数据驱动的国土空间规划:理论、范式及趋势

研究目的:从“新数据”与国土空间规划之间的关系出发,分析数据驱动规划的理论基础、基本概念、逻辑体系、主要范式、本质特征,以期为构建面向未来人与自然和谐共生的中国式现代化国土空间治理新格局提供理论参考与决策依据。研究方法:文献研究法和系统分析法。研究结果:(1)数据驱动规划是一种通过模型、算法实现多源异构数据的获取筛选、分析挖掘、模拟预测,实现国土空间规划全流程、全链条、全方位定量化的重要模式方法,具有系统性、科学性、实质性等“3S”特性;(2)数据驱动规划遵循基于“总量—增量—存量—流量—质量”过程优化的自然空间、基于“流态—业态—形态”多维复合的社会空间、基于“数字化—智能化—智慧化”技术支撑的数字空间三大逻辑体系;(3)数据驱动规划可划分为全要素协同驱动、多时空尺度驱动、全生命周期驱动和多元化场景驱动4种范式,其本质是以数据要素为核心与纽带,有效链接和无缝衔接自发生长型规划和人为引导型规划,是一种追求人与自然和谐共生的规划,并呈现出全面感知、适应学习、反馈治理等主要特征。研究结论:面向未来数字技术发展趋势,应加强“大数据”和“小数据”以及“新数据”和“老数据”之间的结合,“真数据”和“伪数据”之间的鉴别,以提高数据驱动规划的全面性和有效性;此外,应加强“生成”与“构成”以及“传统”与“新兴”之间的结合,以进一步体现数据驱动规划“以人为本、和谐共生”的核心价值和终极目标。

基于土地利用变化的忻州市生态格局时空变化分析

为了厘清改革开放以来忻州市各类生态系统及生态系统格局的时空特征,使用忻州全市1980、2000、2018年的土地利用和覆盖(LULC)二级分类数据,经过土地转移矩阵和景观格局指数计算,探讨分析了忻州市改革开放以来近40年的LULC及格局的长时间序列时空变化特征,以揭示忻州市的生态环境变化态势。研究区近40年来以城镇用地和其他建设用地增加为主,其他各类减少,城镇化和人口增长带来的土地和生态压力主要集中在草地、耕地以及湿地上;其中2000—2018年的变化更剧烈,人类活动对自然的干扰加剧,但同时在这一阶段已经开始了森林、湿地的保护,开展经济发展与生态文明同步建设。

库姆塔格沙漠及周边地表覆被变化监测

[目的]研究库姆塔格沙漠及周边区域地表覆被变化状况。[方法]通过遥感技术对库姆塔格沙漠及周边区域的地表覆被变化状况进行监测,并对该区1990年代、2000年代和2010年代的TM影像进行处理和分类,而后应用ArcGis软件对3期数据进行对比分析。[结果](1)该地区植被面积一直在增长,但仍然占很小比重,戈壁与裸地则占很大比重;(2)沙漠面积经历一个先增长后减少的过程,总体仍是增长;(3)湿地的稳定性最差,湿地的变动取决于水分的积聚与流失。[结论]人类已经着手改善该地生态环境,并取得一定效果。山地和库姆塔格沙漠南缘是绿化和防沙治沙的重点区域。

真空碳酸盐法焦炉煤气脱硫工艺优化

根据焦化厂脱硫现状,对脱硫系统及相关工序的工艺流程进行优化,对相关设备进行改造,使脱硫工序的开工率大幅度提高,硫产量得到大幅度提升。

1987-2015年京津冀西北水源涵养区生态格局时空变化

为厘清京津冀西北水源涵养区的生态系统格局现状、变化及各生态系统景观格局的现状和变化,本研究利用1987、2000和2015年3期土地覆被数据,使用土地转移矩阵分析方法对3期的生态系统空间分布变化进行分析;使用景观格局指数对京津冀西北水源涵养区整体尺度的19个生态系统类别景观格局和各区(县)尺度的6大生态系统景观格局进行分析。结果显示,该区域主要生态系统变化有农田转变为森林、聚落和草地、湿地转化为农田。其中森林和聚落分别增长4511.65 hm^2(0.56%)和34264.81 hm^2(42.21%),草地、农田和湿地分别下降23572.20 hm^2(2.37%)、8518.98 hm^2(0.47%)和6747.53 hm^2(4.33%)。森林增长和城市化扩张的最终压力转化到草地和湿地上;聚落和农田等人为扩展和演变使得原有的草地和湿地等生态系统被切割和挤压,致使该地区景观格局愈加破碎化和多样化。

基于遥感指数的赤水桫椤保护区保护成效研究

基于赤水桫椤保护区保护成效的需求,本研究应用遥感解译技术对贵州赤水桫椤国家级自然保护区1993年至2015年之间的生态系统保护成效进行分析研究。本项研究首先建立保护成效评价指标体系,选用地表覆被、植被指数和水体指数指标表征生态系统变化。研究采用1993年和2015年的Landsat数据,对其进行分类解译处理,分析保护区地表覆被、归一化植被指数(NDVI)、归一化水体指数(NDWI)变化情况,分析保护区的生态系统保护成效。研究结果表明,研究区近几年地表覆被变化总体呈现良性态势,农田裸地转换为森林的面积逐步增加,保护区西部植被覆盖率与水体指数明显增强,保护区的保护成效整体显著。

土地利用强度研究进展、瓶颈问题与前景展望

本文综述了近50年来土地利用强度概念、驱动机制、方法和关键问题的发展演变,将其划分为3个研究分支:1)基于人口密度计算人类活动强度的研究;2)以传统的投入和产出强度方法为代表的研究,以及由此发展而来的复种指数、τ因子方法和技术效率方法等;3)以基于物质和能量的社会经济流通机制的土地利用强度概念模型和HANPP(human appropriation of net primary production)指标为代表的研究。针对土地利用强度研究,呈以下趋势:人口密度作为衡量土地利用强度的指标逐渐被以物质和能量社会经济流通机制为基础的土地利用强度概念模型所取代;土地利用强度评估方法也由指标构建研究倾向于解决不同自然环境下指标评估比较的关键技术与瓶颈问题,即人为与自然影响的区分;遥感数据和方法在人为活动定量识别研究中展现出巨大应用潜力和价值,可以作为土地利用强度评估方法瓶颈的突破点;农、林和草牧业等土地利用类型的强度变化机制研究极不均衡。因此,构建均衡发展的土地利用强度评估机制和指标技术体系成为未来土地利用强度研究的必然趋势。

冀西北地区不同生态系统枯落物的水文效应

[目的]揭示不同植被生态系统枯落物水文效应的差异,为张家口地区生态空间格局优化提供支撑。[方法]基于样地调查和统计分析方法,分别对冀西北地区张家口市森林、农田和草地3种生态系统的枯落物在生长季末期持水能力及其与生物量之间的关系进行分析。[结果]①森林生态系统枯落物的最大持水量(30.7t/hm^2)、有效拦蓄量(22.97t/hm^2)、有效拦蓄率(187.49%)和吸水速率(5.84g/h)4个指标均优于其他两类生态系统。②草地枯落物的各项水文指标均值皆高于农田,最大持水率甚至高于森林生态系统。③枯落物生物量与其最大持水量和有效拦蓄量呈显著正相关关系,而枯落物占生态系统总生物量的比例随总生物量增加呈幂数下降。[结论]如果造林营林方式正确,森林生态系统能够提升区域水源涵养水平,同时草地的水源涵养能力不容忽视,市域内大范围的耕地向草地扩展,将直接影响区域的水源涵养能力。以生物量表征的生态系统固碳能力与枯落物蓄水所反映的水源涵养能力之间的响应关系在生态系统不同尺度下具有不同的表现,在对区域生态空间格局进行优化时,需明确特定环境下不同生态系统类型枯落物的水源涵养能力及其变化对其他生态服务功能的影响,从而实现各生态系统平衡发展。

结合LBP变换的GF影像纹理特征提取

为了更好地提取高分辨率影像的纹理特征,该文以GF-1影像为实验对象,引入局部二进制模式(LBP)算子增强图像纹理信息,并且结合灰度共生矩阵计算图像纹理特征。实验通过使用3个不同的半径参数的LBP变换对GF-1影像的全色波段做计算,然后分别将此计算结果加入影像分类过程中。3种分类均采用相同尺度的面向对象分类方法、相同的训练样本和测试方法。最终结果显示,半径参数为3个像元的LBP变换提高分类精度幅度最大,参数为1个像元的没有提高分类精度,参数为2个像元的分类精度居中。实验表明,使用LBP变换能够很好地提取纹理信息、帮助分类,但需要找到合适的半径参数。

冀西北水源涵养区不同类型人工针叶林生态功能差异性评估

人工造林被认为是增加碳汇、保持水土和提高水质最有效的方法之一,造林林种的不同将产生不同的生态效应。通过调研土壤、气象及生态化学计量参数等对CENTURY模型进行本地化,模拟冀西北水源涵养区主要针叶造林树种[落叶松(dahurian larch)、油松(pinus tabulaeformis)、侧柏(oriental arborvitae)和樟子松(Pinus sylvestris var.mongolical)]的生态效应,并结合文献数据评价模型拟合精度。模型模拟结果显示:与幼龄林相比,落叶松、油松、侧柏和樟子松中龄林的土壤C、N、P总储量分别增加了3.37%、3.98%、2.84%和1.82%,土壤含水量增加了151.25%、73.62%、41.83%和94.98%。不同林种两个林龄平均蒸发量比较显示,落叶松(338.85 mm)<油松(399.86 mm)<侧柏(400.52 mm)<樟子松(401.82 mm)。落叶松可以作为水源涵养区造林的优选树种。樟子松和落叶松具有较强的N、P吸收能力,建议在农业污染的下游区域推广樟子松和落叶松的种植。