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《武汉大学》 2003年
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基于GIS技术的城市土地利用时空结构演变分析模型研究

张新长  
【摘要】:土地利用及其时空结构演变是一个相当复杂的现象与过程,它不仅是一种空间概念上的表达,而且还是时间序列上的演绎;它强调通过对于复杂土地利用地学现象的空间与时间上的综合表达和描述,来揭示土地利用时空结构现象演变的内在规律,因此已引起了目前国际学术界的广泛重视。已有不少类似的研究着力于通过建立空间数学模型来探讨土地利用的时空结构演变。但至今为止,真正将土地利用变化与其时空分布相结合,比较全面和系统的应用GIS的空间信息分析技术动态地模拟土地利用现状的空间形态和历史变迁的演变过程,从而对城市土地利用时空结构演变规律性的研究还并不多见,这正是这篇博士论文需要研究的核心内容。 本文首先从城市土地利用和GIS、RS等空间信息技术的基本理论出发,在明确了土地利用时空结构演变的空间涵义的基础上,引入了空间意象思维及其地理景观的概念,而正是由于空间意象的存在,使得地理空间概念计算模型的建立成为可能。本文以广州市海珠区土地利用空间结构在不同时间段上所表现出来的特征和差异为例,应用GIS技术对城市区域尤其是城市边缘区的土地利用进行了比较全面、系统和深入的空间定量和定性分析研究,从而进一步认识和分析我国在快速城市化进程中城市土地利用时空结构演变的规律和存在的问题。并针对这些问题,提出协调和解决它们的对策和建议。 本文的研究特色主要体现在:通过引入城市土地利用的基本理论、空间意象思维及其地理景观的概念、GIS的基本理论和技术方法的基础上,在实验区数据比较完备的情况下,总结出了一套科学合理、既准确又高效的城市土地利用时空结构演变规律的基本研究方法,并重点讨论和研究了空间数据的预处理与质量分析、时空结构分异分析、空间测算分析、空间格局分析和空间自相关分析在城市土地利用时空结构演变研究中的具体应用。 数据的预处理与质量分析主要涉及土地利用的空间数据源、土地利用数据的质量现状和控制三个方面。由于城市用地数据源的多样性,使得空间和属性数据内容极为丰富详细。但不同的空间数据产品是由不同的生产单位按照不同的数据标准及生产步骤进行生产的,因而数据产品在描述空间目标的空间特征、时间特征和专题特征时,很难达到一致性。其结果必然造成空间位置、地物属性、空间逻辑及完整性等方面存在误差。因此,对各种空间数据进行处理和融合并对其质量进行评价就显得尤为重要,这是进行城市土地利用变化研究的核心与基础。 时空结构分异分析是以GIS叠置分析为辅助手段,目前描述城市扩展空间结构分异最常用的方法是比较分析不同城市土地利用类型在空间方位上的差异。这种方法能够在总体上勾画出城市土地利用的空间形态结构特征,具有直观简明的优点。但由于按方位划分的空间单元并不具有均等的土地面积,因而其变化速度并不具有严格意义上的可比性。并且, 这种方法无法辨析出对于某一个城市土地利用的随时间变化的总体趋势或研究区内城市 土地利用时空结构演变的空间差异。因而,本文对上述方法进行了改进,创造性引入了年 均变化强度指数这一具有可比性的新指标描述城市土地利用的时空结构分异。变化强度指 数是指某空间单元在研究时期内的土地利用变化面积占其土地总面积的百分比。为了便于 比较不同研究时期城市土地利用变化的强弱或趋势,可计算各空间单元的年均变化强度指 数,它实质就是用各空间单元的土地面积来对其年均变化速度进行标准化处理,使其具有 可比性。从而对城市的用地类型做更深入研究,得出了各不同用地类型的时空结构分异情 况,对出现这种情况的原因结合社会经济情况对其进行分析,从而达到全面把握城市土地 变化规律的目的。此外,本文还论述了RS在城市土地利用动态监测中的具体应用。 空间信息测算分析模型亦是以GIS叠置分析为辅助手段,将研究区域的土地细分出未 变化部分、转移部分和新增部分等三种空间类型,并据此对现有测算土地利用变化速率的 数量分析和动态度模型进行了评析,提出了修正后的空间信息测算分析模型,旨在更为精 细和准确地测算各土地利用类型的动态变化程度。或者更具体地说这种模型最主要是要从 微观角度认识到不同用地类型变化的面积和速度(增加或减少)的情况,并且更清楚地知 道变化的用地在空间的分布和时空规律。此外,还要知道不同用地在某个时间段内的变化 相对于其他用地有何不同,并结合社会经济情况来探讨这种情况发生的原因及其可能产生 的结果。分析结果表明:空间信息测算分析模型由于细分并同时考虑了各种土地利用类型 的空间转移及新增过程,更能从微观角度准确地测算出各种城市土地利用类型的动态变化 程度与速率,使得对于城市土地利用时空结构演变的研究更加系统化、深入化,从而得出 更为圆满的结果。 空间格局分析是以研究区域内的土地利用现状及类型为基础,从空间图形和空间格局 的角度入手,运用GIS的基本理论及基本技术,探讨城市土地利用时空结构演变的格局、 变化的图形特征及其描述方法等,从而更突出地强调了城市各种用地类型空间信息分析的 数量指标的变化情况。目的在于通过不同的地
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P208

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