基于CA-Markov模型的南昌市城市扩张合理性研究

为减少城镇用地无序扩张、粗放利用等问题,有必要研究城市扩张的合理性,优化土地资源配置,实现可持续健康发展。以南昌市为例,结合CA-Markov模型与GIS工具研究南昌市城镇扩张演变及趋势特征,分析其合理性。研究结果表明:1)依据界定扩张区域的标准,得到南昌市2025年城镇用地的合理规模区域,主要在原有城镇用地的基础上向外扩张; 2) CA-Markov模型精度评价得到的Kappa指数为0. 814 1,表明CAMarkov模型模拟精度较高,预测南昌市2025年土地利用数据可靠性高; 3)由城镇扩张范围合理性分析可知,南昌市2025年城镇扩张区域在合理的城镇用地边界之内。区域重叠面积中以新建区和南昌县居多,表明未来南昌市城镇发展方向主要为新建区和南昌县,这与南昌市城市规划发展重点一致,南昌市将着重发展新建区的九龙湖新城、儒乐湖新城和南昌县的瑶湖新城及南昌东站高铁新区。因此,基于CA-Markov模型来研究城市扩张的合理性有利用优化土地资源配置,为南昌市未来城市规划提供一定的借鉴作用。     

基于CA-Markov模型的滇池流域土地利用变化动态模拟研究

以滇池流域为例,基于1990和1999年TM遥感影像解译数据,分析流域土地利用类型的动态变化程度,并基于马尔可夫模型定量分析土地利用转化的方向。采用GIS中多标准评价(MCE)方法,结合元胞自动机–马尔可夫(CA-Markov)模型,对2008年土地利用变化进行模拟和预测,预测结果与实际解译结果的Kappa系数达0.7338,表明预测结果可信。在此基础上,运用CA-Markov模型对2017和2026年的土地利用空间格局变化进行模拟,结果表明,该流域土地利用变化快,生态恢复和重建的压力很大。2008—2026年,耕地、林地、水域和未利用地面积将有所减少,草地和建设用地面积将迅速增加;与1990—2008年相比,草地、水域和未利用地的变化趋势相反,而耕地、林地和建设用地变化趋势相同。建设用地在原有基础上往外扩展,水域变化则较小。林地资源虽然有所减少,但仍然是流域主要的用地类型。建设用地扩张明显增加了滇池非点源污染的负荷。土地利用不合理是造成目前滇池水质退化的主要原因之一,并将加剧未来流域的水环境和水生态压力。因此,保有足够的人均耕地,降低施肥强度,提高土地利用水平,保留足够量的生态用地,节约集约利用建设用地,是降低该区域非点源污染潜力的重要措施。研究结果可为流域土地利用合理规划管理、生态恢复和经济发展政策的制定提供科学支持。     

基于CA-Markov模型的关中—天水经济区土地利用变化动态模拟

基于关中—天水经济区2000年、2005年和2010年三期TM遥感影像数据,利用CA-Markov模型对土地利用格局进行模拟验证并预测2015年土地利用格局.结果表明:关中—天水经济区土地利用变化模拟的Kappa系数为0.79,模型的模拟精度高;2005—2015年,关中—天水经济区耕地、林地将呈现减少趋势,建设用地显著增加,草地、水域略有变化,未利用地几乎没有变化;研究区生态环境总体上有恶化的趋势,需加强对耕地、林地的保护.     

大城市边缘区土地利用变化模拟研究——以北京市昌平区为例

近年来,土地利用变化模拟模型成为GLP的研究热点.大城市边缘区土地利用因变化剧烈而特殊,一直都是LUCC研究的重点领域.本研究采用国际前沿的土地利用变化及其影响空间建模方法——CLUE-S模型,基于GIS分析和统计分析,以北京市昌平区为例,运用1996年和2004年土地利用数据,构建CLUE-S模型,对2007—2015年不同土地利用政策情景下土地利用变化进行模拟,得到2010年和2015年的土地利用模拟图.结果表明:(1)专门针对中小尺度区域的CLUE-S模型能够对区域内的土地利用变化进行较好的模拟和预测,其中对分布相对集中的林地和建设用地的模拟效果相对较好,而对比较分散的园地、耕地和城市绿地的模拟效果相对较差;(2)在Markov情景下,建设用地的扩张最为明显;粮食安全情景下,山前平原区质量比较好的耕地没有转换为建设用地;而生态安全情景下,林地得到比较好的保护,并且林地的增加在靠近城区和高速公路的两侧最为明显.本研究可为研究区土地利用规划修编和土地可持续性管理提供科学依据.     

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。     

基于建设用地适宜性评价的城市增长边界划定

城市增长边界作为一种控制城市蔓延的技术手段和政策工具,成为管控城市空间扩展的首选措施.本文首先基于建设用地适宜性评价确定土地开发建设的空间格局,然后叠加土地利用总体规划确定的允许建设区范围,利用基于CA-Markov土地利用变化模拟预测的建设用地扩展区域,最终确定城市增长边界.研究结果表明:建设用地适宜性高值区位于西南部区域,多集中在新城建设区内.低值区分布在生态、水源敏感性较强的湿地保护区、河流沿岸和东北部山区;根据建设用地适宜性初步划定城市增长刚性边界和弹性边界,其中弹性增长边界与研究区土地开发建设实际情况相符;在弹性边界基础上确定的城市增长边界表现为城镇开发建设范围局限于中部、西南部区域.未来可以依据城市增长边界所确定的空间范围指导顺义区城市建设,促使城镇建设在合理的掌控范围内.     

基于CA-Markov模型的天津滨海新区土地利用变化模拟

本文基于天津滨海新区2005、2010和2015年3期土地利用数据,运用动态度等模型定量化分析了研究区内土地利用的变化情况。通过CA-Markov模型合理预测了研究区未来的土地利用格局,并将2015年模拟数据与2015年实际解译数据进行精度检验,根据扩展的kappa指数可知2个图层间的一致性程度较高,说明模拟的精度较好。进而对2025年的土地利用格局进行了模拟预测,结果表明:与2005—2015年相比,2015—2025年研究区内的土地利用类型主要以水域、城乡工矿居民用地和耕地为主;其中城乡工矿居民用地在原来的基础上将继续向外扩展,水域的面积将持续增加,林地、草地和未利用地的面积将持续减少,耕地面积将持续大幅度减少;土地利用的变化幅度较大。这表明研究区未来的土地利用压力将进一步加大,应提前做好相关应对措施。本文研究可为天津滨海新区未来的土地利用规划提供相关参考。     

漳州城市建设用地扩张空间分布模拟

首先利用遥感影像分类获取2000～2005年城市建设用地变化图,选取漳州市2005年度DEM、人口密度、城市规划等影响因子数据,通过空间随机采样方式,建立起2000年至2005年城市建设用地扩张空间分布概率多元Logistic回归模型.运用该模型,结合GIS技术和2009年相关影响力因子数据,模拟出2005年至2009年漳州市区城市建设用地空间分布,并与该地区2005年和2009年两个时期扩张实际变化的城市建设用地空间分布进行验证,结果表明模拟较为理想,城市建设用地扩张模拟灵敏度为0.6952.     

建设用地扩张对碳排放的影响研究——以呼和浩特市为例

采用LMDI模型分析呼和浩特地区建设用地增长对碳排放的影响.研究结果表明,经济发展、建设用地两项因素对碳排放呈正向影响,其中建设用地的影响呈持续增加态势,但增加幅度不大,主要的影响因素仍然是经济发展状况.为实现建设用地利用的碳减排,必须充分挖掘存量建设用地潜力,遏制建设用地盲目快速扩张.     

基于CA-Markov模型的宿州市土地利用景观格局演变模拟

基于宿州市1997-2011年TM/ETM+遥感数据,运用景观格局指数及CA-Markov模型,对宿州市土地利用景观格局演变与模拟进行了初步分析.结果表明:自1997年以来宿州市土地景观斑块数、破碎度指数及多样性指数呈上升态势,而平均斑块面积、斑块分维数及均匀度呈下降趋势;CA-Markov模型的Kappa指数达到0.86,表明模型的模拟精度相对较高,到2025年,宿州市的建设用地景观增加22.59%,分布在維桥区及各县城周边,园地面积增加11.23%,主要分布在砀山和萧县,而耕地、其他农用地及未利用地景观分别减少19.16%、11.72%、6.25%,林地及水域景观基本保持稳定的状态.     

西苕溪流域城市化对径流长期影响分析研究

利用基于GIS平台的长期水文影响模型(long-term hydrological impact analysis, L-THIA GIS),选取太湖上游的西苕溪流域作为研究区域,在验证L-THIA模型在该流域径流模拟有效性的基础上,利用不同时期(1985年和2000年)土地利用状况变化分析城市化对径流的影响;并应用情景分析的方法预测未来不同的土地利用变化所导致的径流变化情况。研究结果表明：城镇用地产生的径流量要大于非城镇用地;1985?2000年城市建设用地面积扩张75%,径流系数相应增加了1.4% ;未来城市建设用地的不断扩张;当城市面积分别达到流域面积的25%和45%时,径流系数将可能达到0.68和0.79。因此,城市扩张导致的不透水面积的增加将成为改变区域水文效应主要因素之一,需要进行合理的城市和土地利用规划限制城市的盲目扩张。     

基于GIS和ANN-CA的广州市黄埔区耕地预警

根据地理模拟和耕地保护相耦合的思想,基于近15 a的土地利用变化数据,以广州市黄埔区为例,从土地利用方式转换的角度出发,进行耕地的空间预警研究.①利用ArcGIS得到土地利用转移矩阵,分析得出建设用地扩张是造成耕地流失的最大因素;②采用GeoSOS集成的ANN-CA模型,以低速扩张的模式预测2020年建设用地空间分布格局;③利用ArcGIS空间分析功能,将建设用地预测图与2009年耕地现状图进行重叠分析,提取耕地预警区域.预警总面积为931.86 hm～2,占2009年耕地总面积的37.88%,耕地与建设用地之间存在尖锐矛盾.因此,相关部门可根据预警区域的地理位置和面积大小,采取补偿措施,以此协调城市发展和耕地保护之间的矛盾.     

城市化背景下双流县景观格局变化特征及趋势预测

以成都市双流县为研究区,景观生态学为理论支持,在GIS技术支持下,分析了双流县2007~2009年间景观格局变化特征,并利用Markov-CA模型对研究区2015年土地利用空间格局进行预测.结果表明,在研究期间,双流县景观格局变化特征为:整体景观呈现破碎化趋势,斑块密度增加,平均斑块面积减少.其中,城市建设用地面积增加,建设用地斑块呈现聚集现象,绿地面积减少,绿地斑块呈现破碎趋势,绿地斑块数量上升,平均斑块面积下降.利用Markov-CA模型,选用5×5滤波器作为邻域,能够较好的模拟研究区景观格局动态.预计2015年,双流县北部和西南部区域受城市化影响较大,研究区中部和东南部地区在未来保护全县生态平衡中具有重要作用.     

干热河谷典型区元谋县土地利用变化与动态预测

土地利用类型格局变化对于区域经济以及资源可持续发展规划有着显著的影响作用.基于遥感(remote sensing,RS)和地理信息系统(geographic information system,GIS)技术,应用土地利用动态度、土地利用程度指数、土地利用转移矩阵、CA-Markov模型对干热河谷典型区元谋县1990-2020年土地利用变化及2020-2025年的土地利用发展趋势进行了分析.结果 表明:1990-2020年30 a间,元谋县的草地、水域、城镇用地面积增加,林地、耕地、未利用地面积减少,其中城镇用地面积增加速率最大;整体上,元谋县的土地利用变化速度较快,土地利用程度有所提高,但土地利用程度仍处于中等水平;各种土地利用类型在近30 a转换频繁,主要以草地转入,耕地转出为主;CA-Markov模型预测结果表明2020-2025年期间元谋县除草地、林地、水域、其他用地面积呈现下降趋势外,未来耕地、城镇用地面积有所增加,其中城镇用地面积在未来5年内的增长速率为11.05％,预测模型的Kappa系数为0.92,说明模型结果和转换规则可信度较高.研究结果可为元谋县土地资源管理与合理利用提供科学依据.     

基于CLUE-S模型的拉萨市土地利用情景分析

选取拉萨市城区作为研究对象,结合拉萨市相应的城市规划政策与土地利用变化趋势,制定了自然增长、经济发展和生态保护三种土地利用需求情景策略.结果表明:2001年和2008年两期的模拟总体精度分别为83.27%和79.26%,且Kappa指数均大于0.75,证明CLUE-S模型针对拉萨市的土地利用情况具有较好的拟合程度;到2022年拉萨市耕地面积持续下降,建设用地逐年增长,且林地和草地面积在不同的情景中均有微弱的增加,水体与未利用地相对变化较小,三种模拟情景中,研究区西部及东部变化较为明显;拉萨市建设用地扩张是景观破坏的主要原因,倡导"低碳、环保、绿色"的旅游生态旅游模式才是未来实施可持续发展的主旋律.今后政府相关决策部门可利用研究结果为拉萨市的土地可持续性发展管理提供有力的决策支持.     

VPAUI指数监测中部城市群2001年～2013年建设用地扩张——以武汉、长沙和南昌为例

提出一种采用植被物候校正的指数VPAUI,并将其应用于中部城市群的建设用地扩张监测.首先利用植被物候参数对NTL数据进行去饱和处理并构建VPAUI,然后建立建设用地丰度和VPAUI的线性关系模型.以中部城市群的3个省会城市武汉、长沙和南昌为研究区域,利用VAPUI指数进行长时序的监测.结果表明,利用VPAUI提取的建设用地丰度能更好地解决夜间灯光强度饱和现象,能有效辨识出城市扩张的热点区域.在2001年～2013年间,武汉和长沙新增建设用地面积相当,扩张速度由慢变快,发展迅速,南昌建设用地扩张面积偏少,扩张速度由快变慢,发展滞后于武汉和长沙.     

土地利用动态变化定量模拟方法的适用性评价

随着土地利用变化定量模拟模型的不断增加,模型的适用性也成为土地利用变化研究的重要问题之一.本研究选取林地和草地动态变化的典型区为研究案例,分别应用CLUE模型、元胞自动机模型和DLS模型3类模型模拟了不同典型区土地利用变化过程.然后依据采用人机交互解译方式提取出的土地利用数据,进行叠加分析,基于各类型正确模拟的栅格数除以该类型总栅格数,分别从栅格尺度和县域尺度,以对不同典型区土地利用变化过程模拟结果进行精度验证,从而综合评价不同类型土地利用变化过程模拟模型的适宜性和精度.结果表明,在对单种用地类型进行土地利用模拟,特别是建设用地的模拟时,元胞自动机模型的适宜度更高;对于综合模拟所有用地类型时,尤其是需要模拟林地和草地二级分类变化时,DLS模型和CLUE模型均可,但是DLS模型的精度相对较高;对于需要考虑土地转移的时间长短时,尤其是有林地形成,CLUE模型相对更为适宜.这些研究结论将为不同区域土地利用规划和管理决策者提供重要的信息参考.     

基于PSR模型的湘西州建设用地需求控制

湘西州社会经济快速发展进程中的建设用地需求不断扩张,供需矛盾日趋尖锐,确定合理的建设用地规模,对区域社会经济的可持续发展具有现实意义.运用系统工程学中的压力-状态-响应（PSR）模型,分析导致湘西州建设用地需求扩张的人口和固定资产投资压力机制,构建了建设用地需求的PSR模型.以此为基础,根据2000-2008年湘西州数据,确定湘西州2008-2020年建设用地需求控制规模为3 233 hm2.     

SLEUTH模型支持下的重庆市主城区城市扩展模拟

选取城市化速度较快和生态环境压力突出的重庆市主城区为研究对象,对该区域城区扩展进行模拟与预测.以研究区1988年、1993年、2000年、2007年4期遥感影像及城市规划图等为数据源,结合RS和GIS技术对数据进行处理作为模型输入数据,对SLEUTH模型进行校正获取适合研究区的最佳参数组合,进而对研究区1988～2007年间的城区扩展进行历史重构,并对该区域未来10年城区扩展情况进行预测.研究结果表明:首次将该模型应用到重庆地区,模型对研究区域的城区扩展模拟精度较高,未来10年该区域城市化速度有逐渐加快趋势,这与目前的土地规划决策、道路建设、经济结构及政策等因素密不可分.     

大连周水子地区海水入侵数值模型

针对大连市周水子地区滨海含水层的海水入侵状况,建立了一个非均质各向异性介质的三维变密度地下水数值模型.利用实际观测水位和浓度资料对模型进行校正和检验,以识别研究区含水层的水文地质参数.再利用校正和检验模型预测在考虑潮汐作用的条件下,研究区未来30年的海水入侵发展状况.预测结果表明,潮汐作用会加重研究区的海水入侵程度.本文模拟分析成果可为控制大连滨海地区海水入侵、实现地下水资源的合理配置提供理论依据.