磴口县景观格局AES—LPI—CA模型演化模拟

以内蒙古巴彦淖尔市磴口县为研究区,在LPI-CA-Markov模型的基础上构建AES-LPI-CA模型,利用人工内分泌系统(AES)调整元胞自动机邻域中中心元胞的转移概率,并基于磴口县2000年与2007年景观格局数据对县域2014年景观格局进行模拟,将该模型模拟结果与LPI-CA-Markov模型、CA-Markov模型的模拟结果进行对比,结果显示3种模型模拟结果的KIA(Kappa index of agreement,以2014年实际景观分布为参照)依次为0.823 6、0.785 5、0.768 2,AES-LPI-CA模型显示了较高模拟精度。     

基于MAS-LCM的沙漠化空间模拟方法研究

以干旱区典型城市磴口县为研究区,利用1995—2015年每隔5年的Landsat TM影像通过遥感解译获取研究区20年的各等级沙漠化空间分布,利用GIS空间分析和重心迁移模型分析沙漠化景观时空变化趋势。并以2010年沙漠化分类数据为基期年数据,利用Logistic元胞自动机(Cellular automata-Markov,CA-Markov)模型(简称LCM)并引入多智能体系统(Multi-agent system,MAS)模型修正转移规则,预测2015年沙漠化分类情况及其空间分布格局。研究结果表明:磴口县20年间重度及极重度沙漠化面积减小,轻度沙漠化景观面积逐渐增大,其中2015年的非沙漠化景观达到37.09%,各类型沙漠化重心远离磴口县城,呈现良好态势。引入MAS模型的CA-Markov预测模型能够显著提升模型的模拟精度,所预测的2015年数据结果 Kappa系数达到0.62,高于CA-Markov模型模拟结果,能较好预测干旱区沙漠化分布情况,为沙漠化监管与治理提供了技术支持。     

基于MCR-ANN-CA模型的包头市生态用地演变模拟

以内蒙古自治区包头市为研究区,耦合最小累积阻力(MCR)模型、人工神经网络(ANN)和元胞自动机(CA)构建MCR-ANN-CA模型。利用MCR模型量化包头市各用地类型演变为生态用地时的阻力,构建CA适宜性规则;利用ANN模型提取CA邻域转换规则,基于包头市2006、2011年土地利用数据及归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、水体距离、人口密度多项数据,对2016年生态用地演变情景进行模拟,以2016年实际生态用地分布为参照,将该模型模拟结果与CA-Markov模型的模拟结果进行对比(以2016年实际景观分布为参照),结果显示,两种模型模拟结果的卡帕一致性指数(Kappa index of agreement,KIA)分别为0. 89和0. 87,相对误差分别为3. 10%和5. 31%,MCR-ANN-CA模型显示了较高的模拟精度。     

天山西部山区土地利用变化预测

为更好地研究土地利用动态变化,利用1990年、2000年和2010年三期土地利用数据,运用马尔科夫模型分析了1990-2000年和2000-2010年的天山西部山区土地利用变化格局,基于2000年的土地利用数据和1990-2000年的转换规则,利用CA-Markov模型预测研究区2010年的土地利用情况,将2010年实际土地利用情况和模拟的情况进行对比,得出Kappa指数的值是0.956 6,模型符合预测精度;故基于2010年的土地利用数据和2000-2010年的转换规则,利用CA-Markov模型预测出研究区2020年的土地利用情况。得出如下结论:1经过对比2010年土地利用实际值与模拟值后发现CA-Markov模型在预测方面精度较高且在研究区具有一定的适用性;22010-2020年间,随着城市化的发展、水利工程的建设及退耕还草,使得草地和水域的利用面积有所增加,而耕地、林地、未利用土地和城市、工矿、居民用地的面积有所减少,草地依然是土地利用的主要构成。     

基于EnKF-MCRP模型的生态用地扩张模拟研究

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,基于2002、2007、2012、2015年4期遥感影像解译数据,将数据同化技术引入生态源地的变化模拟中,考虑生态障碍和生态阻力构建En KF-MCRP模型,进行磴口县生态用地的变化模拟。结果表明,引入数据同化技术的En KF-CA/Markov模型的模拟总精度达到82.4%,数据同化能够减少误差的积累。根据扩展能力磴口县生态源地共分为5个等级,其中3、4、5级生态源地的空间布局形成东北-西南、西北-西南的沙漠化防护格局。引入生态源地变化的En KF-MCRP模型的生态用地扩张模拟精度最高,生态用地面积与空间布局最接近实际情况,方差达到0.4。此研究可为当前以及未来的生态用地规划和管理提供科学根据。     

基于CLUE-S模型的煤矿城市土地利用变化模拟

以淮南市为研究区,选择1985、1995、2005、2016年土地利用数据,在分析土地利用动态变化特征的基础上,利用CLUE-S模型模拟预测了未来土地利用格局。结果表明：1985—2016年,研究区耕地面积减少11.62%;建设用地和水体面积百分比分别增加7.98个百分点和4.29个百分点。2005—2016年是各地类变化最强烈的阶段,其综合土地利用动态度最大,为13.46%。建设用地变化速率最快,其土地利用动态度为5.19%。土地转移主要发生在耕地、水体和建设用地之间,以耕地向建设用地和水体的转换为主。耕地转为建设用地的面积达207.61 km²,新增水体集中分布在潘谢矿区。加入空间自相关性和土壤质量因子后,耕地和建设用地的Logistics回归效果显著改善,ROC分别增加0.201和0.133。年均降水量是影响耕地变化的主要驱动因子,与耕地分布概率呈负相关;而建设用地变化主要驱动因子为GDP。土地利用模拟的Kappa系数为0.74,CLUE-S模型在研究区域具有较好的模拟能力。运用CLUE-S模型预测了研究区2028、2034、2040年土地利用空间分布,未来...     

基于DE-PSO模型的土地资源优化配置研究

以丹江流域（河南段）2008、2018年Landsat遥感影像数据为主要数据源,采用差分演化算法对研究区2028年的土地利用结构进行优化,并对优化结果进行分析验证,然后将得到的土地利用结构优化结果作为数量约束条件嵌入粒子群算法,设置基本栅格、空间集聚度、土地类型转换、地形坡度规则等多种约束条件进行粒子更新优化,构建了土地资源优化配置的DE-PSO模型。研究结果表明,优化后的2028年土地利用空间格局与研究区实际相符合,且优化后的土地利用空间集聚程度增加,土地利用空间格局在总体上趋于合理;水域面积由406.61km2增长到448.07km2,主要表现为丹江口库区库容扩大,其发展趋势符合丹江口水库调水规划和水源地相关政策;模型总体精度为89.54%,Kappa系数为0.8593,说明建立的模型具有良好的性能。研究结果可为研究区土地资源可持续利用、水源地保护与管理、生态环境保护提供科学依据。     

土地利用数据精度对泾河上游区径流模拟影响研究

作为SWAT模型基础数据之一的土地利用数据的空间精度的不同会对模型模拟产生一定的影响。为了更好地了解土地利用数据空间精度对模型模拟的具体影响,以泾川三站以上的泾河流域为研究区域。选用3种常见的不同空间分辨率、分类系统的土地利用数据集(Land 1、Land 2、Land 3)构建SWAT模型,选用模型评价指标ENS、R2,模拟泾川三站1980-1990年共11年的月径流量。其中,率定期为1980-1988年,验证期为1989-1990年,分析比较各数据集对应的模型模拟结果。研究结果表明:①3种土地利用/覆被数据集均在泾河上游区的适用性良好,就模拟结果来说,Land 2数据集的模拟效果最好,率定期(1980-1988年)的ENS、R2分别为0.73、0.74;验证期(1989-1990年)分别为0.55、0.73;②水文响应单元HRUs划分的个数可能跟输入模型的土地利用/覆被数据集的空间精度有关,且输入数据空间精度越高,划分的HRUs数量越多;③输入土地利用数据的分类精度对模型敏感性参数的影响高于空间分辨率对模型敏感性参数的影响;④输入土地利用数据的精度与模拟结果之间的关系并不是随数据精度高低而变化的简单线性关系;水文响应单元HRUs的划分数量对于模型模拟结果的影响大于土地利用分类精度对模型模拟结果的影响。研究成果对于研究区土地利用数据的选用有较高的研究意义。     

基于DE-PSO模型的土地资源优化配置研究

以丹江流域（河南段）2008、2018年Landsat遥感影像数据为主要数据源,采用差分演化算法对研究区2028年的土地利用结构进行优化,并对优化结果进行分析验证,然后将得到的土地利用结构优化结果作为数量约束条件嵌入粒子群算法,设置基本栅格、空间集聚度、土地类型转换、地形坡度规则等多种约束条件进行粒子更新优化,构建了土地资源优化配置的DE-PSO模型。研究结果表明,优化后的2028年土地利用空间格局与研究区实际相符合,且优化后的土地利用空间集聚程度增加,土地利用空间格局在总体上趋于合理;水域面积由406.61 km²增长到448.07 km²,主要表现为丹江口库区库容扩大,其发展趋势符合丹江口水库调水规划和水源地相关政策;模型总体精度为89.54%,Kappa系数为0.859 3,说明建立的模型具有良好的性能。研究结果可为研究区土地资源可持续利用、水源地保护与管理、生态环境保护提供科学依据。     

基于EnKF-3DVar模型的海淀区地表温度模拟

以城市化程度较深的北京市海淀区为研究区,基于2005年、2010年和2015年的遥感影像数据,利用基于影像(IB)的算法反演城市地表温度空间分布。将数据同化算法EnKF-3DVar与CA/Markov模型集成,将海淀区的多年平均臭氧浓度空间分布数据同化进行城市地表温度的模拟预测。结果表明海淀区的城市地表温度10年间呈现先下降后上升的趋势,但总体呈现下降趋势,其中2015年的平均温度为31.139 3℃。引入EnKF-3DVar的预测模型能够显著提升模型的模拟精度,所预测的2015年的数据结果 Kappa系数达到0.821 6。在有城市公园绿地的模式下,地表温度高值区呈现缓解趋势,在无城市绿地公园的模式下,城市地表温度高值区呈现出明显的扩张趋势,最高温度达到了56.142 3℃,城市生态绿地对于城市地表温度的空间分布影响巨大,合理布局城市绿地公园意义重大。     

磴口县地下水空间异质性分析及其对景观格局变化的响应

应用地统计学和地理信息系统方法,分析内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县地下水埋深对景观格局演变的响应。首先,通过半变异函数模型分析了磴口县地下水埋深的空间异质性特征,进而利用克里金插值对研究区2008、2016年的地下水埋深空间分布进行了拟合;其次,基于磴口县2008年与2016年的景观格局分布数据,研究了其景观格局演变特点;最后利用GIS叠加分析手段,将地下水埋深变化与景观格局演变数据进行耦合,分析了地下水埋深对景观格局演变的响应机制。研究结果如下：①空间上,磴口县地下水埋深大体遵循由东北向西南逐渐加深的趋势,研究时段内其空间异质性呈上升趋势,空间异质性中的随机扰动增强。②县域主要景观类型为林地,其次为沙地、裸地与水体,研究时段内建筑用地与水体增加明显,耕地与沙地略有减少。③景观格局演变对地下水埋深有较明显的影响,建筑用地的扩张使其加深,地表灌溉系统的不断完善使其上升。总体来看,磴口县地下水资源利用效率有较明显的提高。     

磴口县生态网络多情景模拟研究

复杂生态网络是近年来区域生态环境可持续研究的热点。以2016年磴口县的遥感影像数据、DEM数据等为研究素材,提出生态库伦力的概念并基于力导向算法构建生态网络多情景模拟模型,结合最小累积阻力面模型设置多个情景模式对磴口县现状生态网络的演化进行研究。研究结果表明:随着(1.0,0)模式到(0,1.0)模式的转换,生态源地斑块栅格逐渐消失,骨架廊道逐渐出现断裂;在(0,1.0)模式下生态网络遭到极大破坏,现状条件下若进行大规模土地经济开发会对生态网络造成极大的破坏;但在(0.9,0.1)模式下,虽沙漠边缘处出现破坏,但是在样圆内部生态网络却出现扩张,在现有自然资源的约束下,磴口县仍有发展经济的空间,但空间不大。本研究所提出的多情景模拟模型适用于生态网络的演化分析。     

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区,以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础,引入集合卡尔曼滤波(En KF)数据同化将其优化作为主变量,以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数(NDVI)数据为协变量,进行协同克里金插值,同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明:三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致,南部沙漠地区整体较高,在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著,平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果,其中平均误差仅为0.270 5 m。与普通克里金插值方法相比,协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用,精度明显提高,平均误差减小0.409 7 m,均方根误差减小0.078 4 m,平均标准误差减小1.016 7 m。     

基于多模型的黑河中游甘临高地区土地利用情景模拟

混合元胞自动机（Mixed-cell cellular automata,MCCA）模型改进了传统的元胞自动机（Cellular automata,CA）模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临高地区（甘州区、临泽县和高台县）的适用性;之后分别采用多目标线性规划（Multiple-objective programming,MOP）模型、普通线性回归模型预测得到2035年可持续发展（Sustainable development,SUD）情景、基本发展（Basic development,BAD）情景中不同地类面积数值,然后将面积输入MCCA模型中进行不同情景的土地利用空间结构可视化,并开展对比研究。结果表明：各项精度评价指标均表明MCCA模型的模拟精度较高,Kappa系数、混合元胞质量系数（Mixed-cell figure of merit,mcFoM）和平均相对熵（Relative entropy,RE）分别为0.886、0.261和0.508,优于基于纯净元胞的斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation model,PLUS）模型,因此MCCA模型适用于研究区土地利用结构模拟。2035年SUD情景中林地范围明显高于BAD情景,生态效益较BAD情景增速快,建设用地和耕地适度扩张,综合效益增速较快。该结果表明耦合MOP和MCCA模型模拟的土地利用优化配置方案能够更好地协调经济与环境的关系,既有利于经济快速发展,又能保护生态环境和维持社会稳定。     

基于多场景模型的沙漠-绿洲交错带林草生态网络模拟

沙漠的迅速扩张对生态脆弱地区的社会经济和环境构成了巨大威胁。选取位于沙漠绿洲地区的内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县作为研究区,以遥感影像数据和DEM数据为基础,设置11种发展策略,利用引力模型和MCR模型构建了森林-草地生态网络(FG生态网络)多场景仿真模型,提取出不同发展策略下的生态网络,并利用复杂网络理论分析了11种发展策略中网络的拓扑结构和统计特征。结果表明,发展策略的不同会造成不同的生态基质,本文构建的模型可以模拟受基质变化影响的斑块之间的相互作用。随着发展策略中经济发展的比重增加,研究区内连接生态斑块的生态网络逐渐遭到破坏,部分生态斑块之间的连接方式发生了变化,并且网络连通性和核数、平均节点连接数等指标呈下降趋势。(0. 9,0. 1)发展策略中网络密度略有增加,而其他策略中网络密度随经济发展比重的增加而逐渐减小。经济发展不一定导致该地区生态环境恶化,在现有自然条件下,研究区仍有经济发展空间,但发展空间有限。识别出36个关键生态节点,识别出研究区骨架廊道总长度为1 236. 89 km。建议加强关键生态节点、骨架廊道的生态建设与保护,实行较严格的生态管控措施。     

基于多源Sentinel数据的县域冬小麦种植面积提取

冬小麦是我国主要的粮食作物之一,及时准确地获取冬小麦种植面积对农业政策的制定具有重要意义。以河南省扶沟县为研究区域,以多生育期Sentinel-1A和Sentinel-2A/B遥感影像为数据源,构建光谱特征、植被特征和极化特征的多生育期数据集,分析各类地物的特征曲线,采用随机森林算法对单生育期单传感器、单生育期多传感器、多生育期单传感器和多生育期多传感器的遥感影像进行精细分类,实现县域冬小麦制图。结果显示：单生育期的雷达影像无法满足制图要求,拔节期的总体精度最高,仅为62.9%,多生育期雷达影像分类精度达到81.9%,基本满足制图要求;单生育期的光学影像和融合影像在成熟期的精度最高,总体精度分别为93.4%和95.1%,Kappa系数分别为92.4%和94.8%,可以绘制较为精准的冬小麦分布图;多生育期融合影像绘制的扶沟县2019年冬小麦空间分布图,总体精度为96.8%,结果最优。研究结果表明融合的多生育期遥感影像可以为县域冬小麦种植面积的提取提供技术依据。     

基于复杂网络分析法的空间生态网络结构研究

以荒漠绿洲区典型县域磴口县为研究区,将复杂网络分析方法中的点格局分析方法、网络骨架的提取算法和空间结构鲁棒性指标根据实际空间生态网络的特点进行改造,对研究区的空间复杂生态网络的结构进行分析。研究结果表明:7种类型的生态源地节点在较小尺度下均呈现聚集的空间分布格局,随着尺度的增大,逐渐呈现随机分布,最后呈现均匀分布,这种分布特征保证了小尺度和大尺度上生态网络的稳定。水网廊道的密度范围为0~1.46,路网廊道的密度范围为0~2.27,改造Kruskal算法识别出的骨架廊道符合实际情况。现状生态网络初始的连接鲁棒性仅为0.73,优化后生态网络的连接鲁棒性达到1。经过生态节点布局优化后的生态网络节点和边的抗打击破坏能力、恢复能力增强。     

基于NDVI-NSSI空间与HSV变换的成熟期农作物遥感识别

成熟期农作物的识别在农作物种植面积估算、农业生产及产量统计方面具有重要作用。为提供一种简便的成熟期农作物遥感识别方法，利用Sentinel-2A数据，以安徽省滁州市凤阳县为研究区，通过归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)与归一化光谱分离指数(Normalized spectral separation index, NSSI)构成的空间，提取光合植被、非光合植被、裸土的纯端元，由像元三分模型，得到非光合植被覆盖度及成熟期农作物的空间分布。为进一步提取研究区内具有相同成熟期的冬小麦与油菜，利用油菜开花期Sentinel-2A数据，由Hue saturation value(HSV)图像变换方法，分别提取出成熟期冬小麦与油菜。与地面观测数据和辅助数据相比，提取的成熟区冬小麦、油菜的总体精度为95.34%,Kappa系数为0.904,高于支持向量机方法(总体精度91.66%,Kappa系数为0.813)与决策树方法(总体精度92.39%,Kappa系数为0.838)的提取精度。结果表明，NDVI-NSSI空间与HSV变换相...     

概念性水文模型在灌区水资源供需分析中的应用

建立概念性水文模型并应用概念水文模型模拟了新疆墨玉县灌区水资源供需状况 ,经与观测资料对比和当地工程技术人员实际经验判断表明 ,该结果基本符合实际。其优越性在于 :可通过观测资料和实践经验检验模拟结果的可靠性 ,从而分析水资源历史供需状况 ,具有较高可信性。     

基于GIS的辽阳县耕地地力评价研究

采用综合指数法对辽阳县耕地地力进行评价。样点数共计4176个,在GIS支持下,将辽阳县土壤图、行政区划图、土地利用现状图进行叠加分析,确定评价单元6933个,采喟模糊评价、特尔斐法、层次分析法等,对土壤管理、耕层养分形状、耕层理化性状、剖面性状这4方面12个影响因子进行分析,并建立耕地地力评价体系及其模型。结果表明：全县耕地地力等级可分为5等,其中,一等地有7181．92hm2,二等地有28570．76hm2,三等地有41425．70hm2、四等地有14778．67hm2,五等地有4873．65hm2,分别占辽阳县耕地总面积的7．42％、29．51％、42．78％、15．26％和5．03％。