土地利用分形模拟的空间尺度效应研究(吴浩,陈晓玲,赵红梅著)思维导图
基于可视化的土地利用变化图谱分析
基于可视化的土地利用变化图谱分析刘俊;尤李俊;张荣群;刘秀丽【摘要】土地利用/土地覆被是地理环境内部相互作用的结果,集中体现了人地关系的特征、属性和作用机制.传统对土地利用/土地覆被的监测研究方法仅能够反映不同时期土地利用类型面积的数量变化,无法实现对变化信息的定位分析与可视化表达.采用图谱分析的方法,借助RS和GIS技术,对山西省滹沱河流域忻州段1995-2005年、2005-2015年两个时间段内土地利用类型的时空演变特征进行分析,实现了对土地利用类型转换的定量分析和空间的定位描述.结果表明:受到社会经济发展和生态环境保护的双重影响,滹沱河流域忻州段土地利用格局发生不同程度的变化.该研究为土地利用/土地覆被的时空演变分析提供了一种方法,能够为滹沱河流域忻州段合理规划土地利用提供依据.【期刊名称】《农业工程》【年(卷),期】2017(007)006【总页数】6页(P118-123)【关键词】土地利用;时空演变;图谱可视化;滹沱河流域【作者】刘俊;尤李俊;张荣群;刘秀丽【作者单位】忻州师范学院地理系,忻州034000;青海师范大学生命与地理科学学院,西宁810008;中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083;忻州师范学院地理系,忻州034000【正文语种】中文【中图分类】F301.24土地利用/土地覆被变化(land use/land cover change)是全球环境变化研究中最活跃的领域和最重要的组成部分。
土地利用/土地覆被变化对区域气候、大气成分、土壤环境通量、地球化学循环、水文循环、水文和水质量、生物多样性等方面造成影响，进而引发自然灾害、能源短缺、环境污染、粮食匮乏和经济危机等社会经济问题，严重制约土地资源的合理开发利用与可持续发展[1-9]。
因此，采用地学信息图谱模型，利用RS和GIS技术，对土地利用/土地覆被变化研究，能够为区域制定合理的土地政策和维护生态可持续发展提供参考依据[10-14]。
土地利用覆被变化时空信息分析方法及应用
4章
土地利用/覆被变化模型模拟方法
第4章
土地利用/覆被变化模型模拟方法
4.1 马尔可夫模型 4.1.1 模型介绍
马尔可夫（Markov）法是以俄国数学家 A.A.Markov 名字命名的一种方法，他是基于马 尔可夫过程， 通过对事物不同状态的初步概率和状态之间转移概率的研究， 确定状态变化趋 势，以预测事物的未来(吕效国，2009)。 马尔可夫过程是一种具有“无后效性”的特殊随机过程。所谓“无后效性”是指过程（或系 统）在时刻 t0 所处的状态为已知的条件下，过程在时刻 t > t0 所处状态的条件分布与过程在 时刻 t0 之前所处的状态无关，即过程“将来”的情况与“过去”的情况是无关的。这对于研究土 地利用的动态变化较为适宜，因为在一定条件下，土地利用的动态演变具有马尔可夫过程 性质： （1）在一定区域内，不同土地利用类型之间具有相互可转化性。 （2）土地利用类型之间的相互转化过程包含着较多尚难用函数关系准确描述的事件。 运用马尔可夫模型关键在于确定土地利用类型之间相互转化的初始转移概率矩阵 P， 是由一步转移概率 p ij 所组成的矩阵，状态空间 I {1, 2,}，称
4.1.2 模型应用
（1）数据准备与处理 本应用以京津冀为例， 开展基于马尔可夫模型的土地利用模拟预测。 京津冀即京津冀都 市圈，是国家“十一五”规划中的一个重要的区域规划，包括北京市、天津市以及河北省的 8 个地级市（秦皇岛、唐山、廊坊、保定、石家庄、沧州、张家口、承德），涉及到河北省 8 个设区市的 80 多个县（市），土地面积约为 18 万平方公里。 模型模拟预测的主要数据源为土地利用数据。2000 年和 2005 年土地利用数据来自中国 科学院资源环境科学数据中心，参照《土地利用现状调查技术规程》和《中国资源环境遥感 宏观调查与动态研究》，土地利用类型共分为 6 个一级类型，分别为耕地、林地、草地、工 矿居民用地、未利用土地。 （2）土地利用变化过程分析 京津冀地区土地利用类型主要以耕地为主，占该区域土地总面积的 50%左右，但是在 2000~2005 年有所减少；林地、草地、未利用地也有所减少，但减少幅度不大，水域所占比 例不大，但是减少明显，仅有居民工矿用地显著增加，如图 4-1、表 4-1 所示。
区域土地利用时空变化图谱分析
区域土地利用时空变化图谱分析摘要：运用地学信息图谱理论和方法，在rs 和gis 的支持下，以海河流域40a土地利用5期空间数据为基础，合成了40a变化过程图谱，并通过图谱重构，提取了海河流域40a土地利用变化的“涨势”系列图谱、40a“涨势”变化过程图谱和40a土地利用时空演变模式图谱。
通过图谱分析，逐一分析了不同时序单元、不同空间尺度土地利用格局的变化规律，并总结了40a土地利用的分异规律。
关键词：土地利用图谱；图谱分析；海河流域1.研究区概况研究区位于东经1120～1190、北纬350～420之间，西与山西高原与黄河流域接界，北与蒙古高原与内陆河流域接界，南界黄河，东临渤海。
包括河北、河南、山西、内蒙古、北京和天津四省两市，流域面积23.2万平方公里，占全国总面积的2.4%。
据1993年统计，海河流域内人口1.176亿人，约占全国总人口的10%；耕地1.63亿亩，占全国耕地的11%。
海河流域处于中国干旱和湿润气候的过渡地带，多年年平均降水量为548mm。
流域多年平均水资源总量为419亿m3，产水系数（水资源总量与降水量之比）为24%。
人均水资源占有量仅有338m3，不足全国的1/6。
流域西北高，东南低，主要地貌类型为平原、山地、丘陵和台地。
海拔最高处3059m，最低地方仅为0m。
2.数据来源及处理地学信息图谱单元的提取需要有具有一定时间间隔的土地利用状况数据作为基础。
本文以海河流域生态环境治理工程项目，海河流域5期）土地利用数据为基础，参照2000年矢量化底图，利用gis和rs软件进行地图矢量化。
对不同期影像进行配准，保证误差不超过3个像元，参照不同期遥感影像，对照统计数据，采用人机交互的方法对遥感影像进行分类，最终得到5期土地利用数据。
利用野外调研数据进行检验，并采用误差矩阵进行评价，精度都达到90%以上。
在已有各期土地利用数据的基础上，对土地利用类型进行重编码，以获取能最大反映土地利用变化的基本地物类别。
高中地理人教版(2019)必修二 2.1乡村和城镇空间结构思维导图
水污染的工业布局
每一种功能区，都有一定的空间分布规律，各种功能区在空间的组合，就形成了城镇内部空间结构
盛行风向的下风向 最小风频的上风向 与季风风向垂直的郊外 远离城市水源地或河流上游
城镇内部空间结构的形成和变化
1、形成因素 2、变化
经济
土地用于哪种活动，取决于付租能力高低。（商业＞居住＞工业）
影响地租高低的因素
1、城镇概念：包括城市和镇，是以非农业经济活动为主的地区
成因：城镇里人口相对较多，经济活动多样，出现了土地利用的专业化
分类：居住区、商业区、工业区、其他（行政区、旅游休闲区、生态区等——大城市功能复杂）
特点：城镇不同的功能区之间一般没有明确的界线，某一种功能区以某种土地利用方式为主，可能兼有其他类型的用地
交通便捷程度——穿过的道路越多，或者距离交通干线越近，土地租金越高 距离城镇中心远近——离城镇中心越近，土地租金越高
政策
其他
文化
环境
城镇发展初期
地域范围狭小，各类功能用地混杂分布，并在中心区域自然集中
城镇发展中后期
工业不断发展和服务业兴起，城镇中心用地紧张、交通拥挤、环境污染等问题日渐 突出。城镇中心的工业企业外迁，原有的工业用地被改造为商业用地或其他用地
2、功能区
居住区
城镇中广泛分布 中高级住宅区和低级住宅区的分化
分布在城镇中心、交通干线两侧或街角路口
主要功能区的分布及特征
商业区
点状或条状分布 中心商务区（CBD）——大型商场、豪华酒店、知名大公司的总部
靠近河流、铁路、公路等交通比较便捷的地带
3、城镇内部空间结构
工业区
大气污染的工业布局
通常距离城镇中心较远，同时要考虑保护环境
小尺度土地利用空间模拟模型研究进展
、
前 言
需求下， 模拟了欧洲大陆的土地利用变化 河 上游 土地 利 用 进 行 了动 态 模 拟 分 析 ， 分
Ｗｙ ｔ ｓ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｅ ｌ ｓ ｍ ａ ｎ运 用 Ｃ Ｌ Ｕ Ｅ — Ｓ模 型 据 模 拟 了 １ ９ ８ ７年 和 ２ ０ ０ ０年 的 土 地 利 用
土地利用／ 土地 覆被变化 （ Ｌ Ｕ Ｃ Ｃ ） 是 情 况 。 当 前研 究全 球 变 化 的重 要 内容 ， 而 区 域 土
Ｖ ｅ ｒ ｂ ｕ ｒ ｇ ， Ｐ ． Ｈ运用 Ｃ Ｌ Ｕ Ｅ — Ｓ模 型对 欧 化 进 行 了研 究 。 研 究 表 明 ， Ｃ Ｌ Ｕ Ｅ — Ｓ 模 型
洲未来 ３ ０年 问的土地利用格 局变化情况 对城市 发展 的空 间结构也有 较强 的预测 进行 了模拟 。文 中作者基于 欧洲未来 ３ ０ 能 力， 对 指导城市规划 、 分 析 景 观 动 态 的
以 较 好 地 模 拟 小尺 度 范 围 内土 地 利 用 变 许 多 学 者 利 用 此 模 型 分 别 针 对 世 界 不 同 过 程 和 土 地 利 用类 型 间 的竞 争 进 行 模 拟 ，
化情景 ， 已经在 国内外多个地 区的土地利 地 区 的 土 地 利 用 情 况 做 了大 量 的研 究 工 还 可 以 根 据 研 究 区 域 特 点 构 建 不 同 的 模
地覆被变化； 组成
基 金 项 目： 河 北 师 范 大 学 汇 华 学 院 科 学研究课题 （ 课题编号 ： ２ ０ １ ２ ０ ４ ０ ８ ） 中图 分 类 号 ： Ｆ ３ ０ １ 文献标识码ｔ Ａ
收 录 日期 ： ２ ０ １ ３ 年 ３月 ２ ７日
一
的模拟结果进行 了详细 的分析。
南水北调中线工程水源区土地利用类型分形研究
南水北调中线工程水源区土地利用类型分形研究杨爱荣;刘雯;蒋国富【摘要】The fractal theory makes it possible to study or predict the open and complicated geographic system in time order by fractal characteristics. The article analyzes the distribution structure of land use type in south-to-north water diversion central line project by using fractal theory. It demonstrates that the land use type in the research area has fractal structure, in which the fractal dimension of cultivated land, residential land and timberland diverged dramatically from random value. The land use condition is relatively stable and close to regular state. The complicated and instable water-body shows a slight divergence from random value. The comparative study of the present situation of land use type in south-to-north water diversion central line project finds a new reference to evaluate whether the land use type is scientific and reasonable by using fractal theory.%分形理论为开放复杂的地学系统在时间序列上进行分形特征的研究、预测提供了可能.运用分形理论,对南水北调中线工程水源区土地利用类型的分布结构分析表明:研究区的土地利用类型具有分形结构,其中耕地、居民用地、林地的分维值偏离随机值较大,土地利用状态相对稳定,比较接近规则体;布局复杂且不稳定的水体偏离随机值较小.对比南水北调中线工程水源区土地利用类型现状,为分形理论在评价土地利用类型是否科学合理方面找到了新的参考指标.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2011(029)004【总页数】4页(P457-460)【关键词】南水北调中线工程;土地利用类型;分形【作者】杨爱荣;刘雯;蒋国富【作者单位】焦作师范高等专科学校政史法律系,河南,焦作,454001;焦作师范高等专科学校政史法律系,河南,焦作,454001;南阳师范学院环境科学与旅游学院,河南,南阳,473061【正文语种】中文【中图分类】F323.211由法裔美籍科学家曼德尔布鲁特（B.B.Mandelbrot）于20世纪70年代创立的分形理论，加强了人们对自然界不规则几何体的认识，并通过计算机更加直观的来观察研究事物[1].分形理论作为一门新兴学科，在地学等领域内已得到广泛的应用，在自然现象及人文现象的研究中已取得一定成效，尤其在研究事物的不规则性、不稳定性以及复杂性等方面成效明显.目前分形理论在地理学上的研究主要集中在山系、水系、断层、地震以及旱涝灾害研究等自然地理学方向，而在土地利用方面的研究较少[2-7].本文以南水北调中线工程水源区——南阳境内的土地利用类型为例，探索分形理论在土地利用中的应用。
土地利用回归模型模拟京津冀PM2.5浓度空间分布
第30卷第10期干旱区资源与环境Vol．30No．10 2016年10月Journal of Arid LandＲesources and Environment Oct．2016文章编号：1003－7578（2016）10－116－05doi：10．13448/j．cnki．jalre．2016．327土地利用回归模型模拟京津冀PM2．5浓度空间分布*许刚1，焦利民1，2，肖丰涛1，赵素丽1，张欣1（1．武汉大学资源与环境科学学院，武汉430079；2．武汉大学地理信息系统教育部重点实验室，武汉430079）提要：PM2．5污染暴露评估需要浓度空间分布数据，而稀疏的地面监测点无法满足要求。
土地利用回归（LUＲ）模型是模拟大气污染物浓度的有效方法，本研究拟探讨LUＲ模型在中国区域尺度的适用性及精度。
选取土地利用、道路交通、人口密度、工业污染源、高程、气象共6类变量建立区域LUＲ模型模拟京津冀地区2013年PM2．5浓度空间分布。
以研究区80个监测点为中心建立0．1km 10km共22个系列缓冲区，表征不同尺度下各变量对PM2．5浓度的影响。
双变量相关分析得出161个影响因子与PM2．5浓度的相关性水平，筛选出13个影响因子与PM2．5浓度进行逐步多元线性回归，得到区域LUＲ模型。
交叉验证显示模型拟合精度（Ｒ2）达到78．7%，模拟结果显示京津冀PM2．5污染南北差异明显。
关键词：土地利用回归；PM2．5；空间分布；京津冀中图分类号：X531文献标识码：APM2．5指空气动力学当量直径小于等于2．5μm的颗粒物，也称细颗粒物，由于其易吸入性且易粘带有毒物质，严重危害人体健康；而PM2．5污染暴露评估需要连续一致的浓度空间分布数据，但稀疏的地面监测点无法满足要求。
地理信息科学技术的发展为大气污染物浓度模拟提供了新的技术手段，如空间插值模型、土地利用回归模型、遥感方法等［1］。
Briggs等（1997）利用多元线性回归模拟了欧洲阿姆斯特丹等城市NO2浓度空间分布，并将该方法称为回归制图（Ｒegression Mapping）［2］。
基于生态位适宜度模型的土地利用功能分区
瓯＝｛１一（丘一皿一）／（Ｂ岫一Ｂ一）ｑ嘶。＜以＜Ｂ— 墨≥Ｂ一 Ｉ（Ｂ。一以）／（么一一％）
（３）
土地利用的资源需求生态位是一个ｎ种资源构成的订 维资源窄间。根据Ｓｈｅｆｏｌｄ限制性定律：任何一个生态因 子在数量上或质量上的不足，就会导致该生物的衰退或 不能生存【ｌ ６｜。因此，土地利用，ｌ维资源空间的生态位适 宜度可用式（４）表示
生态位适宜度模型 生态位概念在最早由Ｇｒｉｎｅｌｌ在１９１７年明确定义为：
万方数据
第３期
蒙莉娜等：基于，七态位适宜度模型的土地利用功能分区
２８３
“生物在栖息地所占据的单元”［１０－ｎ］，Ｈｕｔｃｈｍｓｏｎ将生态 位扩展为既包括生物的空间位置及其在生物群落中的功
能定位，还包括生物在环境空间的位置，即“超体积生
ｘｔ｜Ｄ岫Ｄｋ洫＜Ｘｋ＜Ｄ嘶
１ Ｘ
ｋ＞Ｄ嘲
式中，＆为土地利用中资源ｋ（七∈［１，栉］）的生态位适宜
度；忍为评价单元中资源ｋ的现实生态位；Ｄ鼬为资源ｋ
现实生态位集合的最小值；Ｄ砌，为资源ｋ的生态位理想值。 第２类土地利用对资源的需求是指在资源可供给范 围内存在一个适宜的区间，资源供给过多或过少均将成 为土地利用的限制因素。如：土地利用中的人口密度。 对于这类资源，评价单元的生态适宜度用式（２）表示
表１
Ｔａｂｌｅ ｌ
土地利用功能的生态位适宜度评价因子体系
ｒｅｇｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ
Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｎｉｃｈｅ．ｆｉｔｎｅｓｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｌａｎｄ－ｕｓｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ
用中的交通条件。对于该类资源，评价单元的生态位适 宜度可以用公式表达如下
０
Ｘｔ‘Ｄｋ豳 （１１
瓯＝
（５