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。

中国土地利用程度的区域分异模型研究

本项研究工作直接应用“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”项目和“中国资源环境数据库”取得的最新数据和资料，研究并提出了土地利用程度综合指数计算方法和指标体系，在此基础上，全面分析了影响中国土地利用程度变化的自然环境因素和社会因素，分析了中国土地利用程度的区域分异规律，提出了中国土地利用程度的“极地”模式，并建立了中国土地利用程度的经度、高程模型。

国家资源环境信息共享研究

国家资源环境数据库与共享平台建设，包括自然要素、人口、环境可持续发展属性数据库与空问数据库实体建设和全球数据库空间集成；模型研究与模型库建设；资源环境元数据管理、数据压缩、数据安全、软件研制；建立国家资源环境数据库网站。此项研究将开发出Internet环境下高效、安全的数据集成和空间信息共享、知识传播的网络化运行系统。将为政府部门、研究机构提供资源环境领域的时空数据平台，对国民经济发展和地球科学研究有重要的支撑作用。

中国资源环境科学数据的发展规划

本文描述了中科院资源环境科学数据中心的建设情况,有助于读者对中国资源环境科学数据的发展增加认识和了解。

构建地球科学研究的时空数据平台

在统一的数据标准和规范下,系统集成了中国陆地表层的自然要素的空间数据库群及人口和社会经济空间数据库及其元数据库。研究空间数据集成的尺度效应与尺度转换、空间数据挖掘的算法与工具等关键技术。为地球陆地表层过程的基础研究提供了时空数据平台,为海量的资源环境时空数据共享提供了技术上的支持。

中国特大城市空间形态变化的时空特征

基于国家资源环境数据库动态土地利用数据,借助GIS软件支持,分别计算了1990年和2000年中国31个特大城市平面轮廓形状的分维、紧凑度和形状指数以及城市的用地扩展类型。结果表明,从1990年到2000年,中国31个特大城市空间形态的总体变化趋势是,城市用地空间扩展类型以填充类型为主,外延类型相对较少且主要发生在发展限制较小的平原地区。总体上,分维呈减少趋势且南方城市大于北方城市,形状指数有减少,城市空间形状有紧凑化趋势。综观1990年和2000年中国31个城市的分维、紧凑度和形状指数的数据,可以看出广州、南昌、济南、成都、北京和上海等城市形状变化比较大,而兰州、太原和唐山等城市形状变化很小。若用地扩展为填充类型,则分维减少,紧凑性增加,形状指数减少;相反,若用地扩展为外延类型,分维增加,紧凑性降低,形状指数增加。

凸壳原理用于城市用地空间扩展类型识别

针对目前尚缺乏定量方法确定城市用地扩展类型的问题,首次提出了利用计算几何中凸壳原理识别城市用地扩展类型的新方法,阐述了该方法实现步骤和判别标准,凸壳方法可以区分城市用地扩展的两种类型,即填充类型和延伸类型。基于国家资源环境数据库,应用研究的结果表明,从1990年到2000年,安徽省城市用地扩展类型以填充类型为主,而用地扩展的结果导致城市形态的变化,这一时期安徽省城市轮廓平面形态逐渐趋于紧凑。

20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析

在土地利用变化时空信息平台的支持下 ,本文对我国 2 0世纪 80年代末到 90年代末的土地利用变化过程进行了全面分析 ,揭示了我国 10年来土地利用变化的时空规律 ,分析了这些规律形成的主要政策、经济和自然成因。研究表明 ,2 0世纪 90年代 ,全国耕地总面积呈北增南减、总量增加的趋势 ,增量主要来自对北方草地和林地的开垦。林业用地面积呈现总体减少的趋势 ,减少的林地主要分布于传统林区 ,南方水热充沛区造林效果明显。中国城乡建设用地整体上表现为持续扩张的态势。 90年代后 5年总体增速减缓 ,西部增速加快。 2 0世纪90年代我国的土地利用变化表现出明显的时空差异 ,政策调控和经济驱动是导致土地利用变化及其时空差异的主要原因。据此 ,本文提出在今后的全国土地利用规划中 ,应充分考虑我国现代土地利用变化的区域分异规律。同时 ,在生态环境恢复与建设规划中也应强调自然地理地带的针对性 ,同时要改变传统的资源规划与管理思路 ,在基础设施日益完备的条件下 。

1990～2000年中国土壤碳氮蓄积量与土地利用变化

基于2473个土壤剖面资料和1980年代末～1990年代末陆地卫星TM影像分析中国1990～2000年林地、草地、耕地之间的土地利用变化对土壤碳氮蓄积量的影响.IPCC建议的国家温室气体清单方法计算表明从1990～2000年中国林地、草地、耕地土壤(30 cm)有机碳氮库分别损失了77.6±35.2 TgC(1Tg=106 t)和5.6±2.6 TgN,年均损失约7.76 TgC/yr和0.56TgN/yr,其中耕地土壤碳库分别增加了79.0±7.7 TgC和9.0±0.7 TgN,草地土壤碳氮蓄积量分别损失了100.7±25.9 TgC和9.8±2.2 TgN,林地土壤碳氮蓄积量分别损失了55.9±17.0TgC和4.9±1.1 TgN.同时根据中国6大行政区林地、耕地和草地之间的相互转换面积、土壤有机碳氮密度的变化率进行估算,表明土壤(30 cm和100 cm)有机碳氮蓄积量分别损失了53.7 TgC、5.1 TgN和99.5 TgC、9.4 TgN.由于中国不同地区土地利用变化的空间格局差异显著,从而导致东北地区土壤碳氮蓄积量变化较大,而华东地区变化较小.

中国城市形状的时空变化

基于国家资源环境数据库动态土地利用数据,计算了1990年和2000年我国31个大城市的形状指数。结果表明,从1934年～1990年的56年间城市形状从紧凑趋于非紧凑、分散;而在1990年～2000年10年间,由于受到城市建设用地控制增强的影响,城市形状趋于紧凑。从1934年～1974年间,在20个可比较的城市中有14个城市形状指数增加、6个城市形状指数减少。从1974年～1990年间,在22个可比较的城市中各有11个城市的形状指数增加和减少。从1990年～2000年间,31个城市中有11个城市的形状指数增加、20个城市形状指数减少。一些城市的形状指数在不同时间段变化十分剧烈。例如,兰州市是在1934年～1974年间形状指数增加最多的城市,而在1974年～1990年阶段则形状指数减少最多的城市。同样,武汉和昆明则是在1974年～1990年阶段形状指数增加量最大的城市,而在1990年～2000年阶段则是形状指数减少量最大的城市。这或许说明在城市规划和城市建设中,有时人们还未真正认识到城市形状的重要性,往往只有当城市形状变化到严重地影响人们的生产、生活和环境时,才发现形状存在的缺陷。

GIS环境下基于DEM的中国流域自动提取方法

应用地理信息系统平台 ,建立基于水文站网和水资源信息的空间化水循环数据库是研制开发全国水循环信息管理系统的关键和基础 ,为了与全国水文站网的观测资料相匹配 ,水循环数据库的结构将按流域组织 ,因此快速、有效地自动提取全国流域是所有工作进展的前提。为了从数字高程数据中自动提取全国流域 ,以提高基于GIS的全国水资源信息获取的效率 ,从DEM的特性出发 ,提出了一种从DEM中自动提取全国流域的实用方法。该方法利用 1:2 5万DEM数据 ,首先将全国流域划分为 14大流域片 ,并在每一流域片内分别提取流域。提取过程如下 :首先对DEM数据进行填洼和削峰 ,然后确定每个栅格单元的水流方向 ,再根据各栅格单元的水流方向 ,计算出每个栅格单元的汇流能力 ,根据汇流能力采用阈值法确定河流网络 ,最后通过河流网络和流域出水口 ,快速识别出所有子流域。另外 ,还给出了利用GIS软件ARC/INFOGRID提取全国流域的AML程序代码 ,并以海河流域作为实验区将抽样测量结果和自动提取结果进行了实验对比分析 ,其结果表明利用该方法提取的流域数据与利用手工方法绘制的流域基本一致 ,证明该方法是有效的。

基于多时相遥感信息的中国农业种植制度空间格局研究

多熟种植是中国重要的种植制度,对保持和增加粮食产量和促进农村经济发展有重要意义。复种指数受自然条件和农村社会状况的影响处于不断变化之中,及时获取其变化信息对估计粮食产量变化及其原因和农业发展科学决策有非常重要的意义。中国地域辽阔,作物种植制度复杂多样,传统的统计方法不能及时满足政府获取种植制度变化的要求。卫星遥感是探测大尺度土地覆被格局及变化最有效手段,因此可以作为获取区域和全国尺度作物复种指数的一个重要途径。该研究探讨了应用多时相遥感数据定量表达全国种植制度信息提取的方法及可行性,采用峰值特征点检测法结合作物生长季相特征及农田管理特点(播种和收获)提取了中国农田的多熟种植信息,并与统计数据的复种指数进行比较验证,为进一步进行农业种植制度变化研究奠定了基础。

基于1 km格网的空间数据尺度效应研究

由全国 1∶10万比例尺资源环境遥感数据库生成的 1km格网土地利用 /土地覆盖成分数据 ,分析了依据面积最大原则生成 1km单一属性值栅格数据与原始成分类型数据之间的误差分布。研究了按照面积最大和中心属性值法从 1km栅格数据粗化为 4,8和 10km栅格数据过程中的误差分布特征 ,并探讨了地貌特征对这种尺度效应的影响。结果显示 ,1km单一属性栅格数据压缩了城镇及居民点的实际面积 (减少多于6 0 %) ,而增加了林地和旱地的面积 ;对于每单元栅格而言 ,各类型的面积误差 (成分面积与尺度转换后保留的单一类型面积之间的差值 )与相应尺度栅格范围内的土地利用复杂程度是对应的 ;由最大面积法的数据尺度转换引起的误差是随着尺度的增大而增加 ,而中心属性值法转换过程的误差呈现近似随机分布。应用面积最大法转换空间数据尺度中的误差分布受地貌类型的影响是显著的 ,水田与旱地面积在数据粗化过程中产生的误差在山地和丘陵区明显高于在其他地貌类型上的误差。

基于遥感和像元二分模型的内蒙古正蓝旗植被覆盖度格局和动态变化

以内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗为研究区,应用中国环境与灾害监测预报小卫星数据（HJ-1A CCD）及美国陆地卫星数据（Landsat ETM＋）,在充分考虑区域土壤和植被类型等背景基础上,先后使用了MNF、二维散点制图以及PPI方法,得到具有时空针对性的纯净像元;以此为基础,运用像元二分模型计算得到研究区植被覆盖度空间分布数据;最后,结合研究区其它权威土地覆被和土地利用（LUCC）数据,对比分析了本研究所得的植被覆盖度数据精度,评价了2000~2009年间区域植被覆盖度动态变化过程,指出本区在实施有关生态工程后植被覆盖度恶化趋势得到遏制。研究结果证明,在锡林郭勒盟正蓝旗地区应用像元二分模型计算植被覆盖度的方法是简洁且有效的。

中国林地资源时空动态特征及驱动力分析

该文在 3S技术支持下 ,利用中国资源环境数据库中 1985、1995和 2 0 0 0年 3期全国林地空间分布数据 ,通过建立林地资源时空演变模型 ,从时间序列和空间尺度上探讨了 1985— 2 0 0 0年中国林地资源动态变化的时空过程和内在动因 .结果表明 :1985— 2 0 0 0年全国林地面积总量出现较大幅度的波动 ,其中 2 0世纪 90年代前期林地净增加2 2 2 63万hm2 ,主要是由于灌木林和疏林地的增加所导致 ;90年代后期林地总量呈减少的趋势 ,但有林地却净增加84 56万hm2 .全国林地资源的动态变化空间分异明显 ,其中东北大小兴安岭、长白山 ,西南地区以及东南沿海地区以林、草、耕地相互转换为主 ;四川盆地和东南丘陵以林地、耕地相互转换为主 ;华北、黄土高原农牧交错带以林地、草地相互转换为主 .从全国来看 ,90年代林地面积呈现总量减少的趋势 ,减少的林地集中分布于传统林区 ,其中东北地区林地面积净减少最多 ,其次为西南地区 .而在造林区林地面积净增加最多的为东南地区 ,以福建。

近10年来中国农村居民点用地时空特征

利用20世纪90年代中国1:10万土地利用动态变化数据,利用单元自动机和人工神经网络模型对中国农村居民点用地进行了区划。在此基础上,研究了90年代中国农村居民点用地动态变化时空格局。研究表明,农村居民点用地受区域位置、经济发展和国家政策的影响。90年代前5年,受沿海开放政策和经济高速发展的影响,长江三角洲、珠江三角洲和华北平原农村居民点用地扩展较快,中西部地区农村居民点用地扩展较慢;90年代后5年,在沿海地区经济发展速度放慢和国家实施耕地资源保护条例的情况下,沿海地区农村居民点用地扩张受到抑制,西部地区扩展加快。90年代中国经济体制处于由计划经济向市场经济转轨的过程中,农村居民点用地的动态变化格局受到经济发展和土地利用政策的深刻影响。

Voronoi图用于确定城市经济影响区域的空间组织

确定城市经济影响区域的空间组织是一项十分复杂的工作,在区域规划和城市规划中有着重要的理论和实际意义.目前,通常是利用数理统计的方法进行城市的分级,并以此来确定区域中的中心城市,未充分考虑区域空间中城市之间的竞争关系;确定城市经济影响区域时,往往采用断裂点公式来划定两两城市之间的分界线,当城市的数量较多时,这种方法有困难且工作十分繁杂.本研究提出可以用Voronoi图来确定各级城市的空间影响区,并利用Voronoi多边形邻居关系的性质来确定城市体系中不同等级城市之间的空间组织关系.

一种新的构建Voronoi图的栅格方法

鉴于构建复杂发生元的 Voronoi图的矢量方法的困难性 ,提出了一种新的栅格方法 .该方法是通过确定每个栅格的归属来定义 Voronoi区域 .为了减少计算时间 ,设计了一种搜索某个栅格所属最近发生元的方法 ,它是根据对于该栅格而言发生元栅格所处的象限位置来计算的 .利用了地理信息系统软件 Arc/Info的功能模块 Grid来实现矢—栅数据、栅—矢数据的转换和图形显示 .该方法是实现发生元为任意复杂图形的 Voronoi图的一种有效方法 ,与矢量方法相比只有一个栅格的误差 ,其计算机时随着栅格变小而增加 ,但随着发生元所占栅格数量的增加而减小 .

SARS控制与预警地理信息系统的研制与应用

针对中国当前非典型肺炎 (SARS)疫情防治工作的迫切需求 ,作者基于其在地理信息科研领域具有大型国产GIS软件平台 (SuperMAP)及其在辅助决策空间信息模型工具等方面的科研优势 ,紧急研制了“国家SARS疫情控制与预警信息系统”。该系统由 5个子系统构成 ,是一个将空间定位、空间信息管理、空间信息分析技术和通信技术进行有机的整合 ,形成了前后端一体的SARS疫情实时传输、处理、分析和分布完整的信息系统。在SARS疫情的信息采集、管理、分析及其防治与监控措施的发布等方面发挥了重要的作用。