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空间格局模拟:一个新的GIS模型

遥感信息 1993年第1期15卷 14-16页

作者：冯昌王蓓甘肃林业科学研究所甘肃物资信息中心

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... 详细信息

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。

关键词：空间格局模拟 GIS模型 GIS

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

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农村科学实验 2021年第11期 158-162页

作者：朱醒南京农业大学江苏南京210032

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,... 详细信息

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。

关键词：农村居民点空间格局模拟空间格局优化

经济快速发展地区县级尺度土地利用空间格局变化模拟

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农业工程学报 2006年第12期22卷 72-77页

作者：谭永忠吴次芳牟永铭王庆日余振国浙江大学公共管理学院土地管理系杭州310029 浙江省环境监测中心站杭州310012 中国土地勘测规划院北京100037 中国国土资源经济研究院北京101149

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... 详细信息

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。

关键词：土地利用变化空间格局模拟 CLUE—S模型县级尺度

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重庆市永川区土地利用空间格局变化模拟

中国农学通报 2014年第35期30卷 166-171页

作者：王日明熊兴耀肖洋湖南农业大学园艺园林学院长沙410128 中国科学院生态环境研究中心/城市与区域生态国家重点实验室北京100085

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... 详细信息

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。

关键词：土地利用变化空间格局模拟 CLUE-S模型

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涪陵区土地利用空间格局分析及其预测模拟

涪陵区土地利用空间格局分析及其预测模拟

作者：赵琳西南大学

学位级别：硕士

人类自诞生以来,便从未停止过改造自然的步伐,人类的活动不仅导致了自然环境和社会、经济的发展变化,也使土地利用/覆被格局在不停的改变,目前,土地利用／覆被变化(LUCC)己成为全球变化研究的一个热点。中国幅员辽阔,区域间的自然资源... 详细信息

人类自诞生以来,便从未停止过改造自然的步伐,人类的活动不仅导致了自然环境和社会、经济的发展变化,也使土地利用/覆被格局在不停的改变,目前,土地利用／覆被变化(LUCC)己成为全球变化研究的一个热点。中国幅员辽阔,区域间的自然资源禀赋以及社会、经济发展情况存在明显的差异,各个地区的土地资源利用方式、结构、程度等空间差异性显著。诸多研究表明,选择小范围的典型区域为研究对象是深入分析土地利用驱动机制及其空间格局变化的有效途径。对区域未来的土地利用空间格局变化趋势进行预测能为政府及土地管理部门及时地制定、调整土地利用相关的政策、法规提供合理依据。涪陵区地处三峡库区腹心地带,生态环境脆弱。在经济加速发展、快速城市化进程的大背景下,人类活动不仅对区域土地利用／覆被格局造成了持续干扰,也对区域生态环境的变化造成了严重的影响。通过对土地利用／覆被变化的过程和机理进行研究,可以更清晰地认识区域生态环境的演替及其自然、社会经济发展过程,可以为区域的生态环境质量的提高和土地资源的可持续利用等提供决策参考。本文以涪陵区2005、2009、2012三个时期的土地利用现状数据为基础,以GIS技术为平台,在对研究区2005-2012年的土地利用空间格局特征进行分析的基础上,采用Binary Logistic回归模型分析各个土地利用地类型与驱动因子间的关系;运用CLUE-S模型对研究区2005-2012年土地利用空间格局进行模拟,并采用Kappa指数对模拟效果及精度进行验证;最后,以研究区2012年的土地利用现状数据为数据源,基于涪陵特殊的土地利用特征,结合区域发展规划,构建了四种情景方案,并对该时段土地利用空间格局可能发生的主要变化进行了探讨分析,并利用CLUE-S模型模拟在这四种不同情景方案下涪陵区2020年的土地利用空间格局。研究结果揭示： ①2005-2009年间,涪陵区的土地利用空间格局变化较为明显,该时段内耕地面积急剧减少,由最初的40.51%下降为35.04%;建设用地急剧扩张,由原来的4.41%上升至7.10%;随着重庆市退耕还林工程的实施,以及生态建设和农业结构调整的推进,该时段内林地、园地的面积呈增长态势。由于涪陵区处于三峡库区腹心地带,山峡水库的蓄水工程使得该时期内区域水域面积有所增加。从空间转移上而言,2005-2009年间,各个地类之间的相互转移数量较大,其中耕地至林地、耕地至建设用地、林地至耕地、未利用地转为林地等变化较大。区域的景观格局主要受到经济的快速发展和迅速城市化进程的影响,人类活动使得各地类景观在不同程度上均受到干扰,景观斑块化、破碎化程度加重。2009-2012期间,涪陵区的各个土地利用类型在数量上变化较小,在空间转移上变化不大,土地利用空间格局较前一时段稳定。 ②对于各个土地利用类型及其相应的驱动因素之间的关系,本文主要采用Binary Logistic回归模型来进行分析,研究结果表明：在短时期内,地貌和气候等自然因素对区域土地利用变化的影响不大;在研究时段内,由于研究区经济发展较快,人口、经济和基础设施因素对各土地利用类型的影响较大。由此可知经济的迅速发展和城镇化建设是引起涪陵区近年土地利用变化的主要动因。回归分析结果通过ROC检验,得出各个土地利用类型的ROC值均大于0.7,表明计算结果较为合理。采用CLUE-S模型对研究区2012年的土地利用空间格局进行模拟,发现模拟结果与实际变化一致性较高,Kappa指数为0.8004,可以较好的模拟和预测该区域的土地利用空间格局。故CLUE-S模型在模拟涪陵区土地利用空间格局上具有可行性。 ③粮食安全目标情景虽能保证区域的粮食充足,但是有可能造成部分地区水土流失等,对生态安全存在一定程度上的潜在威胁;经济发展目标情景下的土地利用对耕地有一定危害,且对区域生态服务功能的改善贡献最小。生态安全目标情景虽然能使研究区具有最高的生态价值指数,但对粮食安全及其经济发展的存在威胁;比较而言,综合发展目标情景兼顾了区域粮食生产、经济建设和生态保护等三方面的需要,是涪陵区未来最为可取的土地利用模式。

关键词：土地利用变化空间格局模拟 Binary Logistic回归 CLUE-S模型涪陵区

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郑州市区土地利用空间格局变化分析与模拟

郑州市区土地利用空间格局变化分析与模拟

作者：王丹郑州大学

学位级别：硕士

土地利用/覆被变化(LUCC)严重影响着全球环境质量、陆地生态系统生产力和区域水循环过程,分析并模拟区域土地利用空间格局变化成为LUCC研究的热点问题。郑州地处中原腹地,是我国重要的交通运输枢纽,90年代以来,城镇用地在快速扩张的过... 详细信息

土地利用/覆被变化(LUCC)严重影响着全球环境质量、陆地生态系统生产力和区域水循环过程,分析并模拟区域土地利用空间格局变化成为LUCC研究的热点问题。郑州地处中原腹地,是我国重要的交通运输枢纽,90年代以来,城镇用地在快速扩张的过程中占用了大量的耕地,土地利用结构发生重大变化,人地矛盾日益突出。本文以分析并模拟郑州市区土地利用空间格局变化为目标,以RS和GIS为技术支持,分析了1988–2014年郑州市区土地利用空间格局变化特征。1988–2014年,研究区土地利用空间格局发生较大变化,同时体现在各地类数量变化和景观格局变化两方面。耕地失去了原本的优势地位,面积减少量近2/3;建设用地(包括城乡居民点和工矿用地、交通运输用地)向四周迅速扩张,面积增长量超过原面积的1.5倍,各地类分布结构相对原始状态稍显均衡;2001–2014年各地类数量变化程度相对于1988–2001年更为剧烈。近30年来,郑州市区经济实现快速增长,产业结构也相应发生了变化,本文利用Markov模型和主成分分析方法,定量描述了社会经济因素与区域土地利用变化之间具有的显著性相关关系。采用Binary Logistic回归模型计算各土地利用类型的空间分布概率,各模型ROC值均处于0.75以上;运用CLUE-S模型,模拟2014年郑州市区土地利用空间格局,正确率达到80%,Kappa指数为0.767,表明了CLUE-S模型对该研究区土地利用空间格局模拟的可行性;运用CLUE-S模型模拟2020年郑州市区土地利用空间格局,并探讨2014–2020年的预期变化状况,最终结果表明:模拟得到的2020年郑州市区土地利用空间格局中,耕地仅占19.19%,建设用地比重达到72.74%;2020年,各土地利用类型斑块水平指数相对于2014年基本未发生变化,然而,各景观水平指数均表现出下降趋势。在快速的城市化进程中,人为因素对土地利用空间格局的影响表现得越发严重。

关键词：土地利用空间格局模拟 CLUE-S 模型驱动力

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重庆市土地利用空间格局分析及其预测模拟

重庆市土地利用空间格局分析及其预测模拟

作者：黄方重庆大学

学位级别：硕士

中国幅员辽阔，不同区域的土地利用结构、土地利用程度以及土地资源利用方式等具有高度的空间异质性。因此，对小范围的典型区域进行研究是深入分析土地利用空间格局及其驱动机制的有效途径。同时，预测未来土地利用空间格局变化趋势能... 详细信息

中国幅员辽阔，不同区域的土地利用结构、土地利用程度以及土地资源利用方式等具有高度的空间异质性。因此，对小范围的典型区域进行研究是深入分析土地利用空间格局及其驱动机制的有效途径。同时，预测未来土地利用空间格局变化趋势能为管理部门及时调整土地利用政策提供科学依据，具有重要的现实意义。重庆作为典型的山地直辖市，快速的经济发展和城镇化进程使主城区城市用地不断向周边蔓延，耕地等生态用地急剧减少，土地生态环境和土地利用安全格局问题日益严峻。本文以重庆市主城区1980、1995、2005三个时相的土地利用现状为基础，采用GIS技术和景观格局分析方法，分析研究区1980~2005年的土地利用空间格局特征;利用Binary Logistic回归分析方法，讨论各用地类型与驱动因子间的关系;运用CLUE-S模型对研究区1996~2005年土地利用空间格局进行模拟，采用Kappa指数检验其模拟效果;最后，基于2005年土地利用现状图，预测研究区2015年土地利用空间格局，并对2005~2015年空间格局可能发生的主要变化进行了探讨分析。研究结果揭示：①1980~1995时期，主城区土地利用空间格局相对稳定，各土地利用类型数量变化和空间转移量较小，土地利用景观格局稳定。1995~2005时期，主城区土地利用空间格局变化显著：耕地面积逐步萎缩，由73%降到49%;建设用地急剧扩张，面积增加一倍;林地也处于增长趋势。在空间转移上，1995~2005期间，各地类间相互转移量较大，其中耕地至林地、耕地至建设用地、林地至耕地等均在20%以上，草地至耕地、林地在40%以上。快速的经济发展和城市化进程对景观格局影响较大，城区各地类景观均受到人类活动不同程度的干扰，各用地类型的总体特征和景观指数变化较显著，景观破碎度指数增幅明显，斑块化、破碎化较1980~1995时期严重。1995~2005时期主城区土地利用空间格局的变化突显出重庆自直辖以来快速的经济发展对日益增长的用地需求与有限土地资源间的矛盾。②Binary Logistic回归模型对各土地利用类型与驱动因素间关系的分析结果表明：地貌和气候等自然因素短时期内对各土地利用类型的影响较小，人口、经济和基础设施因素对各地类的影响较大，由此表明重庆市近来年的经济发展和城镇化建设是导致重庆市土地利用空间格局变化的主要原因。对回归分析进行ROC检验，得到ROC值均在0.7以上，说明模型的拟合优度较好。运用CLUE-S模型对1996~2005年土地利用空间格局进行模拟，模拟正确率为82.87%，Kappa指数为0.7944，表明CLUE-S模型可以较为准确地模拟研究区土地利用空间格局变化情况。③研究区2006~2015年的土地利用空间格局模拟结果显示，建设用地将不断向周边蔓延，致使其周边区域的耕地、林地逐步萎缩，位于坡度较低区域的耕地和林地较易被开发利用为建设用地。随着生态建设的迫切需要和重庆市建设“绿色宜居环保城市”的提出，草地面积可能有所增加。主城区各地类景观受到人类干扰强度和频率都将增强。景观破碎度指数减少，表明重庆市相关管理部门在快速发展同时更注重对土地的规划与合理分布，同时建设“绿色宜居环保城市”的提出加速了对主城区的规划建设和对局部破碎地区的整修，这对研究区未来实现区域土地资源的可持续利用和土地利用安全格局的优化提供了一定参考。

关键词：土地利用变化空间格局模拟 Binary Logistic回归 CLUE-S模型山地城市

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

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长江流域资源与环境 2009年第8期18卷 765-770页

作者：陈莹尹义星陈爽南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210093 中国科学院南京地理与湖泊研究所江苏南京210008

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... 详细信息

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。

关键词：土地利用/覆被变化空间格局模拟景观格局西苕溪流域

基于CLUE-S模型的岔口小流域土地利用变化模拟研究

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基于CLUE-S模型的岔口小流域土地利用变化模拟研究

作者：杨丰山西农业大学

学位级别：硕士

土地利用变化研究是环境变化研究领域中的主要内容,其空间分布格局的变化从本质上改变着生态系统的结构和功能,对资源利用、环境保护以及经济可持续发展产生深远的影响。CLUE-S模型是一种在小尺度范围内研究土地利用变化较为可靠的模型... 详细信息

土地利用变化研究是环境变化研究领域中的主要内容,其空间分布格局的变化从本质上改变着生态系统的结构和功能,对资源利用、环境保护以及经济可持续发展产生深远的影响。CLUE-S模型是一种在小尺度范围内研究土地利用变化较为可靠的模型。本文以2003年、2008年、2013年的土地利用现状为基础数据,利用Logistic回归方法分析土地利用类型与驱动因子间的相关关系,应用CLUE-S模型模拟研究区2013年的土地利用格局,验证模型的适用性。结合研究区的土地利用情况,构建未来的土地利用情景方案,模拟分析不同情景下研究区2023年土地利用空间格局的变化。主要研究结论如下：1.通过土地利用类型的数量变化、动态度变化以及空间转移变化分析研究区的土地利用变化情况,可知研究区最主要的土地利用类型为耕地、林地和草地,在研究时段内流域的土地利用变化主要发生在2008-2013年期间,其中最主要的变化为耕地内部坡耕地向梯田的转化。2.根据研究区土地利用变化特点和模型要求,确定参与模拟的地类为坡耕地、梯田、沟坝地、沟川地、果园、林地、草地和农村居民点;根据数据来源选取可达性、地形地貌、土壤等驱动因素,采用Logistic回归法分析各地类与驱动因子的相关关系,回归结果平均ROC值为0.89,表明选取的驱动因子对土地利用类型的分布有较强的解释能力。3.2008和2013年模拟结果评价的Kappa系数分别为0.96和0.91,说明CLUE-S模型适用于研究区的土地利用变化模拟研究。通过设置区位偏好变量以反映研究区坡改梯田这一土地利用政策,模型基本可以正确地模拟出梯田的分布,否则模拟结果非常不理想,从侧面反映出模型对参数敏感,以及土地利用政策对空间格局变化的影响程度。4.构建基于趋势变化、农业发展、生态保护为目标的情景方案。将不同情景下的土地利用模拟结果与2013年现状叠加对比,分析研究区土地利用在数量和空间方面的变化情况。研究区未来的土地利用在发展过程中,沟坝地、沟川地、农民居民点等地类基本保持现状,坡耕地和草地减少转变为梯田、果园和林地;流域的西北部、东南部以及中部坡耕地分布的区域,是研究区未来土地利用可能发生变化的区域。

关键词：土地利用变化空间格局模拟 CLUE-S模型