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随机森林算法在区域生态旅游适宜性评价中的应用研究

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地球信息科学学报 2024年第2期26卷 318-331页

作者：谭翠黄钦杨波李涛雷济华湖南师范大学地理科学学院长沙410081 地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081

生态旅游适宜性评价是评估生态旅游发展潜力、制定生态旅游规划和进行生态旅游开发的基础和重要参照。本文引入机器学习方法,从方法可行性、数据映射和预测实现等方面进行探讨,应用随机森林算法对湖南武陵山片区生态旅游适宜性展开实证... 详细信息

生态旅游适宜性评价是评估生态旅游发展潜力、制定生态旅游规划和进行生态旅游开发的基础和重要参照。本文引入机器学习方法,从方法可行性、数据映射和预测实现等方面进行探讨,应用随机森林算法对湖南武陵山片区生态旅游适宜性展开实证研究。湖南武陵山片区旅游资源丰富,脱贫后亟需开展生态旅游来巩固拓展脱贫攻坚成果实现与乡村振兴有效衔接以及促进可持续发展。研究结果表明:(1)将机器学习算法引入到区域生态旅游适宜性评价领域作为一种新方法,可为之后改进生态旅游适宜性评价方法提供新思路与新方案;(2)随机森林算法可以有效应用在区域生态旅游适宜性评价方面,可作为适宜性评价研究的一种新方法,模型优化后的平均测试精度达86.49%,受试者工作特征曲线(ROC)与坐标围成的面积(AUC)达0.95,评价结果能够准确反映湖南武陵山片区生态旅游适宜性程度;(3)特征重要性排序结果显示土地利用类型影响最大,占比达到28.98%,人口密度、距景点距离和生物丰富度等因子的影响也较大,分别为16.34%、12.2%和10.65%,在进行生态旅游开发时应重点考虑这些因素;(4)生态旅游适宜性结果表明,高度适宜与适度适宜区占比高,研究区生态旅游开发潜力大。根据不同适宜性结果提出不同的开发方向:高度适宜区走保护性开发模式,打造体验-教育型生态旅游;适度适宜区走联合性开发模式,打造支撑型生态旅游;边际适宜区走限制性开发模式;不适宜区应当禁止开发。针对研究结果提出“两中心一带一板块”开发策略,可为武陵山片区进行生态旅游开发及巩固脱贫成果提供理论和技术指导。

关键词：生态旅游随机森林适宜性评价武陵山片区机器学习多源空间数据潜力评估可持续发展

基于XGBoost算法的亚热带地区生态旅游适宜性评价方法研究

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地球信息科学学报 2024年第2期26卷 303-317页

作者：黄钦谭翠杨波湖南师范大学地理科学学院长沙410081 湖南师范大学地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081 东风高级中学十堰442011

近年来,随着公众环境保护意识的提升,追求人与自然和谐共生的生态旅游方式越来越受到人们的普遍关注。面对丰富多样的生态旅游资源及国内生态旅游的供需矛盾,如何在大保护的前提下有序开发、合理利用,将“绿水青山”科学、合理地转化为... 详细信息

近年来,随着公众环境保护意识的提升,追求人与自然和谐共生的生态旅游方式越来越受到人们的普遍关注。面对丰富多样的生态旅游资源及国内生态旅游的供需矛盾,如何在大保护的前提下有序开发、合理利用,将“绿水青山”科学、合理地转化为“金山银山”是现阶段亟需面对和解决的重大问题。本文以神农架林区为例,基于多源地理空间数据,运用XGBoost算法对其生态旅游适宜性进行评估,得出如下结论:(1)基于XGBoost算法的生态旅游适宜性评价模型融合了机器学习技术与数据挖掘思想并取得了良好的分类效果,模型在10折交叉验证下的整体分类精度为89.44%,同时兼有良好的召回率(89.68%),F1分数为0.874 5,兼顾了精确度和召回率,模型AUC值为0.959 3,模型整体分类性能表现优秀;(2)根据特征重要性排序结果,生态环境要素NDVI(26.86%)、年平均气温(11.61%)和社会经济因素距道路距离(8.90%)对模型贡献度最高,位列所有特征前3位;(3)生态旅游适宜性分类结果表明,神农架林区整体生态旅游资源丰富,高度适宜区、中度适宜区、边际适宜区和不适宜区的覆盖面积分别占林区总面积的44.13%、15.93%、11.89%和28.05%。本文研究方法突破了传统生态旅游适宜性评估方法主观性较强的局限,立足于数据挖掘思想和机器学习技术解决实际问题,可为区域国土空间规划、乡村振兴战略和生态旅游资源整合提供决策依据。

关键词：生态旅游适宜性评价 XGBoost算法机器学习亚热带地区多源地理空间数据神农架林区可持续发展

耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响——以常德市为例

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第2期32卷 330-343页

作者：文高辉黄丹妮谢依林胡贤辉湖南师范大学地理科学学院长沙410081 地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081

提高水稻生产生态效率是协同实现保障粮食产量稳增长与减少粮食生产环境损耗双目标的关键路径,耕地作为农业生产活动最基本的生产资料之一,探索耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响对促进农业适度规模化经营和耕地可持续利用具有... 详细信息

提高水稻生产生态效率是协同实现保障粮食产量稳增长与减少粮食生产环境损耗双目标的关键路径,耕地作为农业生产活动最基本的生产资料之一,探索耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响对促进农业适度规模化经营和耕地可持续利用具有重要意义。本文基于粮食生产微观主体——农户的视角,从理论上揭示耕地经营规模对农户水稻生产生态效率的影响,并利用常德市416份农户问卷调查数据,运用随机前沿分析法构建效率测算模型和影响模型进行实证检验。研究表明:农户耕地规模化水平和水稻生产生态效率均有待提升,样本农户中较小规模农户数量最多,占总样本的94.95%,较小规模农户仍是农业生产的主力;农户水稻生产生态效率均值为0.830,还存在0.170的提升空间。耕地经营规模对农户水稻生产生态效率有显著影响,二者并非简单线性关系而是呈“倒U型”关系,且拐点所在区间为1.2~1.4 hm2;农户水稻生产生态效率还受到户主受教育程度、抚养比、农业收入占比的显著正向影响和户主年龄的显著负向影响。因此,应在尊重较小规模农户将长期存在这一现实的基础上,进一步推进耕地适度规模经营并培育新型农户,以促进水稻生产生态效率提高。

关键词：水稻生产耕地规模经营生态效率随机前沿模型农户

基于县域尺度的乡村韧性测量及其影响因素分析——以湖南省为例

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世界地理研究 2024年第6期33卷 128-140页

作者：宋关东唐承丽周国华湖南师范大学地理科学学院长沙410081 湖南师范大学地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081

从抵御与吸收能力、恢复与适应能力、创新与转型能力三个维度构建乡村韧性测度指标体系,以湖南省101个县(市、区)为研究单元,以2012—2020年为研究时段,运用TOPSIS、灰色关联分析法,测度湖南省乡村韧性水平,分析其影响因素。结果表明:(1... 详细信息

从抵御与吸收能力、恢复与适应能力、创新与转型能力三个维度构建乡村韧性测度指标体系,以湖南省101个县(市、区)为研究单元,以2012—2020年为研究时段,运用TOPSIS、灰色关联分析法,测度湖南省乡村韧性水平,分析其影响因素。结果表明:(1)研究期内,湖南省乡村韧性稳步提升,但整体韧性水平仍然不高,抵御与吸收能力、恢复与适应能力提升明显,创新与转型能力变化幅度较小,水平一直较低,成为湖南省乡村韧性的短板;(2)在空间格局上,湖南省乡村韧性的空间分布存在明显分异,韧性水平与所在城市的经济社会发展水平较为一致,呈现出长株潭城市群地区乡村韧性水平高,湘南地区、洞庭湖地区次之,湘西地区最低的格局;(3)从影响因素来看,经济发展水平、社会结构对乡村韧性影响较大。针对湖南省区域之间韧性水平差异的现状,应因地制宜,根据区域不同特点,把握影响乡村韧性的关键因子,采取针对性措施来提升乡村韧性整体水平。

关键词：乡村韧性指标体系影响因素湖南省县域

“山—水—城”空间格局的分析框架与研究展望

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地理学报 2024年第6期79卷 1478-1502页

作者：王华周国华赵万民吴国华湖南师范大学地理科学学院长沙410081 地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081 湖南师范大学城乡转型过程与效应重点实验室长沙410081 自然资源部南方丘陵区自然资源监测监管重点实验室长沙410118 重庆大学建筑城规学院重庆400023

山地丘陵地区城镇化过程中,城市快速扩张与无序生长造成的自然山水环境破坏、山水人文特色渐失与人地矛盾加剧,成为城市可持续发展面临的突出问题。治山、治水、治城一体推进,既是新型城镇化建设与美丽中国建设的实践需要,也是城市空间... 详细信息

山地丘陵地区城镇化过程中,城市快速扩张与无序生长造成的自然山水环境破坏、山水人文特色渐失与人地矛盾加剧,成为城市可持续发展面临的突出问题。治山、治水、治城一体推进,既是新型城镇化建设与美丽中国建设的实践需要,也是城市空间重构与绿色低碳转型的重要支撑。在这种背景下,城市空间生长与山水环境相互影响、相互作用的综合探讨要求采取融贯的综合研究范式,即将城市物质空间形态、自然山水生态网络与山水人文空间秩序的组织关系及作用机理进行系统探讨。“山—水—城”空间格局是指城市人工环境与自然山水环境交互适应所形成的空间组织关系,强调城市空间、自然与人文要素的综合作用。基于此,本文试图探明“山—水—城”空间格局研究的理论脉络与现实需求,从空间、自然与人文互动的综合视角,解析“山—水—城”空间格局的概念内涵,阐明“山—水—城”空间格局的构成因素、层级尺度与形成机制,进而探索“山—水—城”空间格局的分析框架并进行研究展望。“山—水—城”空间格局研究,应重点分析“山—水—城”空间格局的时空过程、主控要素与演化规律,阐释“山—水—城”空间格局形成与演化的驱动机制、组织模式及综合效应,探索“山—水—城”空间格局的治理方式与调控路径,以期促进“山—水—城”空间格局的共生发展。

关键词： “山—水—城” 空间格局分析框架空间组织关系形成机制

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湘江流域农村居民点时空演变特征及影响因素研究

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水土保持研究 2024年第6期 344-353页

作者：孙字祥胡涛李超民杨凤玲周楷淳湖南师范大学地理科学学院湖南省第二测绘院湖南师范大学地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室

[目的]探究多因素驱动下湘江流域农村居民点空间格局的形成过程，为农村土地资源配置优化研究提供理论依据，并为村庄规划与建设提供科学指导。[方法]借助景观格局指数、核密度分析、空间自相关分析以及时空地理加权回归模型探究湘江流... 详细信息

[目的]探究多因素驱动下湘江流域农村居民点空间格局的形成过程，为农村土地资源配置优化研究提供理论依据，并为村庄规划与建设提供科学指导。[方法]借助景观格局指数、核密度分析、空间自相关分析以及时空地理加权回归模型探究湘江流域2000—2020年农村居民点时空演变特征及影响因素。[结果](1)湘江流域农村居民点主要集中在长株潭和衡永郴周边地区，其余区域分布较少，主要呈现“平原密集，山地稀疏”的特征。(2)湘江流域农村居民点用地增长明显，其破碎化速度有所减缓，形状规则程度有所提升，且呈现出显著的集聚趋势。(3)农村居民点的数量与面积在空间上的集聚特征较为相似，高—高集聚类型与低—低集聚类型的空间分布位置相对稳定，但低—低集聚类型逐渐缩减。平均形状指数的空间集聚特征表现为高—低集聚范围不断扩大，集聚特征明显增强，而低—低集聚特征有所减弱。(4)各因素对不同地区农村居民点的影响程度差异逐渐缩小，而农作物播种面积始终是影响农村居民点分布的主导因素。[结论]在多重因素的共同影响下，湘江流域农村居民点用地布局与结构形态不断优化，人居环境得到明显改善，建议发展非农经济的同时重视农业发展以及农村建设。

关键词：农村居民点景观格局指数空间自相关时空地理加权回归农作物播种面积湘江流域

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不同种植设施背景蔬菜作物无人机高光谱精细分类

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遥感学报 2024年第1期28卷 280-292页

作者：胡顺石杨斌黄英岑奕戚文超湖南师范大学地理科学学院长沙410081 地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081 中国科学院空天信息创新研究院北京100101

中国蔬菜产业规模大、产值高,是促进农民增收和农村农业经济发展的支柱产业。快速准确地获取区域尺度蔬菜种植结构信息对于农业现代化、自动化和精细化等具有重要意义。无人机高光谱遥感技术具有快速机动灵活和“图谱合一”的优势,在作... 详细信息

中国蔬菜产业规模大、产值高,是促进农民增收和农村农业经济发展的支柱产业。快速准确地获取区域尺度蔬菜种植结构信息对于农业现代化、自动化和精细化等具有重要意义。无人机高光谱遥感技术具有快速机动灵活和“图谱合一”的优势,在作物精细分类中具有广泛应用前景。然而蔬菜作物种植规模差异大、农业景观破碎度高,同时还受地膜、大棚和防鸟网覆盖等影响,无人机高光谱图像易产生严重的混合光谱效应,给蔬菜作物精细分类带来了极大的挑战。针对此问题,本研究以湖南省农科院高桥科研基地蔬菜种植区为例,获取无人机高光谱图像,探索采用支持向量机和深度学习方法对不同蔬菜作物进行精细分类。研究结果表明:基于无人机高光谱遥感数据,可以实现不同覆盖背景下的蔬菜作物精细分类;两大分类方法的平均总体精度分别为78.03%和90.75%,平均Kappa系数分别为0.7359和0.8887,相较于支持向量机方法,基于深度学习的分类方法获得的精细分类效果更加理想,三维卷积神经网络和引入注意力机制的卷积神经网络可以有效提取图像中的光谱—空间特征信息,在蔬菜作物精细分类中体现出更好的分类效果;蔬菜作物在大尺度地块上空间纹理特征明显,而在小地块尺度上差异较大,宜采用不同深度学习方法对其进行精细分类;不同覆盖背景与蔬菜作物产生混合光谱效应,对作物精细分类效果影响显著。

关键词：精细分类蔬菜作物无人机高光谱大棚地膜

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面向地理流的双变量时空扫描统计方法

测绘科学 2024年第1期49卷 204-215页

作者：王钰辉阳孟杰周梦杰周楷淳湖南师范大学地理科学学院长沙410081 地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室长沙410081 湖南师范大学“城乡转型过程与效应”重点实验室长沙410081

针对现有的地理流双变量异常聚类方法忽视了时间维度的问题,提出面向地理流的双变量时空扫描统计方法。先构建面向地理流的多尺度时空扫描窗口;通过伯努利模型下的扫描统计量检测窗口中是否存在异常流簇,采用蒙特卡洛模拟方法检验扫描... 详细信息

针对现有的地理流双变量异常聚类方法忽视了时间维度的问题,提出面向地理流的双变量时空扫描统计方法。先构建面向地理流的多尺度时空扫描窗口;通过伯努利模型下的扫描统计量检测窗口中是否存在异常流簇,采用蒙特卡洛模拟方法检验扫描统计量的统计显著性;筛选一系列时空分布无重叠的异常流簇。应用该方法识别厦门市网约车流和巡游车流的时空异常流簇,以发现两类出租车竞争模式的时空格局。结果表明:巡游车流占优簇常发生在凌晨,分布在娱乐、餐饮、住宿等场所;网约车流占优簇常发生在上午或傍晚,分布在办公地点与居住地之间。该方法挖掘的结果能够发现异常流簇准确的时空分布特征,可为城市交通规划提供支持。

关键词：地理流双变量异常流聚类时空扫描统计时空分布差异

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传统民居脆弱性：内涵、评价及案例分析

湖南师范大学自然科学学报 2024年

作者：胡晓慧何峰张诗语周国华湖南师范大学城乡转型过程与效应重点实验室地理空间大数据挖掘与应用湖南省重点实验室湖南师范大学地理科学学院

开展传统民居脆弱性的系统研究和定量测度，可为传统民居的精准保护和可持续发展提供理论支撑及实践指导。本文从脆弱性理论出发，通过探究传统民居脆弱性概念内涵及分析框架来构建传统民居的脆弱性定量评价指标体系，并以岳阳县张谷英... 详细信息

开展传统民居脆弱性的系统研究和定量测度，可为传统民居的精准保护和可持续发展提供理论支撑及实践指导。本文从脆弱性理论出发，通过探究传统民居脆弱性概念内涵及分析框架来构建传统民居的脆弱性定量评价指标体系，并以岳阳县张谷英大屋和钟家湾大屋为例，比较分析了两处传统民居的脆弱性等级、致脆差异因子及成因。研究表明：（1）暴露性、敏感性和适应能力作为传统民居脆弱性的关键构成要素，通过彼此之间的内在联系、相互影响共同作用于传统民居脆弱性系统。（2）两处传统民居的脆弱性水平存在明显差异：张谷英大屋处于“微脆弱”等级，钟家湾大屋处于“强脆弱”等级。分维度来看，张谷英大屋的敏感性低于钟家湾大屋，暴露性略高于钟家湾大屋，适应能力远高于钟家湾大屋。（3）两处传统民居的脆弱性成因不同：物质要素老化、旅游开发扰动和社会力量保护利用性投入不足是使张谷英大屋呈现“微脆弱”状态的重要影响因素；而物质要素损毁、传统文化式微、乡村建设压力、居民保护意识薄弱、政府保护性投入少等构成钟家湾大屋“强脆弱”的重要致脆因子。（4）通过案例比较分析发现，本文构建的指标体系对传统民居脆弱性水平评价具有较好的适用性和区分度，其结果对揭示传统民居脆弱性程度和关键致脆因子具有较好的解释力。

关键词：传统民居脆弱性定量评价张谷英大屋钟家湾大屋