基于粗糙集理论的地学空间关系规则分析及其应用——以珠江三角洲为例

Spatial relations,reflecting the complex association between geographical phenomena and environments,are very important in the solution of geographical issues. Different spatial relations can be expressed by indicators which are useful for the analysis of geographical issues. Urbanization,an important geographical issue,is considered in this paper. The spatial relationship indicators concerning urbanization are expressed with a decision table. Thereafter,the spatial relationship indicator rules are extracted based on the application of rough set theory. The extraction process of spatial relationship indicator rules is illustrated with data from the urban and rural areas of Shenzhen and Hong Kong,located in the Pearl River Delta. Land use vector data of 1995 and 2000 are used. The extracted spatial relationship indicator rules of 1995 are used to identify the urban and rural areas in Zhongshan,Zhuhai and Macao. The identification accuracy is approximately 96.3%. Similar procedures are used to extract the spatial relationship indicator rules of 2000 for the urban and rural areas in Zhongshan,Zhuhai and Macao. An identification accuracy of about 83.6% is obtained.     

珠三角地区地表温度与土地利用类型关系

随着城市化进程的加快,城市气候与环境问题日益显现,尤以城市热岛效应最为突出。通过监督分类方法对TM遥感影像进行了土地利用分类,并运用TM热红外波段线性拟合模型进行近地表气温反演,分析城市热岛的空间分布及地域性差异,以及与土地利用类型的关系。结果表明:珠三角地区近地表气温与土地利用类型紧密相关,城市建设区形成高温中心,是热岛的主要贡献因子,植被和水体则有明显的冷岛效应;研究区热岛具有区域性集中与分散分布的特点,且以区域性热岛为中心向周边扩展;分析热岛强度剖面线发现,由于地形、植被覆盖度等因素影响,研究区热岛强度的南北差异较大,而东西差异较小;热岛分布与土地利用类型分布格局较为一致,但也有分布不一致性的区域,表现为城市热岛向非城市建设用地扩展。     

北京市土地利用变化的空间分布特征

土地利用变化是全球变化中的重要组成部分 ,是短期内人类活动对自然环境施加影响的显著表现形式。本文基于遥感和地理信息系统技术 ,利用LandsatTM图像的解译成果 ,分析了北京市 1985～ 2 0 0 0年土地利用变化的空间分布特征。研究表明 ,在这 15年的时间里 ,北京市林地和城乡、工矿、居住用地的转移趋势明显 ,两者的转移率分别达到 4 0 78%和37 60 % ,主要以林地内部、林地向草地转移、居住用地的内部和工矿废弃地还林还草等类型为主。同时 ,各类土地利用类型的净变化呈现出明显的区域差异。     

基于空间差异的黑河中游土地多功能利用研究

土地多功能利用是提高土地利用综合效率、协调用地矛盾的有效途径。选择人地关系较活跃的黑河中游为研究区,融合多源数据,采用集对分析、热点分析和空间自相关等方法,对2000-2014年土地多功能利用进行动态评价及空间关系揭示。结果表明：土地利用功能增加了近一倍,以社会功能和经济功能为主;各功能之间表现为协同或互斥关系：社会功能和经济功能、环境功能和文化功能之间均呈正相关关系,但社会功能和环境功能之间呈负相关关系;土地利用各功能均具有明显的空间聚集性特点,多功能利用集中在黑河水系形成的绿洲平原区、区县建成区和南部山区。研究结果对干旱区土地持续利用管理具有重要的借鉴意义。     

额济纳三角洲近15年土地利用分形特征及变化

分形理论在土地利用变化领域有着广阔的应用前景。通过论述土地利用斑块分维数、稳定性指数的计算方法及代表意义。而后,借助遥感和地理信息系统空间技术,以额济纳三角洲为例,计算了沙漠化地区土地利用斑块的分维数和稳定性指数,分析了它们的变化特征及其所隐含的地理学意义,为区域生态环境保护和可持续利用提供决策依据。     

Evaluation,simulation, and optimization of land use spatial patterns for high-quality development: A case study of Zhengzhou city,China

Journal of Geographical Sciences - High-intensity land use and resource overloaded-induced regional land use spatial pattern (LUSP) are essential and challenging for high-quality development. The...     

珠江三角洲交通通达性空间格局与人口变化关系

基于1988年、1998年、2008年陆路交通网络数据,借助GIS软件,分析了1980年代以来珠三角地区交通网络通达性空间格局的变化,并采用GAM模型,定量分析了1980～2009年期间陆路交通网络与人口变化之间的关系。结果表明:研究时段内,公路交通通达性空间格局以穗-莞-深一线为最高,向外围逐渐递减;铁路交通通达性空间格局以广佛地区为中心向外围逐渐递减;陆路交通网络发展主要受公路网络的影响,铁路在整个交通网络中所起的作用较弱;各阶段通达性提高幅度差异较大,存在递减效应,第一阶段(1988～1998年)通达性提高较第二阶段(1998～2008年)更为显著;公路交通、铁路交通与人口变化关系具有差异性,公路交通对人口变化的作用显著,三个时段内其对人口变化的解释贡献率分别为11.56%、48.07%、44.92%,铁路与人口变化的关系较为薄弱,但在1990年以后,随着铁路网络扩展以及铁路运输服务水平的提高,其与人口变化的关系逐步增强。     

Using rough set theory to identify villages affected by birth defects: the example of Heshun,Shanxi, China

This article uses rough set theory to explore spatial decision rules in neural-tube birth defects and searches for novel spatial factors related to the disease. The whole rule induction process includes data transformation, searching for attribute reducts, rule generation, prediction or classification, and accuracy assessment. We use Heshun as an example, where neural-tube birth defects are prevalent, to validate the approach. About 50% of the villages in Heshun are used as the sample data, from which all of the rules are extracted. Meanwhile, the other villages are used as reference data. The rules extracted from the training data are then applied to the reference data. The result shows that the rules' generalization is reasonably good. Moreover, a novel relationship between the spatial attributes and the neural-tube birth defects was discovered. That is, the villages that lie in Watershed 9 of this district and that are also associated with a gradient of between 16° and 25° are vulnerable to neural-tube birth defects. This result paves the road for predicting where high rates of neural-tube birth defects will occur and can be used as a preliminary step in finding a direct cause for the disease.     

Landscape position and spatial patterns in the distribution of land use within the southern Appalachian Mountains

Understanding the forces that influence the distribution of land use and land-use change (LUC) is an essential step in developing effective strategies for managing these issues. We examined the influence of landscape position on spatial patterns in land-use distribution within the Little Tennessee River Basin (LTRB) of the southern Appalachian Mountains. We show that landscape position, defined with respect to both natural and anthropogenic spatial variables, provides for the identification of statistically significant differences in the distribution of common forms of land use in the study region. Using the same variables, significant differences in the landscape positions subject to land-use change in the LTRB are also examined. These results suggest landscape position exerts a strong influence on the distribution of different forms of land use and the likeliness of given area undergoing LUC. The approach presented here, of considering land use as a function of landscape position that responds to both natural and anthropogenic forces, may prove useful in aiding the development of future strategies to address the consequences of land use in many regions.     

1980-2010 年和田绿洲土地利用变化空间耦合及其环境效应

在气候变暖、西部大开发及2009 年以来实施的19 省市对口援疆建设背景下,和田绿洲面临着全方位经济发展所引发的水土资源需求的巨大挑战。为此,基于研究区3 期18 景TM/ETM+遥感影像目视解译,从空间耦合角度分析了和田绿洲1980-2010 年土地利用变化及其环境效应。研究表明:① 1980-2010 年,和田绿洲土地利用时空变化显著。耕地、城乡工矿居民地面积分别增加了32.32%、142.23%,灌丛与荒漠草地面积分别减少了23.12%、18.82%。新增耕地主要源于草地、未利用地开垦及毁林开荒。绿洲耕地向西北方向逆盛行风向扩张,其质心年平均偏移16.5 m。② 中游绿洲区与下游荒漠区的绿洲面积、土地利用程度综合指数、信息熵与均衡度等分别呈现上升与下降相反趋势。这种以耗水量为纽带的空间耦合源于中游耕地扩张导致的下游径流量逐年减少而造成的下游土地退化。③ 耕地扩张提高土地利用综合水平的同时,林地与草地遭受破坏,土地利用结构信息熵上升,过渡带植被受损严重,系统不稳定性增强,威胁到和田绿洲稳定,进而危及塔里木河下游生态安全。故建议进一步调整农业内部产业结构,缩减高耗水量作物种植面积,严禁以各种名义的开荒;制定塔里木河流域地表水分配法案,立法保障关于地表水分配、增加生态用水等规定严格实施,同时严禁地下水过量开采。     

顾及空间尺度效应的城市土地利用变化精细化模拟

城市土地利用变化模拟是优化土地资源配置的科学依据,提高其精细化程度和可靠性有助于准确把握城市用地发展趋势,对城市土地资源精准调控具有重要意义。基于宏观遥感分类的土地利用变化模拟,难以在街区尺度上揭示城市用地社会功能变化及精细化模拟中空间尺度效应来源和作用机理。本文联合遥感影像和POI数据识别出城市土地利用精细化特征,运用响应面法率定土地利用精细化模拟的最优空间尺度组合,在此基础上,利用CA-Markov模型开展了未来土地利用变化的精细化模拟。以武汉市中心城区为应用案例,研究结果表明：基于POI 的城市土地利用精细化识别方法,可以深度解析城市建设用地的社会功能,极大改善了传统基于遥感的土地覆被宏观解译效果;研究区土地利用变化元胞自动机精细化模拟的最优空间尺度组合是30 m元胞、7×7邻域以及冯诺依曼邻域类型,采用最优空间尺度组合能够提高土地利用变化精细化模拟的可靠性。响应面试验设计结果可有效识别精细化模拟过程中空间尺度效应的主要来源,并区分其对模拟精度的影响程度与正负效应;预计到2025年,研究区建设用地范围将继续向周边扩张,各类型用地之间互为交织,土地利用空间格局将呈更加破碎化趋势。     

中国土地利用空间格局刻画方法研究

土地利用空间格局研究是土地利用/覆盖变化（LUCC）理论和实践的基础,对土地利用空间格局进行有效刻画有利于国土资源空间优化,提升土地利用规划和管理水平。由于土地利用空间格局的研究范畴尚不明晰,目前土地利用空间格局的研究对形状、斑块分布和结构等方面关注较少,缺乏对不同土地利用类型间相互关系的研究;同时,格局指标繁多且存在较大的相关性,如何建立指标与土地利用空间格局的对应关系值得进一步研究。本文在深刻理解土地利用空间格局内涵的基础上,将面积、形状和斑块分布总结为土地利用几何特征,将结构和多样性总结为土地利用类型特征,建立了土地利用空间格局刻画指标体系,利用模糊C均值聚类分析,明确了指标与空间格局间的对应关系。结果表明,中国土地利用几何特征可以划分为简单大斑块型、复杂大斑块型、复杂小斑块型、简单小斑块型和散布型五种,不同的几何特征反映了不同土地利用类型的面积、形状和斑块分布的特点,体现了区域土地利用类型的组合关系。2010年中国土地利用共存在61种不同的结构,但主要的结构类型仅有14种,结构特征具有明显的空间聚集性,体现了不同土地利用类型的空间分异性。中国土地利用多样性以3~5类为主,占比达66.69%,其特征总体上呈现“东北、东南高,西北低”的态势。该研究丰富了土地利用空间格局研究的理论体系,填补了中国土地利用整体空间格局刻画的空白。     

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明：MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m³·s^-1。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m³·s^-1、141.80 m³·s^-1,144.72 m³·s^-1由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

北京丰台区土地利用变化及其经济驱动力分析

采用GIS技术和统计分析技术,基于1984、1992和1995～2001年土地利用图件和数据,分析了1984年以来北京丰台区土地利用变化历史过程及其空间分异特征。土地利用变化的基本特点是农业用地面积大幅度下降,非农用地面积快速增加,且随着时间的推移,变化高峰地域在由内向外传递。对1999年土地利用类型数据与经济产值数据匹配结果表明:土地经济产出效益巨大差异的存在是驱动丰台区土地利用从农业用地,尤其是耕地向非农业用地转化的最大动力所在。利用1992～2001年的非农业用地与固定资产投资、人口,二、三产业增加值进行的相关分析显示,固定资产投资、人口增长和第二产业的发展对非农业用地扩展有着显著的作用。     

干旱区典型流域近30年土地利用/土地覆被变化的分形特征分析——以玛纳斯河流域为例

利用1976、1989、2005年三期遥感影像,运用GIS和分形理论研究干旱区典型流域——玛纳斯河流域近30年的土地利用/土地覆被变化的复杂性和稳定性。结果表明:玛纳斯河流域各时段的土地利用/土地覆被类型分布具有分形结构,土地利用/土地覆被类型形状复杂性和斑块的稳定性波动变化,1976、1989、2005年三时期的各种土地利用/土地覆被类型总平均分维值分别为1.394 0、1.363 4和1.389 9。总平均稳定性指数分别为0.606 0、0.636 6、0.610 1。三期土地利用/覆被类型平均稳定性排序为:沙地>未利用土地>居民点工矿用地>水域>林地>草地>耕地>盐碱地。耕地、林地、草地、盐碱地稳定性相对较差。通过对流域土地利用/土地覆被类型变化复杂性和稳定性的研究,可以为政府协调水土开发和调整土地利用结构提供支持。     

珠江三角洲城镇建筑覆盖近期变化研究

基于遥感与地理信息系统技术,从1988年与1998年两个时期研究区域的TM卫星影像提取各城镇的实际建筑覆盖区面积等专题信息,并利用Arc/Info802建立珠江三角洲乡镇级空间数据库。在此基础上重点对珠江三角洲城镇建筑覆盖近期变化的空间扩展特性,并就企业、交通设施、人口、区域经济与行政体制等驱动因子进行了初步综合分析。研究表明20世纪末珠江三角洲城镇建筑覆盖总体圈层格局相对稳定,核心增长与交通指向扩展非常显著,城镇建筑覆盖区增长总量与增长速率空间分布不一致,城镇扩展强度指数空间分布也显示出核心增长与交通轴向增长显著的特征     

巨型城市区域土地利用变化的人文因素分析--以珠江三角洲地区为例

在评述国内外相关研究的基础上,利用遥感土地利用数据和统计资料,应用定量分析和GIS空间分析技术从定性与定量的角度系统全面地开展了珠江三角洲巨型城市区域土地利用变化的人文因素研究。定性分析结果表明：珠江三角洲土地利用变化与人口、经济发展、城市化与工业化及政策因素密切相关,这些因素深刻影响着该区域的土地利用变化。定量分析是对定性分析的验证,定量分析结果表明：影响珠江三角洲巨型城市区域土地利用变化的因子可归纳为人口、经济发展水平、城市化与工业化、农业产业结构调整、区域产业结构调整和外资等6个因子,并且各因子的影响作用大小不同。     

黑河流域土地利用变化对地下水资源的影响

Land use and land cover changes have a great impact on the regional hydrological process. Based on three periods of remote sensing data from the 1960s and the long-term observed data of groundwater from the 1980s, the impacts of land use changes on the groundwater system in the middle reach of Heihe River Basin in recent three decades are analyzed by the perspective of groundwater recharge and discharge system. The results indicate that with the different intensities of land use changes, the impacts on the groundwater recharge were 2.602 × 10^8 m^3/a in the former 15 years （1969-1985） and 0.218 × 10^8 m^3/a in the latter 15 years （1986-2000）, and the impacts on the groundwater discharge were 2.035 × 10^8 m^3/a and 4.91 × 10^8 m^3/a respectively. When the groundwater exploitation was in a reasonable range less than 3.0 × 10^8 m^3/a, the land use changes could control the changes of regional groundwater resources. Influenced by the land use changes and the large-scale exploitation in the recent decade, the groundwater resources present apparently regional differences in Zhangye region. Realizing the impact of land use changes on groundwater system and the characteristics of spatial-temporal variations of regional groundwater resources would be very important for reasonably utilizing and managing water and soil resources.     

环渤海地区土地利用效益综合测度及空间分异

土地利用的多功能性决定了土地利用效益的多样化。通过构建土地利用效益评价指标体系、效益测度指数与耦合协调发展度模型,探讨了环渤海地区县域土地利用的社会效益、经济效益、生态效益、耦合格局及其协调发展特征。研究表明:环渤海地区土地利用效益的空间分异性与集聚性特征显著;经济社会中高值区主要分布在沿海地区和内陆平原区,生态高值区以冀西北间山盆地、坝上高原和辽宁山地丘陵区为主;从土地利用效益耦合度类型看,环渤海地区磨合阶段区域数量最多,占研究区的63.9%,集中分布于冀中冀南和山东省;低度耦合、拮抗阶段的区域呈带状环绕环渤海北部地区;高度耦合区域呈现出散乱的点状空间分布格局;协调发展度指数显示,轻度失调区占据主导地位,其次是初级协调区域,滞后失调区域数量较少,分别占环渤海地区总面积的51.09%、31.76%和10.87%。通过划分土地利用类型区,制定差别化区域土地利用政策,加强区域土地管理与规划,建立健全区域利益协调与补偿机制,是今后统筹协调土地利用的社会经济生态效益的重要方向。