基于多智能体的土地利用变化模拟

建立土地利用变化模型,模拟多种情景下的土地利用变化过程,能够为科学的土地利用决策提供辅助支持。以常州市新北区为研究区,从政策特征因子、全局特征因子和空间特征因子3个方面构建土地利用情景特征因子体系;运用多智能体建模方法构建基于主体的土地利用情景模拟模型;设定快、中、慢3种经济社会发展条件下的土地利用情景(I、II、III),模拟研究区2006-2020年土地利用变化。结果表明:3种土地利用类型的空间全局拟合度都相对较高,城镇用地、农村居民点用地和耕地的空间全局拟合度分别为78.45%、99.85%、98.35%;空间变化拟合度较低,分别为55.18%、0.02%、69.11%。在3种土地利用情景下,城镇用地增加面积分别为3788.44、2922.83和2114.64hm2,农村居民点用地减少面积分别为1106.60、858.61和592.35hm2,耕地减少面积分别为5378.72、4817.03和4238.97hm2。说明情景I下城镇化速度较快,城乡用地转换明显,农村居民点整治力度较大;情景II下城镇用地空间扩张和人口增长都减缓速度,耕地资源的流失得到一定程度控制;情景III下城乡用地变化速度显著放缓,耕地资源流失得到有效控制。     

基于CLUE-S模型的矿业城市土地利用格局情景模拟

运用CLUE-S模型对典型矿业城市——双鸭山市辖区进行未来土地利用模拟,基于遥感和地理信息系统技术,通过设定趋势发展、耕地保护、经济建设和生态保护4种情景,模拟了2025年当地不同情景下土地利用变化情况,结果表明:各土地利用类型均通过ROC检验,回归方程拟合程度高。1995年和2005年模拟正确比例分别为88.15%和92.10%,Kappa系数均超过0.75,准确率达到可信的效果。各情景土地利用模拟结果差异明显,在趋势发展下,耕地和其他用地面积持续较少,建设用地增长幅度最大;耕地保护情景下,耕地仍保持下降态势,但速度明显下降,建设用地和工矿用地的扩张趋势有所抑制;经济发展情景下,建设用地面积增长速度显著上升,将大量侵占其周边的耕地和园林地,工矿用地面积增长幅度最大;生态保护情景下,耕地、其他用地和工矿用地面积以不同程度趋势下降,园林地和水域用地面积显著增加。研究结果为当地相关规划的合理编制及土地资源保护提供了参考依据。     

基于CLUE-S模型的矿业城市土地利用变化情景模拟

为了对矿业城市的土地利用情景进行预测,该文以典型矿业城市武安市为例,将 GIS 技术和 CLUE-S （conversion of land use and its effects at small regional extent）模型应用到武安市土地利用变化情景模拟研究中,通过土地利用结构变化、矿业城市土地利用空间分布和驱动因子的定量关系对武安市土地利用变化进行相应约束,设计了趋势发展情景、耕地保护情景、生态安全情景3种模式,生成2020年不同情景方案下土地利用预测图,并对预测结果进行比较分析。研究结果表明：在趋势发展情景下,林地、建筑用地呈现上升趋势,体现了经济发展和环境保护双管齐下的成效,这也与实际情况相吻合;耕地保护情景下,耕地分布制约了建设用地的适度扩张;生态安全情景下,受生态环境政策影响,林地增长趋势明显,工矿用地急剧减少。综合考虑到武安市社会、经济、生态以及耕地保护等多方面的协调发展,研究认为趋势发展情景更为合理,其他2种情景可为趋势发展情景进行适度的修正和补充。该研究为区域土地资源的优化配置提供决策依据,同时研究结果也进一步验证了CLUE-S模型能够较好地模拟预测不同约束条件下矿业城市土地利用空间变化。     

基于Logistic-CA-Markov模型的快速城市化地区土地利用结构变化研究

研究快速城市化地区土地利用结构的变化并预测其未来发展趋势,可以为区域土地合理利用与配置提供参考。利用Logistic-CA-Markov耦合模型研究无锡市2000—2010年的土地利用结构变化,探讨其驱动因子,并区分目前趋势发展、生态环境保护和综合发展3种情景,对研究区2020年土地利用结构进行模拟和预测。结果表明,10 a间无锡市建设用地增加了近一倍,主要来源于耕地;目前趋势发展情景下建设用地扩张仍明显,生态环境保护情景下建设用地不再增加,而综合发展情景下建设用地略有增加,耕地等地类减少不明显。对于无锡市这样的快速城市化地区而言,综合发展情景的模拟结果是比较理想的。     

基于PLUS与InVEST模型的昆明市土地利用变化动态模拟与碳储量评估

[目的]评估不同情景下的土地利用变化与碳储量变化,为优化生态服务与可持续性发展提供科学依据。[方法]基于PLUS模型与InVEST模型,模拟和预测不同情景下的土地利用变化与碳储量。[结果](1)在自然发展与生态保护情景下,土地利用变化相似,耕地、草地、水域减少,建设用地急剧扩张,其中建设用地在自然发展情景下扩张更快,变化率达27.70%;在耕地保护情景下,土地利用变化与其他两种情景不同,这是由于林地面积的减少与建设用地的迅速扩张造成的;(2)昆明市2000,2010,2020年的碳储量分别为3.37×10⁸,3.34×10⁸,3.28×10⁸ t,呈现逐年下降的趋势。到2030年,耕地保护与生态保护相较于自然发展情景碳储量较高,说明采取保护措施,能有效控制碳储量的减少;(3)土地利用变化导致碳储量减少9.15×10⁶ t,土地利用变化与碳储量变化呈现高度一致性。[结论]落实耕地保护、生态保护政策,控制建设用地向耕地、林地的扩张,优化土地利用结构,有利于减缓区域碳储量损失。     

基于Logistic-CA-Markov耦合模型的彬州市LUCC多情景模拟

土地利用变化多情景模拟可为区域的土地规划、生态城市建设和区域生态环境保护提供科学的参考依据。基于彬州市2009年和2019年土地利用数据,运用GIS软件空间分析功能和土地利用动态模型对研究区土地利用变化进行时空分析,从自然因素和社会经济因素中选取7种驱动因子,用Logistic模型进行回归分析,再运用Logistic-CA-Markov耦合模型,以研究区2009年土地利用为基期,模拟2019年土地利用变化并对预测结果精度验证。最后以2019年为基期数据,在自然发展、生态保护和限制城市过度开发3种情景下,预测了2029年研究区土地利用类型的空间格局。结果表明:研究区10年间的土地利用综合动态度为5.57%,土地利用变化显著; 驱动因子的回归分析通过有效性检验,预测2019年土地利用变化的Kappa系数值为0.761 2,预测结果可信。在自然发展情景下,2029年彬州市建设用地面积增长40.54%,耕地和水域面积分别减少27.31%,3.84%,或对研究区的生态平衡造成威胁; 在生态保护和限制城市过度开发两种情景下,建设用地面积得到控制,水域、耕地等生态用地得到保护,有利于彬州市的可持续发展。     

基于Markov-FLUS模型的广西土地利用变化模拟预测

耕地保护是确保粮食安全和社会经济稳定的头等大事,土地利用变化预测分析则是调整耕地保护政策的重要依据。为了探究广西耕地保护工作成效、促进土地资源合理配置,围绕耕地保护,运用Markov-FLUS模型,分别基于非限制性与耕地保护两类情景,预测2025年广西土地利用数量及空间变化状况,对比了两类情景下耕地变化差异。结果表明:(1)广西城市建设效果明显,2005—2015年,城镇用地、交通基础设施用地等其他建设用地面积增长了893 km²,增长率达77.25%。两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,城镇用地面积均保持增长趋势,但耕地保护情景下,其扩张速度受到限制;(2)广西生态保护成效良好,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,林地、草地、水域等生态用地面积均保持增长趋势;(3)广西耕地保护任重道远,2005—2015年,耕地面积减少626 km²,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,耕地面积均延续减少趋势。但耕地保护情景下,耕地面积减少态势得到一定程度遏止;(4)不同发展阶段,影响广西耕地保护的主导因素各异:2005—2015年,交通道路等基础设施建设是影响广西耕地保护的主要因素; 2015—2025年,随着社会经济加速发展,南宁市、桂林市、柳州市以及“钦北防”沿海城市建设用地的扩张和桂西北、桂南地区林业用地的增长,将成为广西耕地减少的主要原因。     

耦合MOP与FLUS模型的杭州市土地利用格局优化及权衡分析

调整优化城市土地利用结构与布局,实现社会经济发展和生态保护的协同优化是城市土地利用规划管理和决策的关键。该研究使用多目标规划(multiple objective planning,MOP)模型和未来土地利用模拟(future land use simulation model,FLUS)模型相结合的方法,运用权衡分析制定多目标权衡下的土地利用优化配置情景方案,以期为杭州市土地利用优化配置规划和管理提供科学参考。结果表明:1)通过耦合MOP模型和FLUS模型,从土地利用生态-经济转化效率视角可以有效实现土地利用结构和布局的优化配置情景模拟。2)通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定土地利用经济与生态效益权重比例为4:6的发展情景是权衡土地利用社会、经济和生态效益下的杭州市土地利用结构最优方案。3)最优土地利用结构方案的建设用地扩张规模介于经济发展优化和生态保护优先情景方案间,耕地规模较其他情景方案减少幅度放缓,在空间上减少对生态用地的侵占,土地利用景观格局破碎度和复杂性降低。该研究的方法和结果可为区域土地利用规划决策和可持续发展提供理论与应用参考。     

基于CA-Markov模型的宁夏沿黄生态经济带土地利用变化及模拟研究

[目的]研究宁夏沿黄生态经济带2009—2017年土地利用变化特点,并模拟2025年土地利用空间格局,为宁夏沿黄生态经济带土地开发、利用与保护提供引导,为国土空间规划编制提供参考。[方法]基于时间尺度和空间尺度,对宁夏沿黄生态经济带2009—2017年各类用地变化情况进行了分析,计算得出了各类用地转移概率矩阵,并基于CA-Markov模型,对自然发展情景、土地规划情景、耕地和生态保护情景下宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用格局进行了模拟研究。[结果] 2009—2017年,宁夏沿黄生态经济带土地利用整体呈现出耕地、其他农用地及各类建设用地不断增加,园地、林地、草地、水域及自然保留地均有所减少的特点;除水域、其他建设用地外,其他各类用地转为城乡建设用地概率普遍较高,特别是耕地转为城乡建设用地概率最高,达到10.65%。[结论]在自然发展、土地规划、耕地和环境保护3种情景下,宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用结构仍然以牧草地、耕地、自然保留地为主,但随着城镇化进程加快和基础设施持续完善,城乡建设用地和交通水利用地增加幅度较大。     

基于系统动力学模型的扬州市土地利用结构多情景模拟与实现

[目的]对江苏省扬州市未来土地利用结构进行多情景预测模拟,并探索不同情景下各目标土地利用结构的实现路径,为土地利用规划方案制定与管理提供科学依据。[方法]采用系统动力学(SD)模型模拟土地利用系统开展研究。[结果]在不同情景下几类主要用地差异明显,耕地面积在耕地保护情景下较高,而在生态保护与经济发展情景下耕地缓慢下降;城镇工矿用地与交通水利用地面积在3种情景下均获得稳定增长,但经济发展情景下的增长快于其他2个情景;林地面积在生态保护情景下出现大幅上升,在另外2个情景下则基本保持不变甚至小幅下降。结合各情景指标设定可得出,耕地保护情景下,除控制城镇扩张占用耕地外,还要加强未利用地开发与农村居民点整理以补充耕地;生态保护情景下,则需加强植树造林、保护好具有丰富生态服务价值的水域、滩涂用地。[结论]SD模型不仅可模拟不同情景下土地利用变化,还可将土地利用与社会经济系统之间的复杂非线性关系显化,有利于土地资源可持续利用调控。     

经济快速发展地区县级尺度土地利用空间格局变化模拟

选择位于长江三角洲地区社会经济快速发展的浙江省海盐县为研究区,利用1986年土地利用空间数据和影响研究区土地利用变化的驱动因子,运用CLUE-S模型,分别对其1995和2000年的土地利用空间变化格局进行模拟,经检验,模拟结果与实际情况基本吻合。在此基础上,对研究区未来20a的土地利用空间格局变化进行了3次不同情景的模拟。结果表明,县城周围、各中心镇、重点镇建成区周围以及主要公路干线沿线是耕地非农化的高发区,基本农田保护区的划定对耕地的保护具有重要意义。     

转移流视角下甘州区土地利用动态变化及空间集聚特征

以甘州区为案例探讨了转移流视角下的土地利用动态变化及空间集聚特征,以为甘州区土地利用空间布局,湿地保护与建设提供参考。研究结果表明:1甘州区自然保留地占绝对优势,耕地、林地、牧草地和水域比例较低,说明后备土地资源较为充足,具有一定发展潜力;2耕地与建设用地、牧草地之间的地类变化是该地区的主要土地利用转移地类,耕地、牧草地和自然保留地是各地类中主要的转移流;3建设用地的活跃度不断增大,2006—2011年达到3.16%,主要原因是城市用地面积扩张,来满足中心城区扩张的增长需求;4地类转移波动度变化主要表现为林地和水域之间的相互转换,波动度均达到最大值2.000 0;5各类土地利用变化的空间分布构成了以中心城区为中心,以不断增长的建设用地为内圈,以牧草地转为耕地这种转移地类为外圈的环形结构;6空间集聚表现出热点区域逐年增加,有向南扩张,沿水系展布的特征。     

快速城市化地区土地利用变化研究——以广东省东莞市为例

以东莞市为研究区域,利用1988年、1995年、1998年、2002年和2005年5期不同时相的Landsat TM/ETM+遥感影像,从土地利用变化幅度、土地利用变化速率、土地利用重心转移和土地利用变化空间分异特征四方面探讨了研究区的土地利用变化。结果表明:(1)1988—2005年,东莞市土地利用变化总的态势是耕地大幅减少、城镇用地迅速扩张,大量的农业用地转化为城镇用地,城镇用地快速扩张和耕地大量流失是研究区土地利用变化的主要特征。(2)从土地利用变化的空间特征来看,各土地利用类型重心的转移距离都较大,且农业用地的重心转移方向和城镇用地重心转移方向大致相反;耕地分布的空间正相关性明显减弱,城镇用地分布的空间正相关性明显增强。     

近10 a青海高原东部土地利用/覆被变化及碳效应

近年来在人类活动的影响下,青海高原东部土地覆盖变化显著,为揭示区域土地利用/覆被变化及其对环境的影响,促进区域可持续发展,以青海高原东部农业区为研究区,采用多时相Landsat TM卫星遥感数据,分析该区域1999－2009年的土地利用格局转变以及由此引起的碳效应变化,以期为青海高原东部土地利用结构与空间配置的低碳优化、科学管理与规划提供参考。首先,利用土地利用变化强度指数分析了青海高原海东市近10 a来的土地利用类型间的变化强度及方向;其次,对研究区主要的8种土地利用转移类型引起的碳效应进行了定量分析。研究结果表明：近10 a来,退耕还林/草等生态工程与西部开发战略的实施,使区域土地利用呈现"3增2减"的整体变化,即林地、建设用地和未利用地面积呈上升趋势,分别增加约67%、56%和1.14%,耕地、草地面积减少,分别减少30%和12%;由于建设用地的扩张,耕地非农化导致的碳排放量增加373.60万t,生态的正向演变（退耕还林/草;草地转林地）和建设用地的复垦退出引起的总碳汇量增加156.04万t,生态的逆向演变（林地/草地转变成耕地;林地转变成草地）引起的碳汇量损失22.85万t。近10 a来区域土地利用/覆被变化导致的碳排放增量高出碳汇增量240.41万t,说明自然和人文因素共同驱动的土地利用变化对青海高原东部的碳平衡和可持续发展产生显著影响。     

青海高原东部农业区耕地流失及其评价

为探究中国西部耕地流失规律,该文利用1999年、2009年遥感数据提取青海高原东部农业区耕地变化信息,分析耕地流失量和空间分布,并结合地形数据、经济社会发展基础数据等用 Logistic 方法定量分析耕地流失的主要影响因素。结果表明：1999年至2009年间,青海高原东部农业区耕地面积净减少1393.25 km2,耕地流失1811.78 km2,其中转化为建设用地157.05 km2,退耕还林/草1654.73 km2。坡度＞25°的耕地中78.82%已进行了退耕还林/草,说明青海高原东部农业区退耕还林/草成效显著。耕地流失去向评价结果表明,海拔对建设用地扩张的贡献率为-66.46%,坡度对退耕还林/草的贡献率高达91.25%,说明青海高原东部农业区建设占用和生态退耕的合理性。该研究为区域社会经济的可持续发展提供依据。     

基于logistic回归模型的矿区土地利用演变驱动力分析

为探究矿区土地利用演变规律和驱动机制,该文基于1990年、2000年和2008年的遥感影像,借助遥感、GIS技术及数理统计软件,分析了徐州贾汪矿区近18a的土地利用变化特征,在此基础上,选取了多个经济社会及空间距离因子,运用多元logistic回归模型,探讨了该区土地利用变化的驱动因素。结果表明:1990-2008年间,研究区内土地利用变化的主要特征是耕地、林地持续减少,而建设用地和水域迅速增加,草地缓慢增加,整体处于不平衡的状态;通过对耕地和林地变化的logistic回归模型分析,耕地变化在第1阶段(1990-2000年)的主要驱动因素是最近采矿点的距离和到农村居民点的距离,第2阶段(2000-2008年)较为重要的变量有到农村居民点的距离、农业人口密度和到公路的距离;2000-2008年间林地变化较为重要的驱动因素有高程、到最近采矿点的距离和到公路的距离。研究结果对矿区生态环境保护、土地资源优化配置及可持续利用具有重要的指导作用。     

典型农牧交错区土地利用变化驱动力分析

农牧交错带土地利用/覆被变化的驱动力研究是生态环境演化内在规律的重要组成部分,可以科学指导该地区的可持续发展。该文以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为例,从土地利用变化过程的空间角度,基于GIS以及相关数理统计软件,使用Logistic模型分析了土地利用/覆被变化的内部和外部驱动力。结果表明模型中耕地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和农业气候区;草地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离、土壤表层有机质含量和到乡镇中心的距离;林地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和海拔;空间异质性和土地利用变化过程的时间变量共同影响使用logistic回归模型来进行推断的能力;通过对草地logistic回归模型拟合度的检验,验证了不同土地利用类型变化的主要驱动力可以用空间统计模型来解释。     

典型农牧交错区土地利用变化驱动力分析

农牧交错带土地利用/覆被变化的驱动力研究是生态环境演化内在规律的重要组成部分,可以科学指导该地区的可持续发展。该文以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为例,从土地利用变化过程的空间角度,基于GIS以及相关数理统计软件,使用Logistic模型分析了土地利用/覆被变化的内部和外部驱动力。结果表明模型中耕地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和农业气候区;草地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离、土壤表层有机质含量和到乡镇中心的距离;林地变化的主要解释变量是到农村居民点的距离和海拔;空间异质性和土地利用变化过程的时间变量共同影响使用logistic回归模型来进行推断的能力;通过对草地logistic回归模型拟合度的检验,验证了不同土地利用类型变化的主要驱动力可以用空间统计模型来解释。     

城乡结合部土地资源城镇化的空间驱动模式分析

城乡结合部是城市化最为敏感、迅速的特殊地域实体,区域内土地快速城镇化导致耕地资源大量流失,尖锐的土地利用矛盾引发生态环境质量大幅下降,已成为社会各届关注的热点。该文以南京市郊江宁区为例,基于1999年、2010年的2期影像及其他数据,利用Logistic回归模型和地理加权逻辑回归（GWLR,geographically weighted logistic regression）模型,将邻近变量、邻域变量和政策变量3类因素在空间上予以整合,从全局、局域2个尺度探索城乡结合部土地资源城镇化的驱动模式。结果表明：Logistic模型与GWLR模型分别可解释研究区历史时期51%、64%的土地城镇化过程,后者在局部参数估计方面存在优势,各项评价参数都较优,更能够适用于研究区土地城镇化的模拟预测与机理探究;邻近变量中的距开发区、城市中心、次要干道的远近,邻域变量中城镇用地密度以及政策变量中土地交易样点密度是研究区城市扩展的重要解释变量,充分表征了城乡结合部的开发区建设热潮、已城市化地区的集聚效应与边缘式扩展模式,以及土地市场、内部交通网络对城市增长的引导与促进作用;借助GIS工具,GWLR模型能够可视化各驱动因素的空间非平稳性特征,可用来更直观、深刻地探究各变量对研究区土地城镇化的空间驱动模式,这也为耕地资源的保护提供新的视角。总体而言,以土地出让行为及开发区建设为代表的政府主导力量,是研究区土地城镇化的核心动力,这一定程度反应了中国城市郊区化的普遍特征,可为类似城乡结合部的土地管理工作提供有益借鉴。