50年来太湖水网地区城市化空间过程的监测与模拟 Ⅰ宜兴城区城市用地扩展的遥感监测

长期以来,由于历史数据的缺乏,很难获得解放后我国城市扩展的完整过程。本研究在遥感、地理信息系统技术支持下,采用7个时期的航空图片和卫星数据,分别对宜兴市194 9、196 6、1981、1984、1992、1996和2 0 0 0年的城区范围和耕地被占用情况进行监测。结果表明,5 0多年来宜兴城区面积从1 5km2 扩展到13 5km2 ,翻了3番多;城市扩展过程呈现两个阶段,即194 9～1984年的缓慢扩展阶段和1985～2 0 0 0年的快速扩展阶段,前一阶段年均扩展速度仅3% ,而后一阶段年均扩展速度达到2 1% ;各个时期城市扩展占用的土地中90 %以上是高质量的耕地,表明城市扩展成为耕地流失的主要因素之一。相关分析显示,城市扩展与工业发展关系最密切,工业发展为城区扩展提供了动力,而城区面积与第三产业比重的相关系数在三个产业中是最高的,表明宜兴城区成为该县第三产业的主要聚集地。从空间扩展过程来看,宜兴城区1984年以前沿着老城区零散填充式扩展,此后沿着公路快速扩展,并逐渐呈块状填充式扩展。由于宜兴处于苏南水网发达地区,水系严重制约了城市扩展的方向,而道路和桥梁建设则导引城市扩展方向     

遥感及CA模型支持下的吉隆坡及其周边地区城市扩展分析与预测

利用长时间序列高分辨率Landsat TM影像,对吉隆坡及其周边地区城市扩展模式特征及驱动机制进行了分析,确定了其影响因子和限制因素,并基于CA模型原理对该研究区的城市扩展进行了模拟与预测.结果表明.吉隆坡及其周边地区城市扩展一直处于多经济核心支持下的中高速扩展阶段.吉隆坡内部的填充式扩展模式在整个城市扩展期间受周边的集中式扩展影响较大.在地形、经济及行政政策的交互影响下,研究区的扩展方向主要为西北、南、东南方向,其中以南部的城市扩展在各个时期最为突出.     

基于GIS和RS的德令哈市城市扩展研究

借助RS和GIS技术,对德令哈市1989年TM影像数据、1999年ETM影像数据和2009年土地利用现状图进行分析处理,采用人机交互目视解译法提取德令哈市建成区边界图,并将3个时期的建成区范围图叠加;然后从城市扩展强度、重心坐标转移、紧凑度指数、分形维数指数以及城市扩展弹性系数等角度对德令哈市建成区的空间扩展状况进行分析;结果显示:1989—1999年、1999—2009年这两个阶段,德令哈市建成区的面积都在增加,但是1999—2009年,建成区面积的扩展速度和强度都大于1989—1999年;建成区重心坐标第一阶段向西北方向偏移,第二阶段向南偏移,紧凑度指数偏小,并逐渐减小,分形维数指数比合理值1.12大很多,城市空间演变形态趋于复杂;城市扩展弹性系数偏大,并有上升趋势,城市人口增加与城区面积扩展不协调。德令哈市在未来的发展中,需要注重城市内部建设用地填充,合理控制外延扩展规模,尽力确保城市形态紧凑发展。     

城市扩展下的重庆都市区NDMI响应特征研究

城市扩展伴随着生态系统的变化,归一化水汽指数(NDMI)是监测区域旱情程度的重要指标之一,研究城市扩展进程中NDMI的响应特征具重要价值和意义。采用重庆都市区1988~2010年多光谱TM遥感数据,利用分布指数、转移矩阵、重心迁移模型等研究方法,将图谱分析与城市扩展规模影响程度相结合,研究城市扩展与NDMI响应关系。研究结果表明:城市扩展与NDMI空间分布特征呈现出明显相关性;随着城市建设用地扩展,1级、2级、3级NDMI时空响应最为活跃;重庆都市区环境治理理念已从事后修复逐步提升到事前防御;对于建成区域内的环境修复应从1级NDMI分布区域入手。研究结论旨在为重庆环境监测相关部门和城市规划建设选址提供参考和依据。     

碳中和目标下河北省土地利用碳排放格局演变与多情景模拟

分析和优化土地利用碳排放的格局演变可以为构建低碳排放的国土空间格局、助力碳中和战略目标实现提供参考和借鉴。该研究利用土地利用类型、能源消耗和农业活动碳排放系数法,基于GIS软件和PLUS模型核算了河北省2000—2020年土地利用直接碳排放、间接碳排放和净碳排放量及空间格局演变,模拟了自然发展、碳增汇优先发展和碳减排优先发展3种情景下河北省2030和2060年土地利用格局,并核算了生态系统增汇管理下不同情景土地利用碳排放量,结果表明：1）研究期间河北省土地利用直接碳排放量基本保持稳定,表现为碳吸收;土地利用间接碳排放量和土地利用净碳排放量呈现持续增加趋势,但增加速度明显下降。2）研究期间碳吸收区域和中净碳排放栅格单元空间上呈现收缩趋势,低净碳排放、中高净碳排放和高净碳排放栅格单元空间上呈现扩张趋势。碳吸收区域和低净碳排放栅格单元占比最大,但净碳排放主要产生在中高净碳排放区域和高净碳排放栅格单元。3）碳增汇优先发展情景下,林草地分布范围更广,在环渤海区域水域数量明显增加,土地利用直接碳排放绝对值最大。碳减排优先情景下石家庄、唐山、保定等大城市中心城区向外扩张的范围略有收缩,建设用地集约效果有一定体现,土地利用净碳排放值最小。碳减排是未来实现碳中和战略的根本。     

城市土地集约利用与用地扩展研究

城市扩展与城市土地集约利用存在内在联系。以干旱区绿洲城市乌鲁木齐的城市扩展特征为出发点,研究城市扩展与城市用地集约化间的动态相关性,评价城市对土地利用压力的响应能力。结果表明在1990—2014年,乌鲁木齐城市用地扩展呈现从缓慢扩展到快速扩展,再到中速扩展的特点;各时期城市用地紧凑度小,分形维数大,建设用地分布分散,城市用地的增加主要依靠于城区用地向内部的填充;对应时期内的城市土地集约利用水平呈现波动上升的特点,在近10年来城市用地集约化显著;经相关分析得出:城市用地的集约化与城市建成区面积的扩展速度关系不大,但受城市扩展的空间形态影响较大,建成区分散度、破碎度越大,则城市用地越趋于集约化发展。城市扩展与城市用地集约化二者的耦合关系可反映出一段时间内城市土地利用的效率或对用地压力的响应程度:当城市扩展强度土地集约利用率,说明在城市化进程中存在土地浪费现象;当城市扩展强度土地集约利用率,说明城市土地利用高效,应以经济—社会—生态三者协调发展为原则开展合理的城市土地集约利用。     

基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法

县域监测样点布局是反映耕地质量等级变化的基础,样本点布设的质量直接影响到耕地质量监测的结果和精度。因此,该文提出了基于空间平衡法的县域耕地质量监测布样方法,对影响耕地质量监测成本和精度的主要因素进行分析,选取样本点距离道路远近、样本点所在位置坡度高低和自然质量各等别样本容量3个方面综合生成包含概率栅格图层,图层中的像元值指总体单元中一个单元相对于其他单元被抽中的相对概率,在此基础上,运用空间平衡算法对包含概率栅格层进行空间改造,抽样选取监测样点,以平均Kriging预测标准差和监测样本点距县级主要道路的平均距离作为优化评价准则,将该方法与传统抽样方法进行比较分析。以江西省吉安县为例,全县布设78个监测样点,结果表明,当样点数量相同时,该方法相较传统布样方法在抽样精度和抽样成本方面均有一定的优势,能有效地监测耕地质量变化,满足县域耕地质量监测的需求。     

天津城市用地时空扩展研究

利用中国科学院资源与环境数据中心提供的关于天津市20世纪80年代中期,90年代中期,2000年度3期1:10万土地利用数据,以GIS为制图和数据提取的分析手段,通过引入城市扩展速度、强度、重心坐标、紧凑度、分维数、弹性系数等指标,研究了天津城市扩展的时空规律,形态特征,与人口、经济发展之间的协调关系以及对周边土地利用的影响.结果表明,天津城市用地扩展的时空分异特征明显,城市核心区扩展依然以西北一东南走向为主要轴向,北运河一海河轴向扩展一直是城市扩展的主轴.改革开放后滨海轴扩展速度也在加快.城市扩展过程中紧凑度数值先降低后稍有增加,空间形态由向着趋于不稳定状态发展而趋向稳定.城市扩展先是远慢于城市人口的增长,后来则大大快于城市人口的增长,出现了城市增长速度与人口增长速度之间不协调现象.面积-GDP弹性系数有上升的趋势,此时段经济的年均变化率远远超过了城市扩展的年均变化率.城市建成区面积的扩展对耕地的影响最大,其次是林地、草地、水域及未利用地等其它土地.     

不同比例尺农田土壤碳库模拟的最佳栅格单元分辨率

基于太湖地区1∶50 000、1∶1 000 000、1∶14 000 000三种比例尺土壤矢量图斑单元以及通过上述矢量图斑单元转换生成的不同分辨率的栅格单元,在1982年水稻土土壤有机碳库的基础上,利用DNDC(Denitrification-Decomposition)模型模拟了2000年水稻土表层(0~20 cm)土壤有机碳库,对比分析了不同分辨率栅格单元与3种比例尺矢量图斑单元的水稻土类型数量、面积、表层土壤有机碳储量以及有机碳密度的变化特征,并以矢量图斑单元获得的这4个指标结果为基准,用相对变异百分数(VIV)来判别基于三种比例尺DNDC模型模拟的最佳栅格单元分辨率。结果表明,在4个指标的│VIV│1%前提下,基于1∶50 000、1∶1 000 000、1∶14 000 000三种比例尺的最佳栅格模拟单元分辨率分别为0.2 km×0.2 km、2 km×2 km、17 km×17 km,既能保证模型模拟过程中的精度要求,又可以避免数据冗余,提高模拟效率。建立的土壤碳库模拟研究的比例尺与其最佳栅格单元分辨率对应转换关系,对区域土壤碳模拟研究具有重要参考价值。     

基于多源遥感数据的奎屯市城市扩展分析

采用Landsat TM,ETM⁺和ALOS/AVNIR-2遥感影像,获取城市用地信息,并计算出城市扩展速度、扩展强度指数、紧凑度、分形维数及弹性系数,从而对奎屯市城市扩展变化进行综合分析。结果表明:奎屯市城市扩展明显、城市用地规模扩大,扩大的城市用地主要由草地和未利用地转移而来;城市扩展强度指数1989—2000年、2000—2010年间分别为9.69%和9.72%;城市空间格局由外延式逐渐向填充式转变;弹性系数低于1.12,人口增长速度高于城市扩展增长速度;紧凑度逐渐减少,分形维数逐渐增大,城市结构松散、形态不规则、复杂化。依据分析结果提出了发展边界区域,使城市和人口增长速度协调的建议。     

1990-2015年阿克苏市建设用地的扩展与驱动力

[目的]探讨新疆阿克苏市建设用地扩展特征及其驱动因素和存在的问题,为绿洲城市发展和建设决策提供一定的利用依据。[方法]以1990,2000,2010,2015年的Landsat TM/ETM⁺卫星遥感影像为数据源,借用ENVI进行监督分类,得出阿克苏市4个时间段的建设用地、耕地、林地、水体、未利用地等信息。应用建设用地扩展强度、速度,重心坐标转移、紧凑度、弹性系数等指标,研究阿克苏市建设用地变化规律。[结果]1990年建设用地面积为18.34 km²,2015年建设用地面积为91.61 km²,25 a里总扩展面积为73.24 km²,净增加了1990年的4倍。建设用地扩展中主要占用的土地类型为未利用地和耕地,面积分别为43.84,28.04 km²。建设用地重心坐标向EN,WS,WS方向迁移,靠近交通路线移动。1990-2000年重心坐标移动距离不大,移动距离为243.7 m。2000-2010年移动距离为832.2 m。2000-2015年移动距离最大（为1 568.2 m）,扩展形状为面状和条带状。建设用地外围紧凑度一直呈下降趋势,从1990年的0.201下降到2015年的0.066,城市空间形态越来越复杂。[结论]阿克苏市1990-2015年建设用地不断往外扩展。阿克苏市建设用地扩展速度在研究期间一直高于人口增长速度,而两者之间差距不断扩大,弹性系数为1990-2000年2.3,2010-2015年10.13,城市扩展与人口增长高度不合理。非农业人口因子、经济因子、政策因子、交通因子是引起阿克苏市土地利用变化最主要的驱动因素。     

哈尔滨市城市边缘区建设用地时空扩展过程分析

基于1976,1989,2001和2007年遥感影像资料,利用人机交互解译方法提取了哈尔滨市城市边缘区建设用地分布信息,借助地理信息系统技术的统计分析功能和空间分析功能,分析了哈尔滨城市边缘区建设用地扩展的数量特征和空间变异特征.结果表明,1976-2007年的31 a间,哈尔滨市边缘区城市建设用地面积持续增加,其中2001-2007年间的城市扩展规模和速度最大;从建设用地的景观格局特征来看,1976-2001年以斑块数增加,紧凑度减小的分散扩展为主,2001年后以斑块数减少,紧凑度增大的扩展模式为主;哈尔滨市城市边缘区建设用地扩展具有明显的空间分异特征,这种特征表现在不同时段城市建设用地扩展的方向不同.     

设施农业环境监控网络扩展

随着设施农业的发展,环境监控网络不断扩大,由于RS-485总线具有结构简单、使用方便、通信距离和数据传输速率适当及可靠性较高等特点在农业环境监控中得到广泛应用。但TIA、EIA-485规定一个连接最多可以有32个单位负载,为解决环境监控网络节点多于32个的问题,该文研究了基于单片机AT89C51的RS-485总线网络扩展方法,可以根据实际需要把RS－485总线扩展至4支路、8支路和12支路,该设计十分简单,成本也比较低,电路运行稳定可靠。     

新疆绿洲城市扩展与空间形态变化分析

绿洲城市是绿洲内人类生产、生活的集聚中心,也是人地关系最为敏感的区域.绿洲城市的空间形态及其变化的动力机制都显示出与其它地区不同的特征.其复杂性和多样性对城市形态学的理论研究具有特殊价值.研究基于1990年、2000年和2007年Landsat遥感影像,借助GIS手段.以新疆18个绿洲城市为研究对象,定量分析了干旱区典型绿洲城市近20年城市扩展与空间形态变化的时空特征.结果表明:(1)新疆绿洲城市扩展速度与强度均较高的主要位于天山北坡地区,较低的主要集中在东疆和南疆.总体而言,扩展速度与强度值低于中东部城市.(2)乌鲁木齐等位于山前凹陷带、山前盆地或地形复杂老绿洲的城市具有较高的分维数;而年轻城市大多在平原地区,分维数较低,结构紧凑.(3)1990-2000年,城市扩展与非农业人口增长之间的关系协调度不足,2000年后得到有效改善.绿洲城市人均建设用地面积普遍略大于国家标准,弹性系数较低的城市应适度扩展;弹性系数较高的城市应放缓扩展速度.     

面向地表过程模拟的降雨径流模型开发与应用

降雨径流是流域地表过程的主要驱动力,是众多地表模型的基础。该文在充分考虑流域气象及下垫面等要素空间异质性的基础上,提出了一个面向地表过程模拟的、基于DEM的分布式次降雨径流模型。模型将流域离散为栅格计算单元,并按水流特性将栅格划分为坡面单元和河网单元;模型考虑了降雨、植被截流和入渗等产流过程,利用运动波分级汇流的方式进行汇流演算。模型在江西躁口水流域进行了检验和应用。结果表明：该模型模拟的流量过程精度较高;模拟的径流深度及径流搬运力的空间分布符合水文规律。模型结构简洁、参数较少,具有较好的实用价值;为土壤侵蚀及非点源污染等以流路为基础的复杂地表过程研究奠定了基础。     

银川市近30年城市扩展时空演变

应用1991年、1999年、2006年、2011年和2017年五期Landsat TM/ETM/OLI影像数据,在遥感和地理信息系统软件支持下,人机交互提取5个时期银川市建成区边界,通过城市空间扩展强度、重心坐标、紧凑度指数和分形维数等指标,对银川市城市空间扩展的时空演变特征进行了定量分析。结果表明:（1）时序上,除1991—1999年慢速扩展外,其余3个时段都为快速扩展期,扩展强度为20.32%,扩展速率7.88 km²/a,至2017年银川市建成区面积净增了204.96 km²,为1991年的6.29倍。（2）空间格局上,银川市建成区由“东、西分离”扩展成“整体发展”,城市重心总体往东南偏移,扩展的主要方位在东南、正东,分别增加了45.44 km²,41.49 km²,而正南、正北扩展较少,仅增加6.26 km²,8.05 km²。（3）城市形态上,紧凑度逐渐增加,由0.17上升到0.32,分形维数逐渐减小,由1.71下降至1.25,说明在研究期间,扩展以内部和边缘填充为主,随着城市的扩展银川市空间形态日趋简单,稳定。     

基于栅格的分布式SCS产流模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,构建了一个基于栅格的分布式SCS产流模型,该改进模型能够较好地考虑流域下垫面的空间分布及降雨空间分布的不均匀性,并将其应用到实际的流域中.模拟结果表明,改进后的基于栅格的SCS模型比原始的SCS模型的模拟精度明显提高.在共44场降雨中,产流模拟精度达到85%以上的场次由原来的12场提高到26场.并且通过该改进模型可以得出次降雨的空间分布式的产流分布图,可为流域的水管理提供更为准确的产流信息.     

近35年苏南典型地区的城镇扩展动态研究——以1966～2001年常熟市为例

利用常熟市不同时期 (1 966、1 984、1 992、1 999、2 0 0 0、2 0 0 1年 )、不同类型卫星遥感影像 (Corona、TM、SPOT、ETM )进行多波段合成 ,图像增强处理与精校正 ,建立不同影像城镇用地解译标志 ,通过人机交互判读 ,获得不同时期的各乡镇城镇用地矢量图的方法。统计出 35年来常熟市城镇建设用地扩大近 6 .4倍。城镇扩展空间上受到地貌条件和城市经济水平以及政策决策影响 ,城镇多数沿河流或交通线方向扩展 ,各城镇间扩展数量和相对速率有明显差异 ,且存在一定地理分布规律。结合社会经济的统计资料 ,分析发现城镇扩展与不断增加的城镇人口、GDP极显著相关 ,各乡镇单位城镇面积创造的GDP有较大的差异。     

三峡库区耕地城镇化及城镇扩展测度

根据1975、1987、1995、2000和2005年的遥感影像解译出的城镇用地数据,分析了城镇扩展过程中耕地占用的规律,采用城镇用地扩展强度、城镇用地扩展极核、城镇用地扩展类型、城镇用地扩展紧凑度、城镇用地分维数等理论模型从数量上对研究区城镇用地的扩展进行了对比分析,然后采用缓冲区分析从空间上对研究区在不同缓冲区带内的扩展轨迹开展了对比分析。研究结果表明耕地占用较多的是重庆市区、渝北区;受重庆市区和渝北区生长极核的影响,邻近区县的扩展强度比较大;总的来看其扩展平稳有序,属紧凑填充式;缓冲区分析对城镇扩展的轨迹研究是有效的,在研究区的第二缓冲带内的城镇扩展的强度是较大的。对研究区1975～2005年期间城镇用地对耕地占用情况及扩展的空间模式的分析,有利于控制未来城镇化对耕地的占用,把握城市化进程所处的阶段及预测城市的未来发展趋势。     

近30年来西安市城市用地扩展时空变化研究

目前,中国快速的城市化引起城市用地扩展时空演变加速,由此而引起的大规模土地利用与土地覆盖变化(LUCC)格外引人关注.以1977、1988、1998和2008年MSS/TM影像为基本数据源,在对西安市城市用地信息提取的基础上,应用GIS空间叠加技术,选择扩展强度指数、紧凑度、分形维数、重心转移指数等景观结构和变化指标,系统地分析了西安市城市用地扩展模式与时空分异特征.结果表明:1977-2008年间西安市城市扩展总面积达312.85km2,年平均扩展速度达9.92 km2,平均扩展强度指数为1.14,呈快速增长态势;城市用地扩展总体格局表现为非紧凑、不稳定性增强、近同心圆扩展与方向分异十分明显的特征,随着城市用地的扩展城市效率有降低的趋势.