基于GeoSOS模型的金华市土地利用变化动态模拟

为进一步认识土地利用/覆盖变化的内在机制和政策宏观调控的理论依据,以金华市为例,选取GeoSOS中ANN-CA,DT-CA,Logistic-CA共3种元胞自动机模型,建立转换规则,并基于2000年、2010年和2020年3期土地利用专题信息开展动态模拟,通过对比3种模型并选取性能最优者预测金华市2030年土地利用情况.结果表明:1)ANN-CA,DT-CA,Logistic-CA模拟的Kappa系数分别为0.801,0.798,0.800,误差较小且均能正确反映金华市土地利用变化;2)模型内部机制不同使所得结果存在一定的差异,综合模拟时间、精度和效果考虑,最优模型为Logistic-CA;3)预测得到的金华市2030年土地利用表明,2020—2030年间,城市扩张趋势与前10年保持一致,进一步向中部地区延伸.利用GeoSOS对金华市土地利用变化进行模拟及预测,能够直观地反映城市扩张现状及未来发展趋势,可以为地区发展规划提供决策支持.

基于GeoSOS的城市扩展模拟——以旅顺口区为例

运用MCE-CA和Logistic-CA两种基本的元胞自动机模型作为理论模型，考虑边界到市中心、镇中心、铁路和主要公路等作为区位因素的空间距离约束条件，以及地形和禁止建设区作为区位因素的全局限制约束条件，在地理模拟优化系统（ Geographical Simulation and Optimization System ，GeoSOS ）的支持下，对1990～2000年和2000～2010年辽宁省大连市旅顺口区的城市空间扩展进行了模拟，并取得较好效果。结果表明，MCE-CA模型的Kappa系数分别为0．71和0．64，Logistic-CA模型分别为0．54和0．55，两者均达到较好的模拟精度；MCE-CA模型适用于主观变量较多的CA模型，Logistic-CA模型更适合于客观因素较多的CA模型；利用合理的CA模型模拟旅顺口区城市未来土地利用变化，可为今后的土地规划以及制定有效的土地管理措施和方针政策提供依据。

基于GeoSOS的乡村工业化地区土地利用变化模拟分析——以河南省长垣县为例

运用ENVI 4. 8,ArcGIS 10. 0和GeoSOS软件对长垣县1995—2004,2004—2014年两个时段内土地利用变化过程进行模拟分析,结果显示:(1)两个时段内土地利用变化均呈现区域性差异,且变化剧烈的区域主要集中在长垣县东南部和东北部区域;(2)城乡用地规模在两个时段内表现出不同的扩张趋势,其中2004—2014年间空间扩张趋势更显著。基于2004—2014年城乡用地转化速率进行的预测显示,长垣县未来10年土地利用变化主要向东南、东北两个方向扩张,其中乡村工业发展基础、乡镇规划、交通可达性和地理区位对未来城乡用地空间发展具有一定促进作用。

基于GeoSOS模型的大范围城市扩张模拟分析——以四川省为例

城市扩张是一个复杂的过程,元胞自动机(CA)模型是动态模拟城市扩张的重要工具,也是城市扩张的研究热点。传统研究主要集中在对某一个城市或者城市的某一个区域的城市扩张情况进行模拟分析,而对于大范围的城市扩张模拟分析研究存在不足。本研究以四川省2000年、2010年和2018年遥感数据和土地利用数据为基础,首先结合土地利用转换分析讨论四川省的城市扩张来源,然后结合GeoSOS平台,利用DT-CA模型和Logistic-CA模型,考虑空间限制因素和影响因素,对四川省城市扩张过程进行模拟,再利用综合评价较高的模型对四川省2025年城市扩张情况进行预测。结果发现,四川省的城市扩张主要以耕地转换为城镇用地为主,其城市扩张主要集中在东部,东部的扩张主要集中在四川盆地内;两个模型都可以对大范围的城市扩张进行模拟,且模拟结果的kappa系数均在0.6以上,模拟效果较好,通过综合比较,DT-CA模型更佳;四川省2025年城市扩张预测结果和现阶段的城市扩张方向和主要扩张地区大体趋势相同。利用合理的模型,对大范围的城市扩张情况进行模拟分析,可以为今后的地区发展规划提供决策支持。

基于耦合地理模拟优化系统GeoSOS的农田保护区预警

依据农田保护区规划与城市发展模拟相耦合的新思路,开展农田保护区预警研究。以广东番禺为实验区,首先利用基于多智能体的空间优化配置模型(AgentLA)自动生成农田保护区范围。AgentLA模型能避免产生分散、破碎的空间格局,有利于保护区的管理和维护。通过地理模拟优化系统GeoSOS中的神经网络CA模型对研究区2025年的城市发展格局进行三个情景的模拟:低速增长情景、基准情景和高速增长情景。最后利用GIS空间分析方法将预测结果与农田保护区相结合,提取农田保护与城市扩张产生冲突的区域。总体上,冲突的严重程度随着空间上城市扩张强度的增大而加剧,高速增长情景中冲突区域的面积较大。冲突区域的存在一方面说明了农田保护区需要相应的法律、法规支持,否则可能会因城市扩张而被侵占;另一方面也反映了农田保护与地区发展之间的冲突。因此,可以根据所提取的冲突区域面积大小、空间位置等特征,采取某种形式补偿,以此取得农田保护与地方利益之间的平衡。

基于FLUS-ACO模型的农村居民点布局模拟与优化:以张家界市为例

对农村居民点用地进行合理规划对于平衡城乡用地矛盾具有重要意义。以张家界市为例,首先运用地理信息系统(geographic information system,GIS)分析方法分析农村居民点空间分异特征;其次从区位交通、自然环境、社会经济三个方面选取了与公路、河流、学校、医院的距离、高程、温度和降水等14个指标,运用未来土地利用模拟(future land-use simulation,FLUS)模型在自然发展情景下预测2025年、2030年和2035年土地利用状况;最后提取2030年农村居民点用地数据,基于地理模拟与优化系统(geographical simulation and optimization systems,GeoSOS)平台运用蚁群优化算法(ant colony optimization,ACO)进行空间布局优化,采用景观格局指数量化分析优化前后变化并给出建议。研究发现:①张家界市农村居民点近几年用地增加但聚集度减小,布局总体表现出“中东部密,西北部疏”的分异特征,破碎化明显,需要进行科学合理规划;②农村居民点的分布密度分别为永定区>慈利县>武陵源区>桑植县,布局模式按基本形态可划分为团状、带状、零散和组团模式;③FLUS模型预测2025年、2030年和2035年农村居民点规模通过精度验证,在2025—2035年间由扩张趋于平稳,局部密度增长但整体密度变化不大,形状与其他类型用地相比较为简单;④优化后农村居民点用地整体布局往地势平坦区域聚集,形态表现为“整体聚集、局部分散”,该研究可为区域农村用地布局规划提供技术支撑。

基于地理模型与优化的城市扩张与生态保护二元空间协调优化

协调城市扩张与生态敏感区保护之间的矛盾是当前我国新型城镇化建设中的一项重要任务,但基于传统供需平衡模式或历史惯性驱动模拟的城市规划布局可能导致一系列潜在的生态环境问题。根据城市发展具有历史惯性驱动和空间规划引导的双重特性,提出将地理模拟与优化(Geographical Simulation and Optimization Systems,简写为GeoSOS)等复杂GIS空间分析技术引入规划决策分析。通过利用最小累积阻力模型获取生态敏感区保护压力格局,并利用元胞自动机模型进行城市扩张模拟,分析城市惯性扩张模式对生态敏感区的潜在影响;然后根据生态敏感区保护和城市空间扩张的协调性发展目标进行生态适宜性评价,进而利用蚁群智能空间优化配置模型产生一种优化的城市空间布局方案。研究以我国珠江三角洲地区的广州市为案例,详细分析了基于GeoSOS的城市扩张与生态保护的协调决策过程。结果表明,整合了城市发展惯性与生态敏感区保护双重目标的空间优化布局方案,比单纯基于地理模拟进行规划布局更符合生态型城市建设需求,研究所提出的城市与生态二元空间协调分析框架可为城市规划提供可靠的定量决策支撑。

黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化及预测

为探究黄土丘陵区土地覆盖和生物多样性功能演化,评价生物多样性保护视角下的最优生境,研究以宁夏彭阳县为研究区,1995、2000、2005、2010、2015年的Landsat TM影像为基础数据,集成3S技术获取土地覆盖时空动态变化特征,采用陷阱法于2012和2013年6—8月在研究区灌草混交林地、乔灌混交林地等6种不同生境内采集地表甲虫样本数据,利用InVEST-Habitate Quality模型评价生物多样性功能,结合采样数据探究最佳生境,借助CA-Marcov模型模拟研究区2020年土地覆盖及生物多样性功能。研究结果表明:(1)1995—2015年彭阳县土地覆盖及生物多样性功能发生显著变化,未利用地减少,城镇用地快速扩张,生境中天然封育草地和水平农田地变化明显,研究期间生物多样性功能经历了退化-优化的转变,2015年最佳;(2)模拟2020年土地覆盖中的水平农田地、城镇用地等较2015年有显著变化,生物多样性功能提高;(3)灌草混交林地是彭阳县生物多样性功能保护的最优生境,生境中固有的"88542"水平沟整地措施可作为当地典型生态恢复的最优模式;(4)InVEST模型和CA-Markov模型综合利用,普适性及准确性较好,研究区水平沟、鱼鳞坑、"88542"等水土保持工程和退耕还林还草、生态功能区划等生态恢复策略的实施和建设成效显著。

基于CA模型的重庆市沙坪坝区土地利用变化模拟

该文以重庆市沙坪坝区为研究区域,借助Geo SOS平台,采用2004、2006年的土地利用、道路、镇政府点、高程数据,利用基于Logistic—CA模型方法对土地利用变化进行模拟研究。结果显示,CA模型模拟土地利用变化与实际土地利用类型面积相差不大,具有较高精度。在城市规划与区域发展情景和生态环境保护管理情景2种管理情景下,未来的重庆市沙坪坝区城市建设用地将持续增加,城市建设用地对具有重要生态功能的林地威胁较小,但对非基本农田之外的耕地或农田占用较多。

休旅介入影响下村镇土地利用变化模拟分析——以重庆市永川区南大街街道为例

根据南大街街道2006—2012年和2012—2018年2个时段的遥感影像和土地利用数据资料,通过ENVI、GIS等软件采集其特征要素并进行量化,运用Geo SOS软件并根据MCE-CA模型进行演变过程模拟分析。根据整个时段模拟结果,预测南大街2024年土地利用变化情况,其用地拓展方向主要是城区部分南部和东南2个方向,对比南大街最新版规划发现,模型对于区域中心村和城区部分的发展态势模拟较准确,对于规划编制有一定参考价值。

基于ANN-CA的土地利用变化模拟应用研究

研究适用于流域土地利用变化模拟方法,基于元胞自动机原理,应用GeoSOS平台的ANN-CA模型对黑河中下游2000-2011年、2011-2017年两期土地利用状况进行模拟评价并分析,结果显示:①ANN-CA模型适用于模拟复杂的土地利用演化过程;②基于ANN-CA模型模拟的黑河中下游土地分类取得理想的模拟效果,模拟结果 kappa精度较好;③利用合适的模拟方法预测黑河中下游土地利用变化,以期为土地资源的保护和可持续发展以及相关规划编制提供参考依据。

城市扩张对生态控制线的影响——以广州市为例

以广州市为实证对象,利用元胞自动机模型,使用GeoSOS软件构建城市扩张动态模型,模拟广州市近几年的城市扩张动态,预测2017年广州城市扩张动态演变结果,最后利用GIS空间分析方法将预测结果与生态控制线区域相结合,提取生态保护区域与城市扩张产生冲突的区域,并对广州的城市发展提出指导性意见。

地理模拟优化系统(Geo SOS)在城市群开发边界识别中的应用

城镇化是一种复杂的地理时空演变过程,如何利用地理过程机制分析未来城市增长情景是实施科学空间规划的基础。针对复杂地理过程分析,我们在国际上较早提出了地理模拟优化系统( Geographical Simulation andOptimization Systems,GeoSOS)理论并构建了相应的技术解决方案。目前,统筹谋划城市、农业和生态三类空间并协调好城市开发边界与永久基本农田和生态保护红线的空间关系,是自然资源监管的核心工作内容之一。城市群作为今后我国城镇化推进过程中一种高级空间组织形式,研究和探索城市群开发边界的识别更是一项重要的规划科学命题。本文以长株潭城市群为例,阐述了GeoSOS 理论及其模型方法在城市群开发边界识别中的应用效果。研究表明,GeoSOS 是认知地理过程机制的有效理论和工具,可以为城市群开发边界识别提供重要的技术实现途径。然而针对复杂人地关系调控,今后GeoSOS 还需进一步改善,发展多尺度协同与多主题融合的精细化模型。

基于地理模拟优化系统的赞皇县用地演变模拟试验

以河北赞皇县"多规合一"试点项目为工作背景,利用地理模拟优化系统,基于ANN-CA转换规则对赞皇各类用地相互转化过程进行模拟试验,获取控制性参数,为未来赞皇国土空间规划提供决策依据。

“三规合一”服务的空间信息技术:地理模拟与优化

中国的国民经济和社会发展规划、土地利用总体规划以及城乡规划都是法定规划,但由于规划主体、技术标准和编制办法、实施手段和监督机制等的不同,导致"三规分离"、各个规划之间相互冲突的问题较为突出。虽然国家为了消除冲突,正在开展"三规合一"的有关工作,但缺乏有关技术手段的支持。本文以地理信息科学为出发点,对地理过程建模在国内外研究中的应用进行了总结,阐述了地理模拟与优化的框架体系可以成为目前中国正在进行的"三规合一"工作的重要理论和方法支撑。