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基于最优供需分配的公共设施空间可达性分析

地理学报 2022年第4期77卷 1028-1038页

作者：翟石艳何新新孔云峰罗静静宋根鑫河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475000 河南大学地理与环境学院开封475004

空间可达性是衡量公共服务设施公平性的重要指标,在医疗、教育、休闲等公共服务的布局规划中得到广泛应用。然而已有设施服务可达性模型难以充分反映服务供需关系,计算指标也缺乏物理意义。本文提出新的最优供需分配的公共设施空间可达... 详细信息

空间可达性是衡量公共服务设施公平性的重要指标,在医疗、教育、休闲等公共服务的布局规划中得到广泛应用。然而已有设施服务可达性模型难以充分反映服务供需关系,计算指标也缺乏物理意义。本文提出新的最优供需分配的公共设施空间可达性计算方法(OSD)取代现有方法。该方法基于最优供需分配模型,将设施服务分配给需求者,根据分配结果计算空间可达性指标。给定服务设施与需求的空间分布,以最小化旅行成本为目标,顾及设施服务能力,采用经典的运输问题模型确定最优的服务供需分配方案,进而度量服务的空间可达性。以郑州市金水区社区卫生服务为例,求解25个中心与1333个居住小区的最优服务配置。使用最优配置结果确定每个设施的服务范围、每个居住小区使用服务的旅行时间,以及特定时间阈值的服务覆盖比率。与流行的两步移动搜索法相比,新方法的计算指标具有明确的物理意义。本文提出的可达性评价方法无需参数,计算高效,结果易于解释,在公共服务评价及设施布局规划方面具有应用潜力。

关键词：公共服务空间可达性最优供需分配案例研究

中国南北过渡带土壤碳氮空间特征及暖温带与亚热带界限

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地理学报 2021年第9期76卷 2269-2282页

作者：张俊华朱连奇李国栋赵芳秦静婷河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004 河南大学地理与环境学院开封475004

秦巴山区是中国南北过渡带的主体,过渡带分界划分在学界一直存在争议,确定和改进划分指标对构建中国生态地理格局有重要作用。土壤作为过渡带的核心部分,其关键指标的空间分布及变异机制对识别过渡效应和区域特征有指示作用。本文基于... 详细信息

秦巴山区是中国南北过渡带的主体,过渡带分界划分在学界一直存在争议,确定和改进划分指标对构建中国生态地理格局有重要作用。土壤作为过渡带的核心部分,其关键指标的空间分布及变异机制对识别过渡效应和区域特征有指示作用。本文基于土壤二普资料,采用空间模拟和地统计方法分析土壤有机碳/全氮空间特征及与主要自然地理要素的关系。结果显示,秦巴山区有机碳/全氮含量空间分布趋势一致,存在3个高值区、1个次高值区和1个低值区。高值区分布在秦岭、大巴山高海拔区域和嘉陵江以西山地,含量分别为15.03~71.04 g/kg、1782.61~7710.00 mg/kg;低值区沿秦岭北坡的渭河谷地、南五台山和伏牛山分布,含量分别为0.64~6.50 g/kg、110.00~885.96 mg/kg;次高值区主要在汉江两侧、秦巴山地之间海拔<1000 m及嘉陵江两侧略高于1000 m的山体,含量介于以上二者之间,自西向东呈南北向宽幅逐渐增大的"喇叭状"趋势。综合考虑地形—植被—气候作用,发现秦岭南坡—大巴山北坡有机碳/全氮次高值区分布范围与1000 m等高线、暖温带落叶阔叶林带(含常绿成分)和亚热带常绿落叶阔叶混交林带上限、1月0℃等温线、7月24℃等温线较一致,区内1月、7月、季节和全年气温变化较小,各季降雨变幅大,该区是亚热带向暖温带过渡的主体,北界大致沿都江堰—茂县—平武—文县和秦岭南坡1000 m等高线分布,南以都江堰—北川—青川和大巴山北坡1000 m等高线为界。有机碳/全氮空间变化为亚热带—暖温带的划界提供一定依据,进一步识别典型区土壤过程及生态效应,将全面揭示土壤多维过渡特征及其变异机理。

关键词：南北过渡带土壤有机碳全氮地形植被气候分界线

黄河泥沙冲/沉积区土壤有机碳不同组分空间特征及变异机制

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地理学报 2020年第3期75卷 558-570页

作者：张俊华李国栋王岩松朱连奇赵文亮丁亚鹏黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室河南大学开封475004 河南大学环境与规划学院开封475004

黄河泥沙是黄河下游陆地地貌类型形成的物质来源,泥沙沉积改变了地表土壤结构和有机碳含量水平。基于室内外实验和空间地统计分析方法,文中对开封-周口土壤有机碳组分的空间特征和影响因素进行了分析。在0~100 cm土壤中TOC、AOC、NOC的... 详细信息

黄河泥沙是黄河下游陆地地貌类型形成的物质来源,泥沙沉积改变了地表土壤结构和有机碳含量水平。基于室内外实验和空间地统计分析方法,文中对开封-周口土壤有机碳组分的空间特征和影响因素进行了分析。在0~100 cm土壤中TOC、AOC、NOC的含量分别为0.05~30.03 g/kg、0.01~8.86 g/kg和0.02~23.36 g/kg,表层0~20 cm的TOC、AOC、NOC高于下层,同一土层中TOC的变化幅度和含量差异性最大,AOC最小,NOC介于二者之间。NOC的含量对TOC的贡献大于AOC。空间地统计学研究显示,TOC、AOC、NOC的块金系数在0.50~0.67之间,具有中等程度的空间相关性,TOC、AOC、NOC的含量受结构因素和随机因素的共同作用,且二者的作用强度接近。空间上,自表层向下层,土壤TOC、AOC和NOC的整体变化趋势较为一致,高值区与低值区之间过渡明显,NOC和AOC的含量及空间变化能较好地反映TOC的空间变化和碳积累区域。分析发现,黄河泥沙冲/沉积区分布、农业耕作过程和耕作历史是影响区内土壤有机碳及其组成含量和空间分布的主要因素,而有机物的输入量、土壤颗粒物组成及二者的动态关系是影响土壤结构体形成和有机碳含量的关键因素,提高有机物的含量和改善土壤结构是提升土壤质量、实现区内农业持续发展的有效途径。

关键词：土壤有机碳黄河泥沙空间特征耕作历史

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中美俄加陆域碳汇对人为增温的消减贡献

地理学报 2021年第1期76卷 167-177页

作者：崔耀平李楠付一鸣陈良雨河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004 河南大学环境与规划学院开封475004

作为主要的气候强迫因子,CO2与人类活动密切相关,但很多研究往往忽视了陆地生态系统碳汇对人为排放CO2增温的消减作用。俄罗斯、加拿大、中国和美国是世界上地域面积最大、且社会经济处于不同发展阶段的4个国家,将短时期内CO2排放所引... 详细信息

作为主要的气候强迫因子,CO2与人类活动密切相关,但很多研究往往忽视了陆地生态系统碳汇对人为排放CO2增温的消减作用。俄罗斯、加拿大、中国和美国是世界上地域面积最大、且社会经济处于不同发展阶段的4个国家,将短时期内CO2排放所引起的辐射强迫进行量化分析,对于评估人为和自然因素对气候的影响非常重要。本文基于CO2同化数据,利用"碳一气候"参数化方案,在分析人为碳排放及其气候效应的同时,考虑陆地生态系统碳汇的气候效应,进而得到4个国家的全球辐射强迫。结果显示:①2000-2016年,4个国家人为排放的CO2均呈明显增加趋势(0.125 Pg Ca^(-1)),但陆地生态系统的碳汇作用也不断增强(0.003 Pg Ca^(-1));其中,中美两国总的人为碳排放占了4个国家的87.19%,而俄罗斯陆地生态系统的吸收碳能力最强,总量达14.69 Pg C。②截至2016年,陆地生态系统的降温效应达-0.013 Wm^(-2),可消减人为碳排放增温效应的45.06%。充分说明若不考虑陆地生态系统,将会明显高估人为碳排放的增温效应。③整体上,相对于2000年和工业革命前的CO2浓度水平,4个国家总的人为碳排放分别贡献了0.32 W m^(-2)和0.42 W m^(-2)的全球辐射强迫。本文还进一步探讨了温度与辐射强迫的线性关系,相对于单一的人为或者自然因素而言,综合两者的辐射强迫,与相应时段的气温变化可解释度最高,达30.3%。

关键词：温室气体辐射强迫人为碳排放陆地生态系统消减作用

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长三角地区城市化空间关联特征及内在机制

地理学报 2020年第6期75卷 1301-1315页

作者：崔耀平刘玄李东阳邓晴心徐佳宁石欣瑜秦耀辰黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004 河南大学环境与规划学院开封475004

中国正处于城市化快速发展阶段,但当前研究在综合反映城市化的时空特征时,往往忽略区域城市间的空间关联及其演化过程,无法有效地揭示区域城市间的相互影响和内在机制。基于空间极化及扩散理论和系统分析方法,剖析了长三角地区城市化的... 详细信息

中国正处于城市化快速发展阶段,但当前研究在综合反映城市化的时空特征时,往往忽略区域城市间的空间关联及其演化过程,无法有效地揭示区域城市间的相互影响和内在机制。基于空间极化及扩散理论和系统分析方法,剖析了长三角地区城市化的空间演化过程。结果显示:①1995-2015年间长三角地区城市化的规模等级特征明显,作为区域增长极,上海处于第一等级,南京、杭州、苏州为第二等级;城市化空间关联指数也表明,以上海、苏州、杭州等10个城市构成区域最为密集的空间联系网络。②研究时段内,城市化过程中空间极化和空间扩散同时存在,且空间极化的城市往往会进入新的扩散阶段,以南京、杭州等城市表现最为明显。该结果证实了各城市间在不同发展阶段具有不同的空间作用关系。本文还探讨了区域城市化的驱动机制,表明区域内产业升级和转移是形成空间极化或扩散作用的主要内生动力。本研究可为区域发展规划提供重要的科学支撑。

关键词：空间极化空间扩散时空演化城市首位度区域辐射

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城市社区便民服务中心选址模型研究

地球信息科学学报 2023年第11期25卷 2164-2177页

作者：关亚宾马瑞孔云峰河南大学地理与环境学院开封475004 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004

15分钟生活圈是以人为本城市社区建设的基本需求,也是绿色、低碳、可持续城市的发展方向。然而,生活圈服务设施布局规划存在诸多挑战,如需要建设多少设施,生活圈半径内人群覆盖率能否达标,以及如何提升服务公平性?鉴于现有的区位问题难... 详细信息

15分钟生活圈是以人为本城市社区建设的基本需求,也是绿色、低碳、可持续城市的发展方向。然而,生活圈服务设施布局规划存在诸多挑战,如需要建设多少设施,生活圈半径内人群覆盖率能否达标,以及如何提升服务公平性?鉴于现有的区位问题难以直接解决这些问题,本文引入设施最大服务半径和推荐服务半径覆盖人群达标率指标,将经典的单源设施区位问题(SSCFLP)改进为规划参数驱动的区位问题(DC-CFLP),用于生活圈公共服务设施布局规划,尝试解决上述难题。相较于SSCFLP,新模型增加了3个规划参数,满足设施选址需求;在模型中使用软约束条件,对违背设施容量、最大服务距离和覆盖人群达标率的情况进行惩罚,使模型在实际应用中具有灵活性。选择郑州市郑东新区为案例区域,进行社区便民服务中心选址规划实验。依据区域现状及2035年控制性详细规划,设置3组规划参数,通过模型求解获得相应的选址方案。结果表明:设置不同的规划参数,新模型能够以最少的设施实现服务供需均衡,最大限度地满足服务半径达标率要求,也较好兼顾了服务成本、可及性和公平性。为验证本模型的优越性,与SSCFLP和CPMP模型相比,DC-CFLP模型更适合城市生活圈服务设施布局规划,满足实际规划需求,兼具理论意义和实用价值。

关键词：社区生活圈便民服务中心设施选址区位模型规划参数案例研究基尼系数控制性详细规划

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基于迭代局部搜索的区划问题算法研究

地球信息科学学报 2022年第9期24卷 1730-1741页

作者：孔云峰河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475000 河南大学地理与环境学院开封475000

区划问题是将特定地理区域划分为若干空间连续的分区,满足分区内差异最小和分区间差异最大这一基本原则,广泛应用于地理、环境、生态、经济、农业、城市等领域。1960s以来,学者尝试建立各种区划问题数学模型,设计了一系列的求解算法,代... 详细信息

区划问题是将特定地理区域划分为若干空间连续的分区,满足分区内差异最小和分区间差异最大这一基本原则,广泛应用于地理、环境、生态、经济、农业、城市等领域。1960s以来,学者尝试建立各种区划问题数学模型,设计了一系列的求解算法,代表性的算法主要有:AZP、ARISEL、SKATER和REDCAP。本文提出了一个基于迭代局部搜索(ILS)的区划问题算法,进一步提升算法性能。该算法主要机制包括:邻域单元移动搜索改进分区质量;参照中心单元快速计算分区方差,提升算法速度;使用扰动机制跳出当前解局部最优状态;更新分区中心点提升分区方案目标值;使用群搜索探索更大的解空间;以及算法各步骤中通过分区空间连续判断和破碎修复保持分区空间连续。55个基准案例测试表明:ILS算法求解质量优于ARISEL和SKATER算法。一个多指标气候分区实验也表明:ILS算法求解质量优于SKATER、REDCAP和ARISEL算法。

关键词：区划区划问题目标函数迭代局部搜索基准测试案例研究

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公共服务空间公平性区位问题研究进展与展望

地球信息科学学报 2024年第4期26卷 915-926页

作者：连晨晨张广利孔云峰翟石艳河南大学地理与环境学院开封475004 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004

兼顾公平与效率的公共服务规划受到学术界、决策者和公众的长期关注。本文从公共服务设施布局规划的角度,对空间公平性区位问题研究进行了回顾和展望。首先,在辨析公共服务公平性概念的基础上,总结了空间公平性的度量指标。其次,根据空... 详细信息

兼顾公平与效率的公共服务规划受到学术界、决策者和公众的长期关注。本文从公共服务设施布局规划的角度,对空间公平性区位问题研究进行了回顾和展望。首先,在辨析公共服务公平性概念的基础上,总结了空间公平性的度量指标。其次,根据空间公平性区位问题的建模原理,将建模途径划分为3类:直接使用公平性指标,构建单目标优化模型、多目标优化模型,或带公平性约束条件的优化模型;根据罗尔斯“无知之幕”公平正义性原则,使用有序距离加权函数构建有序中值问题模型;以及遵循社会学“不公平厌恶”原理,构建能够权衡公平与效率的公平聚合目标函数。一般地,能否找到“公平有效”的设施布局方案是空间公平性建模的一般准则,构建严格满足或“弱满足”不公平厌恶聚合函数是区位建模的技术途径。最后,对空间公平性区位建模进行了展望:引入距离阈值,简化有序距离加权函数,并将其一般化;证明了新函数是单调函数,且“弱满足”Pigou-Dalton转移规则;讨论了使用新函数改进P中值问题的可行性。

关键词：公共服务区位问题空间公平性数学模型公平聚合函数空间妒忌 Pigou-Dalton转移规则改进P中值问题

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河岸植被对坡面径流侵蚀产沙的阻控效果

农业工程学报 2018年第13期34卷 170-178页

作者：赵清贺冀晓玉徐珊珊吴长松河南大学环境与规划学院开封475004 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004

河岸植被在流域水土保持与非点源污染控制方面具有重要作用。为探究河岸植被阻控坡面径流侵蚀产沙效果及其影响因素,该文通过野外模拟径流冲刷试验,定量分析了北江干流河岸植被阻控坡面径流和侵蚀产沙的特征,探讨了河岸植被对径流与泥... 详细信息

河岸植被在流域水土保持与非点源污染控制方面具有重要作用。为探究河岸植被阻控坡面径流侵蚀产沙效果及其影响因素,该文通过野外模拟径流冲刷试验,定量分析了北江干流河岸植被阻控坡面径流和侵蚀产沙的特征,探讨了河岸植被对径流与泥沙相互关系的影响以及河岸植被阻控效果与坡度和放水强度的关系。结果表明,(1)植被的存在延迟了坡面初始产流时间、降低了坡面径流系数、减弱了径流侵蚀力,放水强度和坡度越大,坡面产流时间越早、径流系数越大、植被对径流的拦截效果越低,其中,植被对不同坡度上径流系数的平均阻控效果分别为3.35%、3.36%、4.28%和3.17%,对不同放水强度下径流系数的平均阻控效果分别21.69%、17.40%和10.01%,对坡面径流侵蚀力的阻控效果分别为60.00%、32.23%、27.29%和22.76%;(2)植被坡对坡面累积泥沙量的阻控效果分别为60.14%、32.83%、24.19%和20.86%,植被的存在可以有效提高土壤的抗侵蚀能力并减少侵蚀产沙量和降低侵蚀泥沙中值粒径,植被阻控泥沙的效果大于其阻控径流的效果;(3)相关性分析表明,产流时间与累积泥沙量、粒径均呈显著负相关,植被的存在一定程度上改变了退流时间与两者之间的关系;径流系数、径流侵蚀力与累积泥沙量、粒径均呈显著正相关;植被对累积泥沙量和径流侵蚀力的阻控效果与随坡度和放水强度的增加而降低。综上,河岸植被对坡面径流和泥沙具有不同的阻控效果,且受坡度和放水强度影响显著,研究结果可为流域水土保持与河岸植被建设提供支持。

关键词：植被侵蚀径流坡面河岸带北江