中国建设用地扩张未来情景模拟及其对景观格局演化的影响

对中国建设用地的未来扩张趋势及时空格局进行模拟预测,可为科学编制国土空间规划和合理调控城乡发展提供科学依据。本研究对未来30年中国建设用地扩张进行多情景模拟预测,并分析不同区域建设用地扩张的时空演化特征及其对景观格局演化的影响。研究结果表明：(1)基于斑块生成土地利用模拟模型（Patch-generating Land Use Simulation,PLUS）可以获得较高的模拟精度,各分区Kappa系数均高于0.92,总体精度均高于95%,FoM值均高于0.40,表明PLUS模型适用于全国尺度和大区域尺度的土地利用模拟。(2)影响中国建设用地扩张最主要的因素为人口、坡度和年均降水量,存在区域性差异。(3)自然发展、耕地保护、生态保护和可持续发展四种情景下模拟预测的未来土地利用的结构和特征具有明显差异,在可持续发展情景下建设用地扩张主要占用非重点保护的耕地和生态用地以及未利用地,可满足经济发展对于建设用地指标的刚性需求,有助于实现可持续高质量发展。(4)建设用地扩张对景观格局产生显著影响,在可持续发展情景下,与2020年相比,2030年、2040年和2050年建设用地预计增长分别为-0....     

政府规划约束下的城市空间增长多智能体模拟模型

构建政府规划约束下的包含多种类型智能体和环境因素的城市空间增长多智能体模拟模型,通过居民、开发商和政府三类智能体之间以及智能体与环境之间的相互作用模拟了城市空间增长情况。模型将城市建设用地规划区纳入政府的土地利用政策,探讨了政府规划因素对城市建设用地增长的影响,并根据土地集约利用的原则对模拟结果进行了优化。在Repast和ArcGIS的实验环境下,以南京市中心城区(长江以南)为研究区设置了四组土地利用情景,模拟了2001-2007年研究区的城市建设用地增长情况,对比不同情景下模型的模拟精度,说明正确合理的政府规划引导对城市空间增长的重要作用以及对模拟结果进行优化的必要性。该模型有助于揭示城市空间增长机制,为政府宏观调控政策和规划制定提供参考。     

基于最小累积阻力模型的土地利用功能分区研究——以广西贺州市为例

土地利用功能分区是国土空间开发保护与利用的重要前提。将最小累积阻力模型引入广西贺州市土地利用功能分区研究中,基于阻力约束视角开展建设用地、生态用地、农业用地扩张阻力评价,通过分析不同用地扩张的适宜性划分土地利用功能区。结果表明：(1)生态用地扩张阻力以各生态保护源为中心向四周扩张,农业用地扩张阻力由贺州市中部向四周递增,建设用地扩张阻力呈中部低、四周高的特点;(2)依据各类用地扩张的适宜性将贺州市划分为生态保护核心区、农业生产核心区、建设开发核心区、生态保护涵养区和生产生态拓展区,其空间分布与贺州市现状用地布局相符且契合相关规划的用途分区及管控要求。与传统适宜性评价相比,基于扩张阻力评价的适宜性分析综合考虑了各用地类型的垂直自然要素和水平扩张作用,为具体的土地利用功能分区提供了更为科学的依据;研究明确了各功能区的分布并提出对应的发展建议,能够为贺州市土地利用结构优化提供依据与指导。     

跨江发展下滨江新区用地扩展过程与驱动机制 ——以南昌红谷滩新区为例

跨江发展可突破江河阻隔桎梏,为滨江城市拓展发展空间、实现跨越式发展提供契机.该文以南昌红谷滩新区为例,基于多源遥感影像数据,综合运用G IS空间分析、景观扩张指数、地理探测器等方法,揭示跨江发展下滨江新区用地扩展过程及驱动机制.研究表明:1)自2000年"一江两岸"战略实施以来,研究区城镇用地扩展迅速,斑块面积由2001年的6.74 km2增长至2018年的64.71 km2,建设空间增长了8.6倍,整体呈"高速低强—低速低强—高速高强"扩展态势.2)研究区总体经历了起步(2001-2005年)、成长(2006-2010年)、成熟(2011-2018年)3个扩展阶段,依次与南昌市跨江发展历经的起步期、成长期、成熟期相契合.3)"自上而下"的开发模式和道路交通的牵引作用为研究区用地扩展主要特征,不同阶段用地扩展的主导因子有所不同:起步和成长阶段,政策规划与集聚性要素为主导;成熟阶段前期,政策规划和通达性要素为主导,但政策规划作用逐渐减弱;成熟阶段后期,通达性成为用地扩展单一主导要素,交通导向作用凸显.     

长江沿线样带土地利用变化时空模拟及其对策

短时期(几年或几十年)的土地利用变化,主要受社会经济因素的驱动和自然因素的约束。各类土地利用变化基本上都能从与人类生产活动密切相关的耕地和城乡建设用地的变化上得到反映。利用修订后的GTR模型,对长江沿线样带未来30年的土地利用变化进行了模拟。研究发现,东部地区的耕地面积将进一步减少,而全区的耕地和建设用地面积将增加。根据研究区未来土地利用变化的时空特点,提出了相关应对策略,以利于区域土地持续利用的实现     

长春市城市建设用地演进的空间识别及影响机制研究

随着城市化进程的加快,城市建设用地扩张成为人地关系及可持续发展面临的重要问题,社会各界对城市化与建设用地扩张的关注也越来越多。以长春市中心城区为研究对象,利用1800~1995年统计资料,1995年、2000年、2005年和2010年的遥感影像图及规划统计数据,运用GIS技术提取城市建设用地规模、形态、增长幅度、平均中心等信息,建立一种在空间上有效识别城市建设用地扩张的简便方法,对研究区1995~2010年不同阶段的城市建设用扩展进行空间识别,计算城市建设用地扩张速度、强度、形态紧凑度、分维指数等空间特征量,归纳长春市1995年以来,随城市化发展,城市建设用地空间扩张现象和特征。并结合经济社会统计相关数据及区域分析方法,分析城市建设用地扩张与其各类驱动要素之间的关系。结果表明,长春市建设用地空间扩张与形态演化既具有一般规律又具备特殊性,表现出建设用地总量增加、产业拉动性强、扩张速度快、强度高、空间形态不规则、城市中心迁移方向与建设用地扩张基本一致等特征。这些现象和特征形成的主要影响因素为快速城市化背景下开放式交通系统的高密度开发。     

基于主体功能区规划的中国城乡建设用地扩张时空特征遥感分析

21世纪以来,随着中国社会经济的快速发展,城乡建设用地不断扩张,对社会经济和生态环境造成了一系列影响.为了国家可持续发展目标的实现,必须对国土开发空间布局做出科学的规划.为此,一些学者开展了国家主体功能区规划方案研究,其研究成果支持了国家主体功能区规划的制定,该规划于2010年底颁布实施.为分析各类主体功能区在规划颁布前后城乡建设用地变化的特征,评估规划对区域开发的指导作用,及时发现规划实施中的问题,有必要采取有效手段对不同类型主体功能区的国土开发活动进行监测和评估.为此,本研究团队在已完成的2000年和2010年两期全国土地利用变化数据库的基础上,更新了2013年全国土地利用数据库,生成分期的城乡建设用地空间数据集;并对国家尺度各类主体功能区,以及东部,中部,西部,东北4大区域在主体功能区规划颁布前10年间(2000-2010年)和后3年内(2010-2013年)城乡建设用地扩张特征与差异进行了对比分析.结果表明:① 总体而言,2013年优化开发区,重点开发区,农产品主产区和重点生态功能区城乡建设用地在该类主体功能区国土面积中的占比明显不同,体现了国土开发按照不同主体功能布局的梯级特征.② 与2000-2010年相比,2010-2013年优化开发区城乡建设用地年增长率明显降低,重点开发区,农产品主产区和重点生态功能区建设用地年增长率均大幅增加;其中重点开发区和农产品主产区的城乡建设用地年均扩张面积已经超过了优化开发区;重点生态功能区城乡建设用地年均扩张面积和动态度仍处于最低的水平.③ 在区域尺度,优化开发区中,长江三角洲地区建设用地年均增量明显高于其他优化开发区;重点开发区中,西部地区在年增加面积和增加速率两方面均高于其他区域;农产品主产区中,东部,中部和西部地区内城乡建设用地年增加面积均超过前10年的2倍,西部地区的年增加速率更是达到前10年的3倍以上;重点生态功能区中,中部地区城乡建设用地的年变化率和动态度的增长均最为显著.④ 2010-2013年中国城乡建设用地扩张的空间格局和变化特征,在总体上体现了主体功能区规划的梯级开发特征.但是,局部优化开发区,农产品主产区和重点生态功能区建设用地的扩张速度过快,必须切实加强空间管控.研究表明,采用空间格局变化的分析方法,开展主体功能区规划颁布前后两个时期城乡建设用地扩张特征与分阶段区域差异的分析,清晰刻画出不同功能区和不同地区建设用地变化规律及其与主体功能区规划的契合程度,证明了该分析方法的有效性,可据此为未来国土开发空间格局的优化和城乡建设发展提供科学依据.     

基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例

基于“生态优先”理念,提出一种利用生境质量评估策略的城市增长边界划定方法。结合ArcGIS和InVEST模型,通过综合评估生境自身及其在威胁情境下的质量,模拟各市独立规划、建设用地指标再分配及区域一体化发展的三类建设用地扩张情景,分别划定2024和2034年的长三角地区城市增长边界。结果表明：研究区生境质量总体呈南高北低格局,平均生态系统服务价值密度为10 770.604元/（hm²·a）,高质生境位于西南地区;根据指标再分配及一体化发展情景模拟的2024年研究区建设用地总量分别为10 583.273 km2和10 489.090 km2,2034年达到13 603.535 km2和13 252.370 km2;模拟的建设用地集中在东部沿海地区,并向北部及环杭州湾区域拓展;建设用地指标再分配能从整体上减少建设用地对优质生境的占用,区域一体化发展则能进一步降低城市发展造成的生态压力。     

规划跨江通道对滨江副城建设用地增长的影响研究——以南京市浦口区为例

以南京市浦口区为例,引入SLEUTH元胞自动机模型,采用五个时相的Landsat TM/ETM+遥感数据,模拟和预测了规划跨江通道对滨江副城城市发展建设用地增长的影响。研究结果表明:①SLEUTH模型经校准检验后能够较好地模拟研究区建设用地的增长数量与空间分布,适用于城市增长研究;②跨江通道建设对滨江副城增长的助推效应显著,近期(2020年)和远期(2030年)研究区建设用地分别新增48.05%和62.33%,其中规划跨江通道对新增建设用地的贡献率分别达到20.67%和17.50%,助推效应随时间递减。     

基于约束性CA的大都市郊区城镇增长的情景模拟与管控——以武汉市江夏区为例

大都市郊区是快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,尤其在中国加快推进“就地就近”城镇化战略的背景下,把握大都市郊区小城镇土地利用时空变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化都市空间结构具有重要的现实意义。约束性元胞自动机(constrained Cellular Automata, constrained CA)能够通过简单的规则模拟复杂的城市动态演化过程。本文将土地利用总体规划指标、城镇空间发展战略布局、土地利用开发适宜性等,嵌入约束性CA的转换规则中,采用Logistic逐步回归法分析土地利用空间影响因素,对严格约束下的武汉市江夏区2020年土地利用进行情景模拟分析,并提出城市增长管控手段。结果表明：①研究时段内,江夏区城镇用地呈低效外延式扩张,土地利用集约节约程度较低,其人口规模并未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成;②约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,能够真实反映近郊小城镇的未来空间布局与结构,模拟结果与土地利用规划和城市规划较为契合;③将规划目标导向与现实发展趋势下的模拟结果进行叠加分析,可确定城镇增长需求与规划指标调控间冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区域,为加强大都市近郊区的违法用地监查和土地利用管控提供先验的预警知识。     

基于遥感监测的广州市建设用地时空变化

基于1996、2000、2005和2011年4期TM遥感影像,利用ArcGIS空间分析功能,研究了广州市建设用地时空变化状况。结果表明,研究时段内广州市建设用地共扩展413.44 km2,属快速扩展时期,且扩张速度越来越快。建设用地斑块个数、平均斑块面积、最大斑块指数和紧凑度越来越大。增城区和从化市等建设用地主要呈零星式和蔓延式扩张,而市辖区、番禺区、南沙区和花都区建设用地主要呈填充式和蔓延式发展;建设用地扩张以东南方向（番禺区、南沙区）和西北方向（花都区）为主,其次为增城区和从化市。人口增长、经济发展、规划与政策和交通建设是影响广州市建设用地扩展的主要驱动力因素。     

资源环境保护下天津市用地空间增长模拟

从资源承载和生态保护的角度预测城镇土地利用变化,是实现国土空间用途管制的客观需求。以典型缺水城市天津市为研究区,采用系统动力学模型预测土地利用规模、最小成本路径法构建生态廊道和FLUS模型模拟土地利用变化等方法,分别模拟自然扩张和资源环境保护情景下天津市2035年土地利用情况。结果表明：① 资源约束条件显著制约城镇人口和建设用地的超量发展,随着资源约束增强、科技发展增速,人口和建设用地增长量随之降低,城镇GDP保持稳定增长。② 天津市重要生态廊道以南北向联系为主,东部和北部生态廊道重要性较高,部分生态廊道由于路径较长或距离建设用地较近而面临被蚕食挤压的风险。③ 水体湿地在资源环境保护情境下面积略有增长,在自然扩张情境下则延续以往不可持续的发展模式,出现向草地退化的情况,部分生态源地和廊道受到耕地侵占和建设用地扩张的影响。④ 受交通发展和京津职住分离的影响,天津市城镇建设用地增长主要发生在蓟州、武清和宝坻区。此外,在资源环境保护情景下,中心城区和滨海新区增长率较低,津南区表现出较大发展潜力。以资源环境承载约束城镇扩张,能够为国土空间规划实践提供科学引导。     

存量、增量之辩下的城镇用地开发与模拟研究——以成都市为例

存量规划是通过城市更新的方法促进建成区功能优化调整的规划,目前日益受到重视,但中国大多数城市近些年仍呈现快速扩张的趋势。通过对历史数据的分析和未来不同发展情景下城市形态的模拟,研究发现:1)1997-2013年,成都存量开发比仅为19.8%,低于中国平均水平,且近年来有逐年下降的趋势,增量开发明显高于存量开发。2)过去30年间城镇用地快速增加,道路对城镇建设用地的扩张促进作用最强,沿河发展现象较为明显,区县行政中心和市行政中心对城镇扩张发展均有正面影响,但区县的影响更为明显。3)基于BUDEM模型,建立了成都市第一个城市发展模型,分别预测了不同情景模式下成都市到2049年可能出现的城市形态,为成都市城市规划决策提供参考。     

多智能体与元胞自动机结合及城市用地扩张模拟

运用多智能体(Agent)和元胞自动机(CA)结合来模拟城市用地扩张的方法,将影响和决定用地类型转变的主体作为Agent引进元胞自动机模型中,Agent在CA确定的城市发展概率的基础上,通过自身及其周围环境的状况,综合各种因素的影响做出决策,决定元胞下一时刻的城市发展概率。运用Agent的决策结果,对CA模型中以随机变量体现的不确定性通过Agent决策行为给予地理意义的新解释。以城市郊区—樟木头镇为例,对1988～1993年城市用地扩张进行了模拟研究,取得了良好的模拟效果。     

基于贝叶斯时空模型的建设用地扩张格局差异分析——以长三角和中原城市群为例

基于土地利用现状遥感监测数据,采用贝叶斯统计方法对长三角城市群和中原城市群城市建设用地扩张的时空特征及其影响因素进行研究,并探讨两个间差异规律。结果表明:(1)研究期内,两个城市群的建设用地均呈现快速扩张的态势,增长速度均在2000—2005年达到峰值,对应的净增长率分别为36.6%和31.1%。(2)两个城市群城市扩张空间演化过程差异显著,长三角城市群建设用地扩张表现为“点—轴—波式循环”模式,空间异质性较高,出现多个城市扩张热点区域;而中原城市群表现为“点—轴—网”模式,地区间扩张差异较小,温点扩张区域居多。(3)影响两个城市群建设用地扩张的主要因素有经济发展、产业结构、人口规模和居民收入。从影响程度大小的区域对比来看,经济规模、产业结构和居民收入对长三角城市群的影响程度高,人口规模对中原城市群的影响程度高。     

滇中城市群建设用地扩张与区域经济发展关系研究

为探讨建设用地扩张与区域经济发展之间的关系,选取滇中城市群为研究对象,利用面板数据模型对1999~2011年滇中城市群建设用地规模与经济发展状况之间的关系进行回归分析。结果表明:研究区域的建设用地规模与当地的经济发展、总人口数量和城市化率均存在正相关关系;地域的差异使得建设用地与区域的经济发展存在很大的差异;建设用地扩张速度受城市规模的影响。因此应控制建设用地增长上限,保护耕地资源;积极促进产业优化升级,发展节地型产业;加强转变粗放型发展模式,提高土地集约利用效率。     

基于“反规划”理念及FLUS模型的城镇用地增长边界划定研究——以徐州市贾汪区为例

城镇用地增长边界划定对城镇用地扩张调控与管理具有重要意义,但当前仍无统一划定思路与方法。基于"反规划"理念,引入FLUS模型探讨城镇用地增长边界划定思路,并以徐州市贾汪区为例,采用2009年和2014年数据对FLUS模型可靠性进行验证,对2020年研究区土地利用变化进行情景模拟,在此基础上辅以各部门近期用地需求划定城镇增长边界。结果表明:FLUS模型模拟结果的Kappa指数达0.95,总体精度达0.9628,各类用地ROC值也较高,说明FLUS模型模拟效果较理想;对基本农田及生态红线严格约束后,贾汪区城镇发展形态更加紧凑,2020年城镇用地增长边界面积为5 606.39hm2,占研究区总面积的9.03%。该研究既遵循了土地利用变化客观规律,又考虑了基本农田及生态红线等保护要求,能够有效缓解城镇扩张与基本农田和生态保护之间的矛盾,有利于引导城镇用地合理发展。     

基于CLUE_S模型的矿区土地利用变化情景模拟——以徐州市贾汪矿区为例

以徐州市贾汪矿区1986、1996、2006和2016年4期遥感影像为数据源,基于CLUE-S模型,在传统Logistics回归模型的基础上引入空间自相关因子形成Autologistic回归模型,选取政策、自然环境、社会经济和空间约束等因素,对贾汪矿区2016年土地利用空间分布格局进行模拟以检验精度。在此基础上对研究区2026年趋势发展、经济发展和生态保护3种情景下的土地利用空间分布格局进行了模拟。结果表明：1）Autologistic回归模型在土地利用情景模拟过程中能够更好地反映真实的土地利用格局;2）研究区2016－2026年不同情景下,建设用地在3种情景下均呈现明显的增加趋势,未利用地面积持续减少,其中经济发展情景下建设用的增幅最大,生态保护用地情景下建设用地增幅最小,在生态保护情景下,林地、耕地等生态用地受到保护,建设用地的扩展速度被抑制。 关键词：土地利用变化;CLUE-S模型;Autologistic回归模型;情景模拟;贾汪矿区     

水资源约束下河西走廊的城市竞争能力与扩张幅度研究

基于西北干旱区河西走廊7个城市市区的水资源供应状况及其短缺程度和城市化进程加快与水资源短缺二者的矛盾关系,分析了在水资源约束下河西走廊城市竞争力和城市扩张的变动幅度等问题。认为河西走廊绝大多数城市"缺水又费水",城市发展具有明显的"旱生性"。在水资源约束下,城市扩张的总体特征表现为以总量扩张为主,"农转非"空间和用地拓展空间大,以高耗低效扩张为主,水土资源投入产出效益普遍低下,城市发展处在主靠资源开发拉动经济增长的低级阶段,扩张质量有待提高。为了确保城市的有序竞争与扩张,建议在城市建设过程中坚持以人为本,以水为生命线,以经济发展为动力,以城市规划为法定依据,先发展后扩张,量水依法优质扩张,突出城市建设特色与个性,确保城市可持续发展。     

顾及建设用地聚集与排斥性的城市扩张模拟：以义乌市为例

建设用地在空间上存在相互聚集或排斥的特性,并可能影响到城市扩张格局。本文在厘清建设用地内部以及不同类型建设用地之间聚集与排斥性的基础上,将其纳入到元胞自动机（CA）模型的发展适宜性与邻域影响因子计算中,以此构建顾及建设用地聚集与排斥性的CA-SAE模型,并将其应用于义乌城市扩张模拟的实证分析。结果表明：CA-SAE模型能够有效模拟不同类型建设用地的扩张状况,且模拟精度要优于传统CA模型。同时,多情景的模拟结果也证实了建设用地聚集与排斥性会影响到不同类型建设用地的空间分布及城市扩张形态。本文构建的CA-SAE模型创新性地将建设用地聚集与排斥性纳入到CA模型中,为开展面向不同类型建设用地的城市扩张模拟提供了思路与方法。