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基于SD-mcca模型的北京市通州区城镇用地格局演化

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基于SD-MCCA模型的北京市通州区城镇用地格局演化

作者：张考南华大学

学位级别：硕士

城镇用地作为城市用地的重要部分,研究其演变的合理性、科学性对未来国土空间优化发展具有重要意义。目前量化新型城镇化政策在土地利用研究中较为缺乏,本文试图以北京市城市副中心、第三批新型城镇化示范区-北京市通州区为例,利用土地... 详细信息

城镇用地作为城市用地的重要部分,研究其演变的合理性、科学性对未来国土空间优化发展具有重要意义。目前量化新型城镇化政策在土地利用研究中较为缺乏,本文试图以北京市城市副中心、第三批新型城镇化示范区-北京市通州区为例,利用土地利用转移矩阵、土地利用动态度、地理探测器等方法,探讨通州区城镇用地变化特征和成因;采用SD模型量化“常规城镇化情景”、“新型城镇化情景”和“逆城镇化情景”三种情景的数量需求,并将其导入mcca模型预测不同情景下的城镇用地的空间格局演化,深入剖析1972-2030年通州区城镇用地格局演变,以期为下一轮新型城镇化示范区提供指导。其结果表明:(1)从城镇用地时序变化来看,在不同时期,通州区城镇用地变化特征不尽相同,影响其演化发展的主导因素也各异。1972-2015年通州区城市化进程加快,城镇用地扩张速度不断提升,城镇用地的主要来源是耕地和农村居民点用地,其中耕地共转入79.03 km2,占总来源的67.13%,在2005年耕地转入量均达到峰值,其数值为35.85km2,农村居民点共转入42.87 km2,占总来源的36.41%,在2010年农村居民点用地转入量均达到峰值,其数值为30.44 km2。(2)不同视角下的城镇用地扩张方向各有不同。(1)全域视角下城镇用地扩张方向来看,1972-2000年城镇用地主要往西北方向扩张,在1980-1990年期间扩张最为明显,2000-2015年城镇用地扩张方向主要向西部与北部扩张;(2)中心城区视角下城镇用地扩张方向主要分为“离散式”、“向南发展”、“跨越式”三个阶段。从不同时期的扩张类型来看,“外延式”是通州区扩张的主要类型,其主导模式随城市发展而有所不同,1972-2015年间通州区城镇用地扩张主要沿现有城镇用地周边扩张,但从2005年开始,出现了跨越式的发展,且该类型扩张比例不断增加。(3)从城镇用地扩张机制来看,城镇用地规模的变化与多项社会经济指标相关联,主要影响通州区城镇用地规模的指标是GDP、城镇居民可支配消费金额和第一生产总值等指标有关。(1)在地理条件探测下,城镇用地空间扩张位置主要与道路网密度、人口密度和距离公共服务设施点距离等多项指标相关联,其中最影响通州区城镇用地扩张方向的是道路网密度;(2)通州区城镇用地变化的政策因素与国民经济发展基本一致。(4)基于不同情景政策冲击下的SD-mcca情景模拟来看,不同情景下,通州区城镇用地空间变化表现出明显差异,造成这种差异的原因各不相同。(1)常规城镇化情景下,通州区城镇化发展速度较快,城镇用地面积增长明显,扩张方式为合并农村居民点和侵占耕地,多处于通州中心城区南部;(2)新型城镇化情景下,通州区的城镇用地规模远高于常规城镇化情景,其主要原因是新型城镇化政策下加大了第二、三产业投资力度,使农村户籍人口加速向城镇户籍人口转移,导致城镇周边的农村居民点用地加快流转,从而加速了城镇用地扩张,另一方面,受北京市中心城区城镇用地蔓延的影响,未来北京市中心城区有越来越多的人口向通州转移,使通州城镇用地扩张进一步加速;(3)逆城镇化是城市化过度发展或发展到一定阶段,城镇人口由城市向郊区和农村地区流转的现象,该情景下,通州区城镇化发展速度减缓,城区人口外流,城镇用地增长速度降低,而农村居民点增长速度爆发,尤其是与城镇用地距离较近的地区,这是由于这类地区不仅享受着农村自然风光,还享受着城镇的公共设施的便利性,使这类地区耕地被农村居民点侵占严重,由此可见,受逆城镇化的影响,城市周边的农村居民点用地会大幅度扩张,因此需对这些区域制定合理的土地政策;(4)新型城镇化情景与常规情景和逆城镇化情景对比显示,新型城镇化政策干扰下,城镇用地更为集约,农村居民点聚集程度加强,在部分地区有形成新集镇的趋势,这是由于农村居民点聚集到一定程度会形成新的集镇。

关键词：城镇用地新型城镇化 SD模型 mcca模型北京市通州区

基于mcca土地利用情景模拟的太行山区生态系统服务价值时空演变及预测

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环境科学 2024年第10期45卷 5912-5923页

作者：胡丰陈瑶张长春胡国浩河北农业大学国土资源学院河北省农田生态环境重点实验室

生态系统服务价值（ESV）是关乎区域生态福祉的重要指标，把握其演变规律可为区域生态文明建设和可持续发展提供参考.以华北地区重要的生态安全屏障太行山区为例，基于2000～2020年土地利用数据，使用土地利用转移矩阵、改进的当量因子... 详细信息

生态系统服务价值（ESV）是关乎区域生态福祉的重要指标，把握其演变规律可为区域生态文明建设和可持续发展提供参考.以华北地区重要的生态安全屏障太行山区为例，基于2000～2020年土地利用数据，使用土地利用转移矩阵、改进的当量因子法和mcca模型，揭示太行山区土地利用和ESV变化特征，开展2035年ESV多情景模拟.结果表明：（1）2000～2020年，太行山区土地利用类型以耕地、林地和草地为主，耕地和草地面积显著下降，林地和建设用地面积稳定上升；土地利用转移规模2.06×10～4km2，耕地和草地向外转移强度较高.（2）太行山区生态系统服务功能以调节服务为主，ESV整体呈稳定上涨趋势，2000～2020年增加1.51×1010元；ESV空间分布不均且极化现象明显，高值区集聚在北部和中南部高海拔地区，低值区多位于东西两侧地势平缓的山麓平原及中部台地.（3）2035年，太行山区自然增长、城市发展和生态旅游这3种情景ESV相较于2020年分别增加5.37×10～9元、4.34×10～9元和7.64×10～9元，主要由耕地和草地向林地转移引起；自然增长情景ESV空间转换强度较高，城市发展情景耕地ESV损失严重，生态旅游情景ESV提升明显.研究结果可为太行山区生态系统健康管理和可持续发展建设提供科学参考.

关键词：生态系统服务价值(ESV) 情景模拟 mcca模型土地利用太行山区

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多情景下喀斯特山区土地利用对碳储量的影响

环境科学与技术 2024年第8期47卷 205-216页

作者：周玉琴赵筱青冉玉菊徐逸飞普军伟叶显民汪小宝王越男瞿国寻云南大学地球科学学院云南昆明650500 云南大学国际河流与生态安全研究院云南昆明650500 西南联合研究生院云南昆明650092 云南省国土资源规划设计研究院云南昆明650500

喀斯特地区生态系统脆弱,对气候变化响应敏感,碳汇潜力巨大。其生态治理对土地利用格局的改变,使生态系统碳储量的变化显著,对陆地生态系统碳循环和区域生态安全具有深远影响。该研究以滇东南典型喀斯特地区文山壮族苗族自治州为例,运用... 详细信息

喀斯特地区生态系统脆弱,对气候变化响应敏感,碳汇潜力巨大。其生态治理对土地利用格局的改变,使生态系统碳储量的变化显著,对陆地生态系统碳循环和区域生态安全具有深远影响。该研究以滇东南典型喀斯特地区文山壮族苗族自治州为例,运用InVEST模型和混合元胞自动机(mcca)模型,预测了自然发展、耕地保护以及生态保护3种情景下2035年碳储量的分布状况,并采用全局Moran’s I指数以及敏感性指数,分别研究碳储量的时空演变规律和土地利用变化对碳储量的影响。结果表明:(1)文山州土地利用以耕地、林地、草地为主,占研究区总面积的90%以上。地类转换集中在林地、草地、耕地以及建设用地之间。(2)研究区整体碳储量较高,但随着土地利用方式变化,造成固碳效果和潜力均出现一定程度的降低。2000-2020年,碳储量共减少了0.66 Tg。Moran’s I指数均通过90%的置信度,表明碳储量在空间上呈现出空间集聚效应。(3)2035年,在自然发展、耕地保护以及生态保护3种情景下的碳储量分别为192.40、192.00、193.13 Tg。3种情景下,碳储量分别变化了0.11、-0.29、0.84 Tg。根据敏感性指数发现碳储量对土地利用变化敏感,林地变化是造成碳储量变化的主要原因。相比可知在生态保护的情景下,区域碳汇能力较强。建议研究区科学提高林地面积和优化现有用地的空间格局,控制建设用地等措施提升碳储量。

关键词：土地利用变化碳储量 mcca模型情景模拟滇东南喀斯特地区

基于国土空间规划体系的郑州中心城区增长边界（UGB）划定研究

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基于国土空间规划体系的郑州中心城区增长边界（UGB）划定研究

作者：霍锦庚河南大学

学位级别：硕士

当前中国城市空间的粗犷外延和“大城市病”问题已然对区域可持续发展产生了巨大的负面影响,在新时代国土空间规划背景下,城市发展方式也开始由增长拉动型向内涵管理型转变,以期通过减量反推机制促使城市空间更加注重高质量发展。城市... 详细信息

当前中国城市空间的粗犷外延和“大城市病”问题已然对区域可持续发展产生了巨大的负面影响,在新时代国土空间规划背景下,城市发展方式也开始由增长拉动型向内涵管理型转变,以期通过减量反推机制促使城市空间更加注重高质量发展。城市增长边界(Urban Growth Boundary,UGB)作为城市总体设计中控制城区无序蔓延的管理工具,在践行农业保护、生态文明和城乡统筹等理念上发挥着巨大作用。同时在中共十九大报告中已明确指出将“三条控制线”作为推进城镇化等不可逾越的红线,不断完善三生空间格局关系,其是制度保障也是政策落实。因此,科学合理的划定UGB是推进空间结构转型、保护农业生产、平衡生态环境与城市扩张矛盾的关键手段。在此背景下,论文首先回顾了国内外UGB的研究进程,界定了其概念和内涵,在总结实践案例和技术方法的基础上,提出以“三区三线(城镇空间、生态空间和农业空间,分别对应城镇开发边界、生态保护红线和永久基本农田三条控制线)”为空间识别框架,利用“禁止”、“逆向”和“正向”思维划定城市综合增长边界的研究思路;其次,以郑州中心城区为案例,分析城市基本概况、空间演变历程和影响因素作为边界划定的基础条件;采用LESA综合体系确定高质量基本农田的空间分布,以生态位综合适宜度评价确定生态保护红线区域,两者共同界定城市“禁止”开发范围;结合最小累计阻力(Minimum Cumulative Resistance,MCR)模型等方法,构建空间范围的MCR综合表面并进行适宜性分区,形成城市增长的“逆向”本底阻力约束;根据混合元胞-元胞自动机(Mixed-cell Cellular Automata,mcca)、多情景模拟等原理设计,选取城市内部扩展潜力因子,模拟未来空间格局变化,搭建城市“正向”驱动机制;最后,结合上述步骤分析结果,分别划定禁止逾越的刚性UGB和侧重于城市发展动态性的弹性UGB,并探讨边界的实际应用和保障功能效用发挥的政策意见,以期为郑州国土空间规划发展提供科学建议。主要结论包括:(1)2000—2020年郑州中心城区空间形态变化特征明显,城镇用地、农村居民点和其它建设用地的面积分别增加了193.36km、1.07km和16.13km,造成了土地结构失调、环境质量下降和城市变革受阻等诸多现实问题,划定UGB成为城市可持续发展的重要推手;(2)LESA综合评价体系所识别的基本农田区、农田储备区和非农田区面积分别为41.99km、162.18km和48.96km,生态位综合适宜度评价确定的生态保护区、生态控制区面积分别为57.68km和28.19km,以上区域对城市安全格局的构建具有重要意义,基本农田区和生态保护区属于城镇建设活动中的禁止开发地带;(3)由MCR适宜性分区得到重点建设区、优化建设区、建设缓冲区、临界恢复区和禁止建设区5类空间范围,其面积分别为481.28km、195.15km、174.89km、122.37km和59.1km,以上地区是研究区本底约束的分类体现,可准确引导开发建设活动向适宜性地区延伸和靠拢;(4)对比自然演变、耕地保护、生态优先、建设过度和可持续发展5种情景的空间模拟结果发现,可持续发展情景可将建设用地面积比率控制在66.16%,并保证基本农田区和生态保护区具有相对稳定的规模结构,该情景可判别为未来城市发展的主导范式;(5)刚性、弹性UGB的面积规模分别为712.2km和595.55km,对城市开发起到了明显的底线约束和规划引导的作用,调控空间格局、引导土地开发的边界效用发挥也需政府、市场、社会公众和法律等各方权益的配套制度保障。

关键词：国土空间规划 “三区三线” UGB划定 mcca模型郑州中心城区

淮南矿区土地利用变化特征与驱动因素分析与应用

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淮南矿区土地利用变化特征与驱动因素分析与应用

作者：吴满毅安徽理工大学

学位级别：硕士

土地利用变化研究结果可为区域社会经济发展提供一定的参考意见,该研究被越来越多的学者重视,尤其是关于小区域——矿区的研究尤为重要,有利于了解矿区土地利用变化特征与原因。由于社会经济的快速发展,大量的煤炭被开采,导致矿区土地... 详细信息

土地利用变化研究结果可为区域社会经济发展提供一定的参考意见,该研究被越来越多的学者重视,尤其是关于小区域——矿区的研究尤为重要,有利于了解矿区土地利用变化特征与原因。由于社会经济的快速发展,大量的煤炭被开采,导致矿区土地利用类型发生了巨大的变化,这进一步加剧了矿区人地矛盾的问题。因此,对矿区土地利用变化进行深入研究,可以为实现矿区土地的可持续利用提供宝贵的建议和意见。本研究以淮南矿区为研究区域,选用Landsat系列遥感卫星影像为主要数据源,采用支持向量机(support vector machine,SVM)监督分类方法提取遥感影像的水域、林草地、建设用地、农业用地和其他用地共计5种土地利用类型信息,分析了研究区土地利用变化特征;结合统计年鉴数据进行了驱动因素定性定量分析;采用未来土地利用模拟(future land use simulation,FLUS)模型和混合元胞自动机(mixed-cell cellular automata,mcca)模型预测研究区2026年土地利用变化,分析了模型适用性;最后根据研究区水资源经济效益、土地利用变化特征、驱动因素和预测结果,给研究区沉陷水域水资源利用提供合理建议。其结论有:(1)研究区水域、林草地和建设用地面积从1990至2021年分别增加了8679.78 hm、9646.74 hm和223.47 hm,单项动态度处于正向变化,而农业用地面积共减少了18551.25 hm,单项动态度为负向变化,其他用地面积只增加了1.26hm,单项动态度变化无明显特征。水域、林草地和建设用地面积占比越来越大,农业用地面积占比逐渐变小,但仍然在五种土地利用类型中占比最大,其他用地面积占比较小,可忽略不计。研究区内土地利用程度综合指数均大于300,属于合理开发阶段。其中水域面积增加的部分主要由林草地、建设用地和农业用地转换而来,林草地面积增加的部分主要由农业用地转换而来,建设用地的主要由水域和农业用地转换而来,农业用地主要由水域、林草地和建设用地转换而来,其他用地转换规律不明显。研究区的建设用地和农业用地为主要破坏类型。从各分区域变化特征看,Ⅱ矿(编号代替各矿名)、Ⅲ矿和Ⅴ矿土地利用面积变化最明显。(2)水域变化的主要驱动因素是研究区采煤活动的剧烈程度和适宜的气候条件;林草地面积变化的主要驱动因素是保护生态环境政策的实行、建筑物面积的增长;建设用地变化的主要驱动因素是该区域人口、非农人口的增加,区域经济的快速发展,频繁的采煤活动和有关部门用地规划;农业用地变化的主要驱动因素是人口的增长,三种产业从业人数结构的变化,粮食产量的增加,惠民政策的实施;其他用地变化的主要驱动因素为煤炭开采活动和土地流转政策的实施。将能够量化的15种驱动因子采用主成分分析(principal component analysis,PCA)模型定量分析了研究区的综合驱动力,得出各驱动因子对研究区土地利用变化的综合影响越来越大的结果。(3)采用FLUS模型和mcca模型模拟预测研究区未来土地利用变化,以2014年为基期,首先模拟研究区2018年土地利用变化,并与实际分类结果对比,其FLUS模型Kappa系数和Overall Accuracy分别为0.7338、0.8677;mcca模型Kappa系数和Overall Accuracy分别为0.8094、0.8983,均满足精度要求。两种模型再对2026年研究区土地利用变化进行预测,根据研究区5种土地利用类型的变化特征,分析得出mcca模型的预测结果更符合实际情况。(4)采用改进的C-D函数分析研究区水资源直接经济效益,得出水资源对研究区第一产业的平均贡献度为-2.06%,说明研究区存在浪费水资源的情况,采煤造成的沉陷水域可为多种生物提供栖息地,每天带来了巨大的大气调节价值,同时又带动区域旅游、科研和就业。根据上述所有分析,提出合理利用矿区沉陷水域水资源的建议。图[34]表[22]参[99]

关键词：淮南矿区土地利用变化驱动因素 PCA FLUS模型 mcca模型

基于mcca的多情景土地利用演变及其ESV变化研究——以龙岩市为例

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贵州大学学报（自然科学版） 2023年第5期40卷 114-124页

作者：李楚瑜徐伟铭王开家杨慧邵尔辉福州大学数字中国研究院(福建) 福州福建350108 福州大学空间数据挖掘与信息共享教育部重点实验室福州福建350002 福州大学地理空间信息技术国家地方联合工程技术研究中心福州福建350002

为了探究多情景下土地利用演变与生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)的特征及两者间的差异性,以龙岩市为例,基于2005、2010、2015和2020年的4期土地利用数据,运用混合元胞自动机(mixed-cell cellular automata,mcca)模型模... 详细信息

为了探究多情景下土地利用演变与生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)的特征及两者间的差异性,以龙岩市为例,基于2005、2010、2015和2020年的4期土地利用数据,运用混合元胞自动机(mixed-cell cellular automata,mcca)模型模拟2035年龙岩市土地利用格局,并采用当量因子法计算分析了历年以来和未来情景下ESV。结果显示:2005—2020年龙岩市林地和耕地面积总体上呈下降趋势,分别减少了10590.33 hm^(2)、4183.63 hm^(2),水域面积小幅度上升,建设用地面积增长迅速;龙岩市ESV在2005—2020年整体上呈现出下降态势,累计减少4.15亿元;在城市发展和耕地保护情景下,2035年龙岩市ESV较2020年分别损失了6.52亿元和4.30亿元;而生态保护情景下,ESV预测为927.43亿元,较2020年上升了0.67亿元,这是由于水域面积的增加使ESV得到了有效提高。因此,生态保护情景是符合未来发展趋势的理想土地利用空间格局。

关键词：土地利用演变 mcca模型 ESV 龙岩市

基于mcca的上海市土地利用结构变化预测及分析

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国土与自然资源研究 2022年第3期 33-35页

作者：朱北宇周侗南通大学地理科学学院江苏南通226007 南通大学经济与管理学院江苏南通226019

城市土地利用结构的模拟预测,能够有效推测城市各类用地的增减趋势,支持城市的区域规划及政策制定。本文基于四期土地利用数据,结合社会经济与环境数据,运用mcca模型预测了上海市2025年和2035年土地利用结构变化与分布情况。结果表明,... 详细信息

城市土地利用结构的模拟预测,能够有效推测城市各类用地的增减趋势,支持城市的区域规划及政策制定。本文基于四期土地利用数据,结合社会经济与环境数据,运用mcca模型预测了上海市2025年和2035年土地利用结构变化与分布情况。结果表明,建设用地未来将沿着“南—北”与“东南—西北”两条轴线向外扩张,建设用地的增加将会导致耕地总量降低,造成上海市土地利用多样性的持续下降。参照预测结果,本文从严守耕地红线,完善城市功能布局以及提高生态环境质量等三方面提出建议,以期实现上海市土地利用结构的优化。

关键词：土地利用 mcca模型模拟预测