域与草地相对变化较小,因加大退耕还林政策实施力度,三种情景中,位于官渡区、呈贡区、嵩明县及晋宁县的耕地与林地呈现不同的变化情况。③ 滇池流域建设用地扩张,增加了滇池非点源污染负荷。不合理的土地利用布局,将会恶化滇池水质,加剧水环境压力。研究结果可为未来滇池流域土地利用合理规划与非点源污染控制提供参考依据和决策支持。     

Spatial pattern reconstruction of regional habitat quality based on the simulation of land use changes from 1975 to 2010

Reconstruction of the spatial pattern of regional habitat quality can revivify the ecological environment background at certain historical periods and provide scientific support for revealing the evolution of regional ecological environmental quality.In this study,we selected 10 driving factors of land use changes,including elevation,slope,aspect,GDP,population,temperature,precipitation,river distance,urban distance,and coastline distance,to construct the CA-Markov model parameters and acquired the land use spatial data for 1975,1980,1985,1990,and 1995 by simulation based on the land use status map for 2010.On this basis,we used the InVEST model to reconstruct the spatial pattern of habitat quality in the study area and conducted classification division and statistical analysis on the computed habitat degradation degree index and the habitat quality index.(1)The results showed that from 1975 to 2010,the habitat degradation degree gradually increased,and the habitat degradation grade spatially presented a layered progressive distribution.Habitat quality presented a constantly decreasing trend.The high-value zones were mainly distributed in the mountainous areas,while the low-value zones were mostly located in built-up areas.During the period of 1975-2010,low-value zones gradually expanded to their surrounding high-value zones,and the high-value zones of habitat quality tended to be fragmented.(2)The spatial-temporal variation characteristics of habitat quality from 1975 to 2010 showed that the regions with low habitat quality were difficult to be restored and mostly maintained their original state;the regions with poor habitat quality,which accounted for 6.40%of the total study area,continued to deteriorate,mainly around built-up areas;the regions with good and superior habitat quality,which accounted for 5.68%of the total study area,were easily converted to regions with bad or poor habitat quality,thus leading to the fragmentation of the regional habitat.(3)From 1975 to 2010,land use changes in the study area were significant and had a huge influence on habitat quality;the habitat quality in the study area decreased consistently,and the area of the regions with bad and poor habitat quality accounted for more than 60%of the total study area.Construction land was the largest factor threatening habitat quality.     

太仆寺旗土地利用变化时空格局的动态模拟

本文以太仆寺旗为研究区 ,通过将土地利用驱动因子分解为稳定少动控制因子、年际变动影响因子与社会经济驱动因子 ,求解了太仆寺旗土地利用变化驱动因子作用系数矩阵 ,揭示了不同类型因子驱动土地利用变化的方向与强度。在此基础上 ,以CLUE S模型为框架 ,构建了太仆寺旗土地利用变化时空格局模拟模型 ,通过集成基于太仆寺旗土地利用系统动力学模型获取的土地利用变化及其社会经济驱动因子信息 ,动态模拟了太仆寺旗土地利用变化的时空模式 ,进行了参考模式、生态模式与经济模式下的情景分析。     

CLUE-S模型的改进与土地利用变化动态模拟——以张家界市永定区为例

区域土地利用变化模拟是LUCC研究的核心内容之一。以地处湘西北岩溶山区的张家界市永定区为研究对象,针对目前国际上广泛使用的CLUE-S土地利用变化模型,通过在传统Logistic回归模型中引入空间自相关变量,对CLUE-S模型的空间分析模块进行了改进。实验与分析结果表明,改进的空间分析模块拟合优度、拟合精度都有较大的提高。耕地、林地及居民点工矿用地的拟合优度(ROC值)分别从0.784、0.821和0.741提高到0.827、0.875和0.838。在此基础之上,采用改进的CLUE-S模型,模拟和预测了研究地区2005~2020年的土地利用时空变化。研究结果说明对CLUE-S模型空间分析模块的改进在一定意义上是合理的,同时也可以为永定区及其相似地区的土地利用规划决策提供更为科学的依据。     

基于CA模型的旅游小镇增长的时空模拟与应用——以河北三坡镇为例

旅游小镇增长的时空模拟是城镇化影响下的土地利用/覆盖变化研究的重要手段。近年来旅游小镇的城镇化以其旅游业发展带动城镇发展的独特模式引起国内外学者的高度关注。论文以元胞自动机模型为基础,运用旅游小镇旅游城镇化增长模型,对河北省三坡镇的旅游城镇化发展进行模拟与预测。模拟结果显示:①2005-2010年研究区城镇增长主要围绕现有镇区范围扩展,全域年均增速为0.015 km²/年;②2010-2015年主要城镇增长区位于镇内距离景区较近的苟各庄村附近,全域年均增速为0.040 km²/年,其他区域则保持相对较为平稳的状态。研究表明元胞自动机模型在模拟旅游小镇演化具有较高的可靠性,为研究城镇化条件下区域生态景观格局变化提供前提保证,对于提高土地资源利用效率,保障小镇健康有序发展具有十分重要的意义。