基于GIS的流域土地利用/土地覆被分形特征

该文以西安市沪灞河流域为例,结合遥感数据成图与GIS空间分析建模,开发了流域土地利用/土地覆被斑块形状分维数、空间结构盒维数、空间分布信息维数与区域形态半径维数的计算脚本,并对各种分形维数的特征与意义进行了研究.结果表明:土地利用/土地覆被斑块形状分维数、空间结构盒维数、空间分布信息维数与区域形态半径维数是几种性质不同功能各异的分形维数,四者能够表征土地利用/土地覆被在斑块水平、斑块类型水平以及景观水平3个层次的分形特征;斑块形状分维数体现了不同地类斑块形状的复杂程度及其所受人类活动干扰的强度;空间结构盒维数反映了不同地类空间结构的复杂程度和不规则程度;空间分布信息维数反映了不同地类斑块空间分布的均衡程度;形态半径维数反映了不同地类区域形态针对某一中心点的聚散特征.     

基于分形理论的土地利用景观格局变化研究——以镇赉县镇赉镇为例

为增进对土地利用空间行为变化的理解,以分形理论和景观生态学为指导,以吉林省镇赉县镇赉镇的土地利用空间数据为基础,应用GIS对土地利用类型的分形及稳定性进行了研究。将土地利用类型划分为8类:耕地、园地、林地、草地、水域及水利设施用地、道路、居民点及工矿用地和未利用地,并进行各土地利用类型图斑分形维数分析。结果表明:土地利用类型的分布具有分形结构,各土地利用类型分维数（D）介于1.056 5～1.960 4。根据分维数对各土地利用类型进行稳定性排序:水域及水利设施 > 园地 > 耕地 > 居民点及工矿用地 > 草地 > 林地 > 未利用地 > 道路。且土地利用的形状指数、破碎化指数以及分离度指数在空间上的分布规律很大程度上受到人为活动的影响与干扰。研究结果可为研究区域土地资源的合理利用提供若干参考。     

黄河中游清涧河流域土地利用空间结构和分形模型

为了揭示黄河中游土地利用的空间差异和迁移情况,该文以清涧河流域为例,基于遥感和GIS技术,通过土地利用重心迁移和分形理论对土地类型的空间演变情况进行分析,并构建各地类空间分布形态的分形结构模型。结果表明,1990年至2009年清涧河流域土地利用重心有明显的迁移;农业用地和水域的重心向西南方向迁移,在该方向水域重心迁移比较大,达到7205.85m;林地、建设用地和未利用土地重心向东南方向迁移,在该方向建设用地重心迁移距离最大,达到7421.89m;草地重心向西北方向迁移3546.38m。1990年至2009年,除水域外,其他土地类型分维数有所下降,表明该区域土地类型景观的复杂性降低,稳定性提高。自然因素对该区域土地利用空间变化起到一定的推动作用,人类活动干扰则是主要驱动因素。该文将为生态恢复区合理地土地利用规划和集约化利用土地资源提供科学依据。     

基于谷歌地球引擎和分形理论的黄河三角洲土地利用空间结构研究

基于谷歌地球引擎(Google earth engine, GEE),以Landsat-5(TM)、Landsat-7(ETM)和Landsat-8(OLI)数据为遥感数据源,采用随机森林分类方法对黄河三角洲生态功能保护区1985—2020年的土地利用类型进行了划分,在此基础上利用分形理论方法计算了土地利用分形维数和稳定性指数,并分两个阶段对研究区土地利用空间结构的复杂度和稳定性进行了定量分析。结果表明：①1985—2020年,研究区的耕地面积逐渐减少;草地面积相对较稳定;水体面积逐渐扩大,2015—2020年增长率最高;裸地面积的变化较为波动,先增加后又逐渐下降;建筑物面积呈指数增长。②研究区土地利用空间结构的分形维数总体上呈降低趋势,表明土地利用复杂度降低。③研究区土地利用空间结构的稳定性指数总体上呈升高趋势,表明土地利用空间结构趋向稳定。总体上,黄河三角洲生态功能保护区随着环境保护政策的实施,土地利用空间结构逐渐得到改善,水、草等自然资源逐渐丰富。     

宁镇扬丘陵区土地利用空间结构的分形研究——以镇江市为例

基于镇江市的土地利用数据,利用分形理论和GIS空间分析方法,探讨了镇江市土地利用空间结构特征。结果表明:镇江市的土地利用空间结构总体上呈分形特征,各土地利用类型分维数D介于1.075~1.234;分维数D从大到小的顺序依次为:水域>林地>建设用地>其他农用地>园地>耕地,而稳定性指数S_sk介于0.2~0.4之间的土地利用类型面积占研究区土地总面积的40%左右,土地利用空间结构的稳定性总体不高;地形地貌对土地利用有着重要影响,各土地利用类型在相同地貌特征下的分维数和稳定性指数存在差异,同时同一土地利用类型的分维数和稳定性指数在不同地貌区也存在着显著的分异规律;耕地和林地在镇西丘陵区和镇东平原区呈现出相异的分形特征,建设用地、水域在镇东平原区的空间结构稳定性较低、复杂性较高。     

土地利用/土地覆被镶嵌体的分形结构模型研究

运用分形理论对四川省汶川县土地利用/土地覆被镶嵌体景观类型的分维值进行计算,并讨论了各种景观类型的分维性质。结果表明:土地利用/土地覆被镶嵌体具有统计意义上的自相似性,是一种随机分形结构;景观类型的分维值越大,其形态越复杂,反之越简单。SI(稳定性指数)>0,表示景观在其形态复杂状态下的一种稳定性,SI越大,该景观形态越稳定;反之亦然。SI<0,表示景观在其形态简单状态下的一种稳定性,SI越小,该景观形态越稳定;反之亦然。景观类型的分维值随时间变化而增大,该景观的形态变得复杂,反之,该景观形态变得规则。土地利用/土地覆被镶嵌体的分维值是研究土地利用/土地覆被镶嵌体景观格局的一种综合性的定量指标。     

基于GIS和分形理论的山西屯留县土地利用空间格局变化

该文以分形理论为基础，在地理信息系统技术支持下，对山西省屯留县土地利用空间格局变化进行了研究。通过对山西省屯留县土地利用数据库中空间数据的提取，运用面积－周长分形模型，分别计算出了1990年和2001年各种土地利用类型的分维数和稳定性指数。该文还引入了景观生态学中的相关指数—斑块密度指数，景观斑块数破碎化指数，斑块形状破碎化指数及景观多样性指数，并进行了定量分析，进一步揭示了屯留县土地利用空间格局变化，以期为开展区域土地整理、促进土地合理利用以及保持区域景观格局的持续发展提供参考。     

基于GIS和分形理论的沱江流域土地利用结构动态分析

以沱江流域2000年、2020年土地利用空间数据库为基础,应用GIS技术及分形理论,定量分析研究区土地利用空间结构复杂性、稳定性以及空间分布规律。结果表明：(1)各种土地利用类型都具有分形特征,分形维数可以表征土地利用空间格局的变化。(2)20年间,沱江流域的土地利用类型以耕地和林地为主,占研究区总面积的90%以上,受人为活动影响,流域内不同土地利用类型之间存在相互转化的过程,主要的转化特点是耕地和林地大面积减少,而城乡建设用地迅速扩张。(3)流域2期土地利用的总分形维数分别为1.351、1.503,上升趋近于临界值1.5;土地利用整体空间结构稳定性指数从0.149下降到0.003,说明总体上流域土地空间镶嵌结构趋于复杂化,稳定性变差。(4)流域各地类的分形维数和稳定性指数变化存在一定差异,除未利用地外,其他土地利用类型的分形维数均呈变大趋势,空间镶嵌结构趋于复杂化;耕地、林地、草地、城乡建设用地稳定性指数均减小,减小的幅度分别达80.137%、52.439%、55.556%、26.957%,空间结构变得不稳定;水域稳定性指数变大,空间结构变得稳定。     

基于GIS和RS的煤矿区土地利用景观格局梯度变化研究

为了揭示煤炭开采驱动力与土地利用景观格局变化的耦合关系,应用GIS和RS技术,采用景观软件FRAG-STATS,从景观水平和斑块水平两个层次上对乌东矿区及其周边区域景观指数的变化规律进行了研究。结果表明：煤炭资源开采对区域影响强度的不同是区域景观格局产生梯度变化的主要原因。研究成果有助于探索煤炭开采对土地利用空间格局的影响,也可为同类地区土地利用空间格局的研究,提供科学参考依据。     

烟台市海岸带土地利用空间结构分形特征

为深入刻画烟台市海岸带土地利用空间结构特征,以烟台市农村土地利用详查成果数据为基础,利用分形理论和GIS空间分析方法,选取边界维数、计盒维数、信息维数和半径维数4个特征参数,对海岸带各土地利用类型的斑块复杂性、空间占比、空间分布的均衡性和向海聚集性进行了分析。研究结果表明:受人为干扰强的建设用地、耕地、园地和其他土地边缘相对比较规则且简单,而自然性较强的草地、林地、水域及水利设施和滩涂在人类活动干扰下正处于运动变化的随机状态,斑块边缘相对复杂;海岸带土地利用是以建设用地和耕地为主,其他用地类型为斑块镶嵌体的景观结构模式;土地利用空间分布的均衡性与空间占据能力表现出一定的正相关性;各用地类型斑块密度在海陆梯度上均呈现衰减的趋势,向海聚集程度的强弱,使得土地利用形态在海陆梯度上呈现似圈层状空间分异规律。分形理论的引入,为定量分析海岸带土地利用的合理性和科学性提供了新的研究方法。     

基于分形的宁安市土地利用变化及驱动力研究

以黑龙江省宁安市为研究区,以1991—2010年3期遥感影像为数据源,基于分形理论,在RS、GIS技术支持下,运用空间统计分析和综合因素分析法分析研究区土地利用变化特征及其驱动力,以期揭示土地利用变化规律及其影响因素。结果表明:(1)1991—2010年研究区的土地利用发生了普遍的变化,耕地和建设用地的面积逐年增加,林地和草地的面积逐年减少,水域和其他用地的面积保持相对稳定。耕地面积的增长主要来源于林地;建设用地主要增量来源于耕地,林地转移方向主要为耕地,其增量主要来源于草地。草地面积逐年减少,其主要转移方向是耕地和林地,其增量主要来源于林地。(2)1991—2010年宁安市整体的分维数值处于上升趋势,稳定性是下降态势,水域的空间结构最复杂,耕地和建设用地的空间结构较为简单。水域结构复杂,稳定性强;耕地和林地结构先复杂后趋向稳定;草地和建设用地结构越来越复杂,趋于不稳定;其他用地结构简单,趋向稳定。(3)引起研究区土地利用变化的主要自然因素是灾害与气候特征,社会经济发展、人口因素、居民生活水平和技术进步是研究区土地利用变化的主要人为驱动力,人为因素的驱动力度在逐年加强。     

基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

山东省不同土地利用方式土壤颗粒组成及其分形维数特征

选取山东省120个不同土壤剖面,应用分形理论研究不同土地利用方式的土壤颗粒分形特征以及与土壤养分的相关关系。结果表明:（1）不同土地利用方式土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、全氮、有机质含量均表现为林地和草地显著高于耕地和农地（p < 0.05）,其中林地和草地土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、全氮、有机质含量差异均不显著（p > 0.05）。（2）不同土地利用方式土壤粒径分布中,黏粒含量占主导地位,黏粒含量百分比45.98%～67.12%,粗砂粒含量相对较低。（3）不同土地利用方式土壤颗粒分布的分形维数随着土层深度增加逐渐增大,0—10 cm土层土壤颗粒分布分形维数变化幅度较小,而40—50 cm变化幅度较大。（4）回归分析表明不同土地利用方式土壤颗粒分形维数与土壤粒径呈显著或极显著的线性负相关。（5）相关分析表明不同土地利用方式土壤分形维数均与土壤有机质含量呈显著负相关,与土壤铵态氮、硝态氮、速效磷、全磷、全氮呈正相关。综上所述,不同土地利用方式下土壤颗粒组成差异较大,草地和林地相对于耕地和农地大颗粒含量明显增多,小颗粒明显减少,土壤颗粒分布的分形维数可以作为表征土壤肥力的状况指标。     

基于分形理论的农村居民点空间分布特征定量研究

农村居民点分形特征作为农村居民点自主演化研究的重要内容,可以很好地反映其发育情况及空间占据能力。以晋城市长河流域为例,通过对农村居民点空间分布主要影响因素的分形分析,探讨了农村居民点分维与其之间的关系,并引入证据权模型量化了各因素的影响程度,在此基础上对该区农村居民点空间分布特征进行了定量评价。结果表明:（1）晋城市长河流域农村居民点分维数值随着高程和坡度的增加总体呈降低趋势,农村居民点分维数值显著高于交通维数与水系维数,长远来看,农村居民点与交通维数将会升高,而在采煤的影响下,水系维数则会降低;（2）社会经济因素中的农村人均居民点用地面积与农民人均纯收入可以直接影响居民点维数值,且与居民点维数变化趋势一致;（3）用证据权模型计算出的各指标影响程度排序为:坡度>道路>高程>水系>农民人均纯收入>人均居民点占地面积,研究结果与分形理论研究得出的结论具有一致性。该研究可为丘陵山区农村居民点土地整理与空间布局优化提供参考。     

基于ESDA的费县土地利用时空演变研究

以费县土地利用规划修编过程中的现状数据（2005年、2009年）和规划数据（2020年）为数据源,根据土地利用总体规划规范标准和土地利用程度分级指数,利用ArcGIS、GeoDa空间统计分析软件,分别计算了费县乡级和村级两种尺度下的土地利用程度Moran’s I指数。结果表明,土地利用变化呈现出明显的集聚分布特征,空间自相关指数会随着研究区域尺度的变大而变小,同时也揭示了费县各地区土地利用程度分布不均,未来费县土地开发利用将主要围绕费城街道和探沂镇两个中心,由点及面地呈现出双中心发展的格局,本研究对于调整优化土地利用结构和布局具有重要参考意义。     

基于土地利用变化的祁连山地区生境质量时空演变分析

[目的]对祁连山地区的生境质量和生境退化状况开展研究,揭示人类活动对该地区生态环境的影响程度,为该地区的生态环境保护和发展提供科学参考。[方法]基于1970s末以来全国1∶10万土地利用数据,分析1970s末至2015年近35 a来祁连山地区的土地利用和景观格局变化特征,并采用InVEST模型评估该地区生境质量变化。[结果]①草地和未利用土地是该区最主要的土地利用类型,其次是林地、耕地、水域、城乡工矿居民用地;其中草地和城乡工矿居民用地的变化较剧烈,前者先减后增,后者持续增加。②在时间变化上,随着土地利用类型的变化,该区的生境质量由恶化的态势逐渐趋于改善,2015年生境质量最好。③在空间分布上,该区的生境质量和生境退化度均表现为东高西低。[结论]优越的自然条件使其生境质量较高;人类活动强度较高则是生境退化度较高的原因。