土地利用类型结构的多尺度转换特征

尺度一直是LUCC到GLP研究所关注的重要问题。以不同比例尺的辽宁省土地利用数据为例,以贵州省土地利用数据进行验证,系统探讨了土地利用类型结构在不同尺度间可能存在的转换特征。结论如下:(1)辽宁省土地利用的分形结构跨1 ∶ 10万、1 ∶ 50万、1 ∶ 100万这3个比例尺客观存在;(2)对不同比例尺的同一区域不同土地利用类型而言,各土地利用类型分维在不同比例尺之间存在的响应关系并不一致,某些土地利用类型的分维随着比例尺由1 ∶ 10万向1 ∶ 50万再向1 ∶ 100万的变小,分维呈现变大趋势,而某些土地利用类型的分维随比例尺的变化并不如此,所以,对于不同的土地利用类型而言存在一定的差别,不可一概而论;(3)不同尺度间的土地利用类型结构只能够在两两连续间隔的两种比例尺土地分维之间建立起关系显著的定量关系模型。所得结论对科学认知土地结构空间配置的多尺度特征以及建立相应尺度转换模型具有积极的参考意义。     

基于分形理论的黄土丘陵区土地利用研究——以延安市宝塔区为例

在GIS和分形理论的指导下,将延安市宝塔区的土地利用类型进行了分类,得到研究区的土地利用分类图,并在分类的基础上,对宝塔区的各种土地利用类型进行分形维数的分析.计算结果表明:(1)宝塔区的土地利用类型的景观风貌是以林地为基质,以草地、园地、居工、未利用地为斑块镶嵌结构,并且以水体和道路为线状廊道的景观结构模式.(2)宝塔区各种土地利用类型的分维数从大到小的顺序依次为:水体、道路、草地、林地、耕地、园地、未利用地,居工;而稳定性指数从大到小排列顺序为:水体、道路、居工、未利用地、园地、耕地、林地,草地.(3)宝塔区土地利用的各种景观指数在空间上的分布规律很大程度上受到人为活动的影响与干扰,如植树造林、退耕还林、封山育林等因素.     

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。     

流域地貌系统定量研究的新指标

简要介绍了分形基本理论,着重讨论了流域地貌系统定量研究的指标．水系分维的计算方法,水系分维区域划分原则及其应用含义．     

巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的分形特性

以分维为工具,以分维数为中介参数刻画巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的形态特征,研究发现,该区星状沙山多单独分布,其沙山高度较综合型星状沙山及复合型星状沙山小,一般多在100~200 m之间,形态相对简单,因而其分维数较小(D=1.042462)。综合型星状沙山,为在巨大的沙山体上迭置有次一级的星状沙丘,其规模小于复合型星链状沙山,高度多达200~300 m,该类型沙山形态结构较星状沙山复杂,因而其分维数高于星状沙山(D=1.119346)。复合型星链状沙山,是构成该区域高大沙山的主体,其相对高度大于300 m,平均为30943 m,最高可达465 m,沙山形态结构颇复杂,在其巨大的沙山体上迭加有许多相同类型的次一级沙丘及古沙丘,规模也较综合型星状沙山大,因而其分维数最大(D=1.148164)。     

基于GIS的土壤地理分形特征

土壤的分布及其所处的处理环境极其复杂,其实质是一种非线性规律存在于自然界中。本研究在ARC／INFO的支持下,采用改进后的分形算法分析了与土壤形成有关的地理环境要素的分形特点,得出了各地理环境要素的分维随海拔、森林类型变化的规律,为土壤遥感调查中界线的划分提供了有益的线索。     

土地利用类型分布的分形结构及其应用--以江苏省扬中县丰裕镇为例

以江苏省扬中县丰裕镇为例,运用分形理论对土地利用类型的分布是否具有分形结构进行了统计分形分析,不仅揭示了土地类型分布的分形结构特征,探讨了各土地利用类型分维的意义,而且还进一步探讨了其在土地利用总体规划之中的可能应用。     

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。     

水系的分形维数及其含义

在分述水系分维数的几个计算方法基础上，对两上试区采用地图照相缩小后扫描以及图象处理的方法提取河流信息，以计盒方法计算水系的分维数，并据此提出划以域地貌侵蚀发育阶段的方法。     

南京市交通网络的分形特征

以分形理论为基础,借助于地理信息系统软件,对南京市区交通网络进行了长度-半径维数和分枝维数的测算,结果表明南京市区的交通网络具有分形特征,长度-半径维数为1.574,而分枝维数为1.3934,两者之间存在一定差异。通过进一步对主城区各行政区交通网络的盒子维数的测算,揭示出各行政区的交通网络也具有分形特征,分维值介于1.3568与1.4991之间,其大小与经济发展状况并没有很好的对应关系。如何以经济状况为基础数据指导城市各行政区的交通发展,以及两者之间是否在其他区域尺度上存在相关关系等,仍是需要有更多研究基础才能深入探讨的问题。     

典型黄土地貌类型区的地形复杂度分形研究

黄土高原地貌形态与地形复杂度自南向北有序变化,构成了举世瞩目的独特的地理景观。选择陕西省南北剖面六个典型黄土地貌样区为基本实验区,以其1∶1万栅格DEM为数据源,探讨典型黄土地貌类型区的地形复杂度分形与空间分异特征。首先提出的元分维模型方法,以计算得到的DEM元分维值作为特征指标,研究样区的地形复杂度问题。这种通过滑动窗口的扩展分维分析方法,既可以用于分析该区域不同尺度下的地形复杂度变化情况,也可以探讨区域的局部单元复杂程度及其空间分布,从而不再局限于对全区域的单一分维评价。以此为基础,进一步应用元分维谱方法,研究地貌网格单元的元分维分级分布情况。实验结果表明:以绥德和延川为代表的黄土峁状丘陵沟壑区最为复杂,以宜君和甘泉为代表的梁状丘陵沟壑区居中,而以淳化为代表的黄土塬区和以神木为代表的风沙黄土过渡区最为平缓。实验进一步证明了扩展分形方法在黄土地貌研究中的可行性。     

不同沉积环境下沉积物的粒度分形特征的对比研究

通过计算主要来自干旱地区已知成因环境的8组代表性沉积物的分维值,可以发现并不是所有的沉积物粒度都能获得有实际物理意义的分维值．如塔克拉玛干沙漠风成砂、洛川马兰黄土及塔里木河洪泛平原沉积物的分维值都小于2,使其分维值失去了实际的物理意义．但是将分维值作为一种沉积物粒度分析参数,失去实际物理意义的分维值仍具有与部分传统粒度参数的相关关系;粒度分维具有明显的区域性特征,不同区域同种成因类型沉积物的分维值可能相差甚大。将分维值与传统粒度参数进行对比：分维值(D)与平均粒径(Mz,换算成ψ值)可能存在有条件的弱相关关系,但并不总是前人所说的正比关系;分维值与标准偏差(σ1)则明显呈正比关系。     

The Fractal Characteristics of Drainage Networks and Erosion Evolution Stages of Ten Kongduis in the Upper Reaches of the Yellow River,China

The fractal characteristics of drainage in the ten kongduis of the upper Yellow River were obtained using the box counting dimension, and the evolution stages of the watershed topography were defined by different ranges of the fractal dimensions of river networks (Dg). The results show that the fractal scaleless range of the Maobula River is 20–370 m based on a combination of artificial judgment, correlation coefficient test and fitting error. Other kongduis show good fractal characteristics in this fractal scaleless range as well. The box counting dimension can be used as a quantitative index of watershed topography fractal characteristics. The fractal dimension of stream networks is independent of the threshold contributing area used for extracting the drainage networks from the DEM. The values of Dg in the upper ten kongduis are in the range of 1.08?1.14. Both the runoff yield and the sediment yield are positively and linearly related with Dg. The positive relation between the sediment yield and Dg reflects the effect of landform features on sediment yield in the young and/or mature stages of landform evolution of the study area. By revising the critical value of Dg, the value of Dg of the basin in the young evolution stage is less than 1.06, while it is more than 1.06 for the basin in mature or old evolution stage. The upper ten kongduis are in the mature stage of landform evolution.     

中国土地利用空间分形结构及其机制

应用分形理论对中国土地空间分形结构及其机制问题进行了有益探讨。首先计算了中国不同土地利用类型空间结构的分维与稳定性指数;其次,分析了北京、安徽、江苏、广东、贵州、新疆、西藏、辽宁等8省区的土地分形结构;进而,在计算北京等8省区土地结构分维与图斑数、平均图斑面积、平均图斑形状指数、第一产业、第二产业、第三产业关联度的基础上,探讨了区域土地图斑数和相应图斑形状指数对土地空间结构分维的重要影响。指出:土地结构分维所能体现出的信息主要还是受到土地类型本身几何属性的影响。     

黄土高原典型地段现代岩土侵蚀对古侵蚀面的继承性

该文阐述黄土高原地区保罗系、第三系地层古剥蚀面对现代岩土侵蚀的影响,对预测岩土侵蚀的发展趋势,采取有效措施防治岩土侵蚀的发展具有积极意义。在陕西一小流域利用GPS测量了新第三系、侏罗系地层界线点的三维空间数据,根据测量数据建立了古剥蚀面数字高程模型,目的是与现代侵蚀地形进行对比,分析现代岩土侵蚀与古侵蚀面之间是否有继承性。结果显示现代主要的侵蚀沟形成是在古剥蚀面的低洼处,发育的方向沿剥蚀面坡面倾斜方向,基本上是在市地形的基础上发展的。因此,研究和预测现代岩土侵蚀趋势时,应把岩土侵蚀对古剥蚀面的继承性作为一个重要因素来考感虑。     

基于矢量数据的土地利用类型分维数计算程序设计及其应用

当前用来计算分形维数的原始数据通常是栅格图像,但是现有的土地利用数据大多以矢量形式存放,若将其转为栅格形式后计算分维数,则将面临基于栅格图像所得到的分形维数的计算精度与像元尺寸以及图像自身大小有较大关系,并且在对栅格图像进行不规则形状提取时容易造成数据丢失等问题。鉴于此,本文利用Visual C#完成了基于Windows平台的矢量数据分形维数计算程序设计,并利用该程序对20世纪90年代三个时期的秦岭中段和鄂东南地区土地利用类型的分维数进行了求算。结果表明该程序是一种方便、实用而且精确的分维数计算方法。此外,从三期各类土地利用类型的稳定性指数来看,在秦岭中段地区表现为：居民点及工矿用地>未利用土地>水田>旱地>草地>林地>水域,而鄂东南地区则表现为：水田>未利用土地>居民点及工矿用地>旱地>林地>草地>水域,这说明在上述两个地区,林地、水域、草地的稳定性都相对较差,它们的潜在变化趋势也较大。     

新亚欧大陆桥新疆段水害时空分维特征研究

基于区域自然灾害发生的复杂性和不确定性,运用分形、混沌理论,对新亚欧大陆桥新疆段近３８年的洪水灾害资料进行了时空分维特研究。结果表明：陆桥新疆段洪水灾害不仅在时间序列上具有自相似性,其容量维Ｄｆ在０．０４９７～０．０６８７间,而且在空间序列上也具有自似性,存在明显分维结构,其信息Ｄ１在０．０５３７～０．０７９７之间。洪水灾严重区段的信息分维值较低,并且信息分维与洪水灾害发生频率呈反相关。这一特征将     

成都茶馆空间随机聚集分形特征研究

以成都市茶馆游憩场点系统为研究对象,在全市尺度和著名旅游地标、著名茶馆为中心的0.5 km、1.0 km等多级尺度下,对各茶馆子系统随机聚集维数进行测算。研究发现成都市茶馆系统具有空间随机聚集分形结构特征,而且存在明显的尺度效应。全市尺度下,以天府广场(城市空间分布中心和市行政中心)为中心,成都茶馆呈离心状态分布,空间结构随机聚集性较弱。在0.5 km尺度下,以杜甫草堂等5 个著名旅游地标为系统中心,茶馆子系统未能表现出明显的分形结构特征;以10 个著名茶馆为系统中心,茶馆子系统空间分布呈向心状态分布,空间结构随机聚集性较强。在1.0 km尺度下,以著名旅游地标为系统中心,茶馆子系统多呈现双分形结构,随着尺度范围增大茶馆子系统分形结构特征发育趋于明显;以著名茶馆为系统中心的茶馆子系统,空间结构随机聚集性很强,因此著名茶馆是1.0 km尺度下的茶馆系统自我演化的聚集中心。案例证明分形理论可以在多种空间尺度下指示城市游憩场点系统的微观结构。     

广西城镇体系空间结构分形研究

基于分形理论对广西城镇体系空间结构进行研究,发现广西城镇空间分布具有统计分形特征。关联维数和牛鸦维数测算结果显示:广西城镇高度集中于河流和交通线两侧,城市之间的交通网络发育较为成熟。聚集维数测算结果表明:广西城镇空间分布不均衡,密度差异大,"双核心"结构明显。认为这些特征的出现是地理位置、自然条件、历史、交通、政策等因素共同作用的结果。     

黄土粒度分维在公路自然区划中的应用探讨

针对当前黄土地区公路自然区划宏观程度高、实际难应用等问题,研究新的区划方案、寻找理想的区划指标意义重大。以分形理论为基础,分析了甘肃黄土粒度分布的分形结构特征。结果显示,黄土具有良好的统计自相似性,其分维值介于2.15~2.705之间;黄土的粒度分维值可定量表征黄土的物理、力学和水理性质及差异,即黄土的粒度分维值越大,其干密度、比表面积、粘聚力、内摩擦角越大,微、小孔隙含量越高,但其平均孔径、孔隙比、湿陷系数和渗透系数越小,其工程地质性质愈稳定;在空间上,黄土粒度分维值存在显著的区域性变化规律,反映了甘肃黄土地区二级公路自然区划的5个二级区的差异。认为黄土粒度分维值可作为公路自然区划的主要指标之一,参与三级区的划分,为公路工程的设计、施工提供科学依据。