基于元胞自动机模型的城市土地利用变化模拟

为了研究城市发展带来的城市土地利用空间格局变化,综合运用元胞自动机、多维驱动力分析和情景分析方法,构建了城市土地利用变化模拟系统。建立了宏观、中观和微观3个尺度上的驱动力量化和耦合作用函数。通过识别驱动力变化与城市空间发展特征的关联性,解决了元胞自动机模型参数的时间效应问题。结合情景分析方法,确定城市不同发展情景下的参数取值,进而对未来城市土地利用变化进行了系统模拟。4种预测情景的用地总量分别为220.32km2、253.28km2、231.52km2、310.52km2。研究结果表明:城市土地利用变化受经济增长、空间管制政策等驱动力影响明显,同心圆、组团式发展模式的用地集约水平较高,沿主要对外交通轴线带扩展模式的用地扩张问题较为突出。     

基于GIS与ANN的土地转化模型在城市空间扩展研究中的应——以北京市为例

结合GIS强大的空间分析功能与人工神经网络(ANN)处理非线性适应性信息的独特能力建立一种土地转化模型(land transformation model,LTM),用以定量分析城市土地扩展与社会、政策、环境等因子之间关系,并基于此对城市空间扩展的动态进行模拟与预测.LTM模型的运行主要分为3步:因子选取与数据预处理;建立人工神经网络并输入数据对其进行训练与仿真;应用PID法对人工神经网络的输出进行分析,同时在GIS平台上模拟出城市扩展的动态分布.选取相应的影响因子并运用该模型对北京市的城市扩展进行实证模拟检验与预测,结果表明此LTM模型确实提供了一种定量分析和预测城市空间扩展的方法,能够为城市规划与城市发展政策的制定提供重要的科学参考.     

SLEUTH城市扩展模型的改进及验证——以唐山市为例

研究城市扩展以对城市化过程做出有效决策,进而调控未来的城市增长,对实现城市经济、社会与生态效益的最大化具有十分重要的意义.本研究首先以唐山市为城市扩展研究区从2个方面改进了SLEUTH模型,其次基于改进的SLEUTH模型对唐山市城市扩展进行情景预测.模型改进具体内容:引入分区定标机制,分区定标能有效体现城市内部不同区域增长速度的差异,进而改进模型模拟精度;引入宏观因素来改进SLEUTH模型的参数自修改规则,进而影响SLEUTH模型对城市增长趋势的模拟,理论上在城市增长机制上应进一步提高模型的合理性及模型精度.基于2种情景模式:惯性扩展模式、政策调节模式,预测了唐山市2010—2020年的城市增长,政策调节模式预测结果显示唐山市在2010—2020年间将继续保持面积年增长大于2.5%的高速城市化速度,其中2015、2020年城市规模将分别达到2009年规模的1.18、1.35倍.     

四平市城市景观格局演变与情景预测

以四平市为研究区,利用1976-2014年Landsat系列影像,基于GIS技术,运用景观生态学原理,分析四平市景观格局演变特征,并对城市未来发展变化进行情景预测.结果表明,近38年,四平市耕地面积因被建成区占用而减少;而建筑用地呈快速增加趋势,年均增长2.67%.耕地、林地、草地和未利用地的景观分离度呈增加趋势,景观破碎化加剧;而建筑用地分布趋于集中.城市景观多样性指数增加,城市将继续扩展.根据预测,未来6年耕地面积仍呈减少趋势,建筑用地面积快速增长,建成区沿NW-SE轴向扩展.     

近30年杭嘉湖平原湿地格局变化研究

使用1993年、2003年、2008年和2015年4期Landsat TM/OIL影像,对杭嘉湖平原区进行土地利用/覆被变化(LUCC)分析.结果表明:1)1993—2015年,湿地面积持续减少,总缩幅高达46.14%,主要受城市化进程影响;2)1993—2003年,城市面积由50.18km2扩增至118.13km2,湿地面积同期缩小99.2km2;3)2003—2008年,湿地退化程度较其他时期更为明显,总缩幅达51.09%,减少的湿地类型主要转变为城市和休耕地;同样城市扩张也最为显著,年均增长近30%;4)2008—2015年,在整治政策的保护下,湿地面积实现正增长,年平均增幅为6.32%.总体而言,杭嘉湖平原湿地格局变化受自然因素和社会因素共同作用,但人为因素占主导,2008年之前侧重城镇发展,将湿地用地变为城镇或农业用地,近年来在政策引导下,推动湿地保护,使其面积有所增加.     

基于不透水面的城市扩展研究——以张店区为例

通过不透水面变化研究城市扩展趋势,对城市的规划和建设有重要意义.基于遥感影像进行人工目视解译,研究张店区不透水面扩展情况、土地利用变化及主城区扩展方向,利用标准离差椭圆法分析主城区发展方向.研究表明:在研究的二十年时间段内,张店区不透水面总面积增长69.74 km2,其中2010—2015年扩展速度达到峰值(5.47 ...     

基于多源灯光数据的中原城市群城市扩张时空变化分析

探究中原城市群的城市扩张时空变化规律,有利于重建其空间结构的发展过程,厘清发展脉络,把握未来发展趋势,优化城市群建设.通过整合DMSP/OLS、NPP/VIIRS夜间灯光数据和辅助数据,采用阈值二分法提取城市群城市建成区,进而统计夜间灯光数量、城市扩展动态度及景观格局指数,对城市扩张时空格局演变进行量化分析.结果表明:(1)研究期内中原城市群城市夜间灯光总量稳步提升,灯光距平值区域化明显,郑州大都市圈处于领先地位;(2)城市面积增长了2.15倍,扩展动态度稳定在5%～6%之间,处于城市化的前期阶段,呈阶段性波动增长趋势;(3)灯光数据提取的城市建成区斑块呈现出中心-外围圈层式空间扩张结构的特征,城市扩张在原有基础上填充连片发展;(4)城市建成区斑块数量增长了1.97倍,形状指数在8%～9%之间,复杂程度加深,中小城市兴起并不断发展壮大,中心城市郑州市的首位度不断提升,极化作用明显,辐射带动周围城市发展,城市群趋向集聚化、一体化.     

深圳市城市扩展预测与分区评价

以深圳市为研究对象, 基于CLUE-S模型, 模拟深圳市2020年城市扩展格局, 然后依据扩展速度强度、形态结构、社会经济效益和生态效益4个方面的指标建立城市扩展综合效益评价体系, 利用自组织特征映射网络(SOFM)对深圳市城市扩展进行分区评价。主要结论如下: 1) 未来(2020 年)深圳市城市扩展状况可 划分为4个区域(高度城市化区、经济增长区、城市扩展潜力区和生态优先区), 各区需针对自身特点合理调整发展战略; 2) 按照目前的发展趋势, 到2020年, 深圳市城市扩展综合效益较高, 但也存在社会经济效益和生态效益不能兼顾与土地利用效率不够高等问题; 3) 基于CLUE-S模型和SOFM网络, 结合城市扩展综合效益评价体系, 可以实现对未来城市扩展状况的预测和分析。     

基于GIS与ANN的土地转化模型在城市空间扩展研究中的应用——以北京市为例

结合GIS强大的空间分析功能与人工神经网络(ANN)处理非线性适应性信息的独特能力建立一种土地转化模型(land transformation model,LTM),用以定量分析城市土地扩展与社会、政策、环境等因子之间关系,并基于此对城市空间扩展的动态进行模拟与预测。LTM模型的运行主要分为3步:因子选取与数据预处理;建立人工神经网络并输入数据对其进行训练与仿真;应用PID法对人工神经网络的输出进行分析,同时在GIS平台上模拟出城市扩展的动态分布。选取相应的影响因子并运用该模型对北京市的城市扩展进行实证模拟检验与预测,结果表明此LTM模型确实提供了一种定量分析和预测城市空间扩展的方法,能够为城市规划与城市发展政策的制定提供重要的科学参考。     

基于RS和GIS的江阴城市扩张研究

作为城市化的一个结果,城市空间格局的演变明确地反映了城市化过程.本文以Landsat TM为核心数据支持,借助于GIS的空间分析功能,从空间发展的角度探索江阴的城市扩张过程,在此基础上讨论影响城市发展的因素.结果表明:从1996年至2005年间,江阴城市区扩张速度快,扩张强度大;扩张过程中城市紧凑度升高,城市空间格局由外延式向填充式转变;社会经济发展、外资、城市规划等因素对江阴城市扩展作用显著.     

城市扩张对区域生态安全格局影响研究——以合肥市为例

城市用地空间扩张对生态环境的影响映射出人类社会活动和生态环境保护之间的交互作用，系统地研究城市空间无序蔓延所诱发的城市土地利用方式变化对城市生态环境的影响程度，对助推我国生态文明建设目标具有重要现实意义。为探究合肥市城市扩张对生态安全格局的影响程度，综合运用生态遥感指数、最小累积阻力模型、电路理论和斑块生成土地利用模拟模型，构建合肥市生态安全格局，识别生态夹点和生态障碍点，再从模拟验证的基础上（总体精度为94.71%，Kappa系数为90.04%，Fom值为0.102），预测了2030—2040年的城市扩张，并根据预测结果探讨城市扩张对区域生态安全格局影响程度。研究发现：合肥市生态环境质量整体呈现南高中低的分布格局，识别出合肥市生态源地共计35处，源地间活跃生态廊道70条，非活跃廊道共17条，生态夹点290个，生态障碍点112个。2020—2040年合肥市城乡、工矿居民用地、林地、水域和未利用土地面积将不断增加,而耕地以及草地面积将持续减少。2020—2040年期间城镇建成区分别侵占了生态廊道、源地、夹点、障碍点面积为55.95km2、10.51km2、1.04 km2、1.35 km2。研究结果可为今后快速发展城市的生态环境治理和国土空间生态保护修复工作提供理论依据和技术参考。     

阿克苏地区土地利用变化情景模拟及其生态安全水平评价

采用CA-MCE-Markov模型设计并模拟了阿克苏地区2030年自然发展、经济发展优先、内涵提升情景下的土地利用变化,运用PSR模型定量评价了3种情景的土地生态安全水平.结果表明：1)面积变化上,内涵提升情景耕地减少了774 km²,城乡建设用地增加了100 km²,实现了集约发展;自然发展情景与经济发展优先情景耕地增加了3 436 km²,城乡建设用地增加了386 km²,呈粗放式发展.2)空间变化上,自然发展情景耕地、林地、水域反演位置不符实际、经济发展优先情景城乡建设用地布局粗放、内涵提升情景用地布局具备合理性.3)顺延历年发展状态,生态安全水平将持续降低;若以经济发展优先为发展导向,安全压力及承载力响应两方面问题依然严峻;相比之下,内涵提升情景生态安全水平大幅提升,为最优模拟方案,生态高度安全.通过评测不同情景土地利用变化差异,为解决实际矛盾、改善生态环境、谋求永续发展提供措施与方法.     

武汉城市湿地景观格局时空结构演化及驱动机制研究

  运用景观生态学的理论与方法,定量研究武汉城市湿地景观的特征、分布格局及变化过程,探索其时空演化特征与驱动机制。研究结果表明：① 1987-2005年,武汉城市湿地总面积减少了137.50 km²,其中自然湿地面积减少了281.87 km²,相反,人工湿地面积增加了144.37 km²。② 武汉城市湿地景观的多样性减小,均匀度降低,优势度增大,说明武汉城市湿地景观趋于同化。③ 水库坑塘湿地的破碎度最大,说明水库坑塘湿地受人类活动的影响最大。④ 河流湿地、湖泊湿地的质心向西南迁移,水库坑塘湿地的质心向东南迁移。⑤ 武汉气候的变暖与趋干、人口的快速增长、经济的快速发展以及快速城市化导致武汉城市湿地景观格局的变化。     

DMSP夜间灯光数据与Landsat数据结合的建成区提取研究——以江西省为例

建成区面积代表着城镇用地水平和发达程度,其变化反映了城市扩张强度和经济发展水平.该文以江西省为研究区域,提出了一种Landsat TM/ETM＋光学遥感影像与DMSP/OLS(Defense Meteorological Satellites Program/ Operational Linescan System)夜光数据相结合的建成区提取方法,提取精度达到89.7%;利用长时序提取结果分析了江西省1995年～2014年的城市建成区扩张情况,结果表明江西省近20 a间建成区面积增加了1 276.33 km2,扩张率达423.99%.综合分析建成区提取结果与经济统计指标,结果显示江西省的建成区面积扩张与经济发展存在显著正相关关系(R2＝0.62);鄱阳湖生态经济区建立后,区域内城市的建成区建设速度和经济发展速度明显加快.     

高分卫星在气候适应型试点城市绿地变化监测中的应用

绿地建设是气候适应型城市建设的重要内容之一,为客观评价建设情况,基于高分系列多光谱数据,以常德城区作为研究区域,选用包括纹理特征的26项特征变量,构建CART（Classification And Regression Tree,分类与回归树）决策树进行面向对象监督分类,使用Khat方法完成分类精度评价。精度评价数据表明,2014至2019年6年间的总体分类精度大于90%,Kappa系数大于0.8,绿地提取的用户精度与制图精度达到89%,验证了该方法在城市绿地的提取工作的上具有可行性。分析常德城区近6年的绿地变化监测结果,得出城市绿地面积从2014年的149.01km2上升至2019年的166.79km2,面积增加17.78km2,增长率11.93%,经与实际变化趋势比对一致。结果表明,基于CART决策树的面向对象高分遥感解译方法,具有一定参考价值,可为气候适应型试点城市绿地变化监测评估提供有效依据。     

基于GIS和RS的城市建设用地生态适宜性评价——以南阳市西峡县为例

城市建设用地生态适宜性评价是合理利用我国有限土地资源的一项基础性工作．本研究利用遥感影像解译出的土地利用现状,借助GIS手段对南阳市西峡县城市规划区范围内的生态敏感性因子进行叠加分析,从而科学确定城市土地利用生态适宜性等级,评价结果表明,在城市规划区范围内可作高强度开发的城市建设用地面积约为26．1km^2,可在指导下进行适度开发利用的土地面积为21．5km^2,不适宜和不可用作建设用地的土地面积约27．3km^2,在此评价的基础上,将全区划分为适宜建设区,较适宜建设区,不适宜建设区和不可用地区,并提出用地分区发展管制的对策．     

城市增长边界划定方法研究——以西咸新区为例

城市增长边界的划定可以有效地控制城市发展规模,缓解人地矛盾.本研究对城市增长边界的划定方法按正反规划和定性定量两种思路进行了分类,并以西咸新区为例,结合GIS技术,首先从反向思路出发,确定刚性指标因素因子,明确不宜建设区,从而划定研究区的刚性增长边界;再从正向思路出发,预测2020年和2030年研究区城镇人口和城镇用地规模,结合其土地建设适宜性评价和空间扩展结构,分别划定2020年和2030年的弹性增长边界;将刚性和弹性边界划定结果相叠加,得到西咸新区最终城市增长边界.     

观山湖区城镇用地拓展及驱动力分析

以LandsatTM/ETM卫星影像数据为基础,采用面向对象分类技术提取观山湖区2000年、2005年和2010年3期土地覆被数据。观山湖区城镇用地面积2000年为12.02km2,2010年为51.13km2,净增长了39.11km2,增长率为325.37%,年均增长率为32.54%,城镇用地2000年到2010年总体呈快速拓展。观山湖区城镇用地的快速拓展是受自然驱动因素、社会经济因素以及贵阳市城市规划的辐射带动综合作用的结果。     

银川市2000—2020年土地利用时空变化特征及预测

为探究银川市土地利用的时空变化特征,基于2000、2010、2020年3期土地利用数据,通过土地利用变化、景观生态学和元胞自动机(cellular automata, CA)-Markov模型,定量研究了20年间银川市土地利用景观格局变化特征,并对土地利用变化进行模拟预测。结果表明:耕地、林地、水域和未利用土地面积减小,草地和城乡工矿居民用地面积增加,各土地利用类型之间转换较为强烈,土地利用变化结构的主体为草地和城乡工矿居民用地,土地利用程度不断加深但具有区域差异性特征;土地利用景观形状的复杂程度增加,城市空间不断扩张,整体景观都趋于平均,景观异质程度增强,景观向多样化方向发展趋势;CA-Markov模型能有效模拟银川市土地利用变化情况且具有较高精度,Kappa系数为0.828 5;2030年耕地、林地和未利用土地面积减少,草地和城乡工矿居民用地面积增加。人口数量与结构、国内生产总值(gross domestic product, GDP)、经济增长以及区域宏观政策是研究区各类土地利用类型变化的主要驱动因素。     

南宁市城市土地扩张与驱动力分析

利用空间重心转移计算和单一土地利用类型动态度计算方法分析计算南宁市城市用地扩张趋势与速率,结果为:1994-2005年间南宁市主要向东、南、西三龇向扩展,其中向东扩张最为明显.城市建成区面积不断扩张,2005年城市土地面积是1994年的2.25倍.1994-2001年城市扩张速率仅为7.71%,城市空间重心逐渐向东移动.而2001-2005年,城市扩张速率达到11.57%,城市空间重心转向东南方向.影响南宁市城市用地扩张的因素有经济增长、人口增加、政策推动以及交通发展的牵引.