基于GWR和改进CLUE-S模型的区域土地利用格局模拟研究——以浙江省桐庐县为例

本文以浙江省桐庐县为研究区,在CLUE-S模型空间分析模块的回归建模中,考虑驱动因子对土地利用格局影响的空间不稳定性,用GWR Logistic模型取代全局最小二乘法(OLS)Logistic回归模型来建立土地利用格局与其驱动因子之间的回归模型,实现了对CLUE-S模型的改进,并进行土地利用格局模拟的实证研究与模型比较。研究结果表明,运用GWR Logistic对CLUE-S模型进行改进,不但可以获得更高的模拟准确率,而且可以获得各驱动因子对土地利用格局影响的空间分异特征。同时,运用改进的模型定量地分析影响区域土地利用变化的内在机制,进行土地利用格局的动态模拟,预测土地利用未来变化的趋势,可以为桐庐县及其类似地区的土地利用规划决策提供科学依据。

生态网络约束下的长沙市景观格局模拟

以保护生态网络为目标约束景观格局模拟,对于促进区域环境保护和生态文明建设具有重要意义。以长沙市为例,基于生态网络识别结果,兼顾生态重要性和邻域空间特征,提出了一种生态网络约束下的景观适宜性修正方法,并借助CA-Markov模型模拟在生态网络约束下的长沙市2035年景观格局。结果表明:(1)长沙市共提取生态源地89个、生态廊道213条、生态节点87个,其中生态源地主要为东西部的大型山体,廊道沿主要河流、山体分布;(2)2035年长沙市景观类型依旧以林地为主,耕地减少较多,林地稍有增加,建设用地涨幅较大;(3)通过对比有无生态网络约束下模拟的2035年景观格局发现,两者景观指数与生态网络内林地占比率有较大差异,表明基于生态网络约束进行景观格局模拟可以重点保护生态关键区域、优化景观格局。研究结果旨在为长沙市国土空间规划、景观格局优化提供参考。

地理加权回归在区域土地利用格局模拟中的应用——以常州市孟河镇为例

以江苏省常州市新北区孟河镇为研究区,在土地利用格局模拟的回归建模中考虑驱动因子对土地利用格局影响的空间不稳定性,实现基于地理加权的回归分析模型,并与基于全局最小二乘法(OLS)的Logistic回归模型进行比较。研究结果表明,运用地理加权回归(GWR)的建模方法,不但可以获得更好的拟合优度和更高的拟合准确率,而且可以获得各驱动因子对土地利用格局影响的空间分异特征。同时,研究结果也可以为孟河镇及其类似地区的土地利用规划决策提供科学依据。

基于FLUS模型的农村居民点空间格局模拟--以江苏省东台市为例

随着中国城镇化进程的快速发展,中国城乡差距进一步扩大,农村发展乏力,出现大量“乡村病”。作为农村主体的农村居民点相应出现宅基地闲置和利用粗放的现象。本研究选取自然、区位、社会经济因子,依据国家乡村振兴战略、生态安全战略,基于多目标遗传算法和GEOSOS-FLUS实现了农村居民点空间格局模拟。四种情境中经济优先情景、自然发展情景、生态安全情景农村居民点规模增加,粮食安全情景农村居民点规模减少。其中经济优先情景农村居民点规模增加最多,耕地占用最为严重,且出现明显的农村居民点合并现象。耕地安全情景农村居民点规模减少,每个乡镇均匀分布。

空间格局模拟:一个新的GIS模型

一、概述 GIS源于地理学而应用领域远远超出地理学的范畴。近20年来,在不少国家得到了重视和发展,并都形成了自己的产品,例如,1991年8月25日在日本国北海道旭川召开的“环境变迁和GIS国际学术讨论会”上,GIS是中心议题,论文和发表人次最多。遥感技术因其具有覆盖面广、多时相、多光谱的特点而成为相当理想的信息源被推崇,并与GIS密切结合。最根本的特点是对整个地理域按照需要使域内任意一个地点用地理坐标定义为一个基本单元,而每个单元的数据项除了隐晦性属性向量外,均可按相同的地点显示或获得各类空间属性向量,这种赋予数据项以具体空间属性内涵的处理过程简称“定位”。传统方法不具备空间属性分量。

经济快速发展地区县级尺度土地利用空间格局变化模拟

选择位于长江三角洲地区社会经济快速发展的浙江省海盐县为研究区,利用1986年土地利用空间数据和影响研究区土地利用变化的驱动因子,运用CLUE-S模型,分别对其1995和2000年的土地利用空间变化格局进行模拟,经检验,模拟结果与实际情况基本吻合。在此基础上,对研究区未来20a的土地利用空间格局变化进行了3次不同情景的模拟。结果表明,县城周围、各中心镇、重点镇建成区周围以及主要公路干线沿线是耕地非农化的高发区,基本农田保护区的划定对耕地的保护具有重要意义。

东北区耕地利用系统安全格局模拟及其阈值的确定

耕地利用系统安全是保护耕地健康和保障粮食安全的基础。以东北区黑龙江省巴彦县为研究区,运用Matlab编程,应用改进的神经网络模式识别模型,模拟研究区2016年和2021年耕地利用系统安全格局。基于突变理论,采用蝴蝶突变模型确定耕地利用系统安全阈值范围。结果表明:1影响耕地利用系统安全的空间因子,在一定程度上对研究区耕地利用系统安全格局的演变产生极大的影响;各类土地利用类型的数量增减及空间分布均会对耕地利用系统安全格局的变化产生一定影响。2 1976-2011年,耕地利用系统安全格局发生了显著变化,按照当前发展状况,2011-2021年,耕地面积和建设用地面积的变化呈现互反性,建设用地及其他农用地的增加均以牺牲耕地为代价,未达到保护耕地的目的。3耕地利用系统安全状态划分为安全状态、临界状态和危险状态三种;安全状态阈值范围为[-1,-0.2),临界状态阈值范围为[-0.2,0.2),危险状态阈值范围为[0.2,1]。4按照当前的发展态势,若不采取适当措施,耕地利用系统安全将向危险状态突变,耕地利用系统安全问题日益严峻。

重庆市永川区土地利用空间格局变化模拟

为了研究快速城市化过程中县级尺度土地利用结构特征,从而更精确把握土地利用与覆被变化的动态过程。将GIS技术与CLUE-S模型结合研究重庆市永川区土地利用空间格局的变化。结果表明:永川区2000—2010年土地利用类型变化均以森林和农田为主,各期占总面积90%以上。从2000—2010年城镇面积显著增加,增加了16.11%,且2005—2010年城镇面积变化程度比2000—2005年变化更为剧烈。森林面积在10年间少量增加。10年间农田面积减少了1660 hm2。对永川区土地利用变化设定3种情景进行模拟,并对预测结果进行比较分析。由此得出:在快速城市化的驱动下,永川区土地利用景观格局变化以森林和农田为主,城镇面积大幅度增加,森林面积也呈现增加趋势。相应地农田面积减少。生态保护情景模式下对生态环境有保护作用的土地利用类型有较好的调控效果。

耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法

模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型(RFA-CA和Logistic-CA)精度更高(FoM=0.22),能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素(高程、坡度)对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。

基于CA-Markov模型的永春县景观格局动态模拟

根据景观类型划分出3期永春县景观格局图;并利用IDRISI软件构建CA-Markov模型,对永春县2010年景观格局进行模拟.模拟结果与实际景观格局的Kappa指数为0.8415,具有较高的可信度.再利用该模型对永春县2015年景观格局进行模拟,结果表明:2010-2015年永春县耕地、林地面积趋于减小,建设用地面积增大,其余景观类型略有变化;与2000-2010年相比,永春县耕地和林地面积下降速度没有明显减缓.因此,迫切需要发挥土地利用总体规划的控制作用,加强对耕地和林地的保护.

基于GIS与CLUE-S模型的土地利用/覆被变化模拟——以成都市龙泉驿区为例

基于研究区数字高程以及2005、2014年2期土地利用数据,首先运用Logistic回归模型甄选出最佳模拟尺度,然后将Markov模型与CLUE-S模型相结合,对研究区土地利用/土地覆被变化(LUCC)进行了模拟预测,设计了自然增长、基本农田保护、生态保护3种未来研究区LUCC发展情景,并系统分析了在不同情境下的土地利用/土地覆被变化时空特征。研究结果表明:(1)模拟结果 Kappa精度值较高,CLUE-S模型对龙泉驿区土地利用/土地覆被变化模拟效果良好;(2) Markov模型与CLUE-S模型的结合应用,克服了单一模型的弊端,使土地利用变化在时间和空间上得到优化;(3)不同的情境下,建设用地都保持着增长的态势,以侵占大量园地为代价,区域中部和西部地带的城市周边地区在未来将是土地利用/土地覆被变化的热点地区;(4)根据不同情境的相似特征,可将研究区划分为三类地区,并依据每类区域特征提出了相应的土地利用建议。

区域生态安全格局规划研究进展及规划技术流程探讨

区域生态安全格局规划是化解生态保护与经济发展之间矛盾冲突的有效途径,进行区域生态安全格局规划研究具有重要理论和现实意义。但是,目前尚缺少对区域生态安全格局规划概念内涵、支撑理论、技术方法等相关文献的系统梳理和归纳总结。鉴于此,通过查阅大量文献资料、总结分析国内外相关研究成果,厘清了生态安全格局相关概念之间的逻辑关系,给出了区域生态安全格局规划的确切定义,对景观生态分类与适宜性评价、景观格局演变分析与动态模拟、生态安全预测预警、空间规划决策技术方法等区域生态安全格局规划相关支撑理论和技术方法,研究成果总结发现:景观生态分类指标构建理论和分类结果可靠性验证研究较为薄弱;应用较多的景观生态适宜性评价方法有"千层饼"法、层次分析法等传统方法和人工神经网络、遗传算法、元胞自动机等现代人工智能方法;景观格局变化驱动因子定量识别相对缺乏,各驱动因子间相互作用关系探讨不深入,常忽视景观格局本身对驱动因子的自适应和反馈作用;在众多景观格局动态演变模拟模型中,CA-Markov模型综合了CA和Markov模型的优点,可实现研究对象时空演变信息的精确挖掘;生态安全预警可弥补传统生态安全评价不能揭示生态环境质量长期动态变化状况的不足,能反映区域生态安全状况动态变化过程,是生态安全格局规划的重要基础;常见的空间规划决策技术方法主要有多准则数量优化法、空间分析技术方法、情景分析法、人工智能优化法和综合优化法,在综合优化法中CLUE-S模型能综合土地利用变化各驱动因子对不同时空尺度下的土地利用变化进行预测模拟,集成模型能集成多个模型优点来解决一些复杂空间格局优化问题,两者对进行区域生态安全格局规划方法探讨皆具有重要参考价值和借鉴意义。在此基础上,依据现阶段比较成熟的景观生态学理论、景观生态规划原理,综合集成现行空间规划决策技术方法,将区域生态安全格局规划技术流程概括为景观生态分类、景观格局演变分析、景观生态适宜性评价、景观格局演变动态模拟、生态安全预测预警、生态安全需求预测、多情景模式构建和总体规划目标确定、生态安全格局规划、多种规划方案比选、方案试点效果监测与评价、规划实施与执行监管等14个步骤。今后加强区域生态安全格局规划基础理论、技术方法、实践应用这3方面研究是未来该领域研究的重要方向。

区域生态安全格局规划研究的进展与展望

全球环境变化和强烈人为干预下生态安全格局研究面临新的机遇和挑战,而区域生态安全格局规划对化解生态保护与经济发展之间矛盾冲突具有重要理论和现实意义。本文厘清了区域生态安全格局规划的内涵发展,梳理了景观格局演变过程、景观生态分类方法与适宜性评价和区域生态安全预测预警等研究领域的最新进展,归纳了数量优化方法、空间优化方法和人工智能决策方法等生态安全格局规划技术的研究态势,指出了加强区域生态安全格局评估方法及集成模型构建、区域生态安全标准量化设定方法、区域之间跨尺度多等级联系是未来该领域研究的重要方向。

土地利用空间格局演化多智能体仿真

针对单个智能体无法完整描述空间格局变化的问题,为了准确模拟土地利用空间格局演化规律,在土地利用空间格局演化模拟中引入多智能体系统,提出一种新的土地利用空间格局演化模拟方法。采用多智能体系统描述土地利用系统,通过五元组描述土地利用智能体,并给出多智能体系统的建模流程。充分考虑居民智能体、房地产商智能体以及政府智能体的决策行为和相互作用,模拟分析土地利用空间格局演化特征,实现土地利用空间格局演化模拟。实验结果表明,所提方法的模拟结果与实际格局演化情况的拟合度较高,Kappa系数较高,说明模拟结果符合实际情况,具有一定的可信度。

典型流域土地利用/覆被变化预测及景观生态效应分析——以太湖上游西苕溪流域为例

以太湖上游西苕溪流域为研究区，基于1985和2002年土地利用空间数据，结合土地利用变化的驱动因子，运用马尔科夫模型和CLUE-S模型，模拟了研究区2020年土地利用的空间格局；在此基础上，通过对斑块类型和景观水平上格局指数的变化分析，揭示研究区未来土地利用／覆被变化及其景观生态效应。结果表明：按照1985-2002年土地利用变化的发展趋势，未来研究区土地利用变化主要表现为建设用地面积大幅度增加，耕地、林地面积减小，研究区未来景观格局指数将发生较大的变化。在景观尺度上，斑块数量、边缘密度、多样性指数、均匀度指数、分维数等指标都呈增加趋势，而斑块平均面积减小，表现出景观结构破碎化、斑块形状复杂化、景观向多样性和均匀化发展的特点；而从斑块类型水平上看，各景观类型之间的景观格局指数变化差异较大，反映了生态系统的复杂性。

基于CLUE-S模型的长沙市望城区土地利用变化预测

针对长沙市望城区未来土地利用在类型数量和空间分布上的变化预测问题,在该区2009～2012年期间土地利用/覆盖现状图的基础上,提出了通过Markov链模型预测类型数量、利用CLUE-S模型预测空间分布的土地利用变化预测方法。在综合影响该区土地利用变化的地形、距离驱动因子的基础上,利用CLUE-S模型预测了研究区2012年和2020年的土地利用空间分布状况。实验表明,2012年土地利用预测结果得到了较高的Kappa系数和ROC值,间接证明了2020年的预测结果具有一定的可信度,对该区土地资源优化配置具有一定的参考价值和借鉴意义。

基于CA-Markov模型的长沙市望城区土地利用/覆盖变化预测

为获取望城区未来土地利用/覆盖的数量及空间分布情景,本文利用2009、2010、2012年土地利用/覆盖数据、DEM及社会经济数据,运用Logistic模型分析土地利用变化与各驱动因子间的定量关系,综合区域限制条件修正土地利用适宜性概率,最终耦合CA-Markov模型对2020年土地利用进行模拟与预测。模拟结果较好地揭示了望城区土地利用动态变化趋势,一定程度上指导该地区的土地资源优化配置。

基于BP-CA的海滨湿地利用空间格局优化模拟研究——以大丰海滨湿地为例

论文运用BP神经网络与CA耦合模型,遴选出驱动滩涂开发的自然、经济、社会方面的23个空间变量,借助Matlab平台,构建了海滨湿地利用空间格局模拟模型。利用盐城大丰海滨1988、2002和2009年三期遥感影像,及相应年份人口经济数据,根据格局优化模拟思路,先使用湿地功能生态位模型诊断出历史过度开发区域,再训练合理开发转换规则,最后仿真出2016年大丰海滨湿地利用的空间优化格局。模拟中依据目标年覆被数量结构,限定训练样本随机抽取比例,提高了1万个样本的有效信息量;通过对比不同BP隐藏层节点数时的模拟精度,确定"23-13-8"和"23-17-8"分别为两组实验的最优BP结构;使得模拟效率提升,仿真总体精度高于93.6%。研究表明,近些年大丰海滨湿地覆被类型间的演替趋于频繁,自然湿地年开发速度明显加快,开发重心不断东移,呈现出向海"滚动开发"的特征。建议放缓两大保护区核心区周边的无序开发,推进大丰港附近滩涂的有序围垦。

山地丘陵区土地利用格局演变模拟研究——以山西省晋城市为例

为分析山地丘陵区土地利用格局演变规律,以山西省晋城市为例,从地球系统科学的视角出发,通过改进后的CLUE-S模型对晋城市2010—2017年、2017—2024年2个阶段的土地利用格局演变进行模拟。结果表明:(1)在验证阶段,使用Auto-Logistic回归改进的CLUE-S模型能够较好的模拟晋城市土地利用覆被变化,各土地利用类型AUC值基本>0.8,对比2017年实际土地利用现状,全局Kappa系数值为0.71,总体上可用于模型模拟预测;(2)在模拟阶段,综合考虑自然、社会、经济要素,对比规划与生态保护情景,2024年晋城市土地利用格局在空间上呈竞争关系。在"规划"情景下,当地城市、农业、生态均衡发展;"生态保护"情景下社会经济发展较为缓慢,但生态用地占比较大;(3)分析不同情景下晋城市14年间土地利用覆被变化,总体趋势为东西部山区由草地转为林地,中部丘陵平原区由耕地转为林地。