王海军
, 夏畅
WANG Haijun, XIA Chang
收稿日期: 2015-10-20
修回日期: 2016-05-20
网络出版日期: 2016-07-20
版权声明: 2016 地理科学进展 《地理科学进展》杂志@版权所有
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作者简介:
作者简介：王海军,男,博士,教授,主要从事土地资源评价和土地利用覆盖变化、地理元胞自动机理论与方法等方面的研究,E-mail: landgiswhj@163.com。
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摘要
大都市郊区是快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,尤其在中国加快推进“就地就近”城镇化战略的背景下,把握大都市郊区小城镇土地利用时空变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化都市空间结构具有重要的现实意义。约束性元胞自动机(constrained Cellular Automata, constrained CA)能够通过简单的规则模拟复杂的城市动态演化过程。本文将土地利用总体规划指标、城镇空间发展战略布局、土地利用开发适宜性等,嵌入约束性CA的转换规则中,采用Logistic逐步回归法分析土地利用空间影响因素,对严格约束下的武汉市江夏区2020年土地利用进行情景模拟分析,并提出城市增长管控手段。结果表明：①研究时段内,江夏区城镇用地呈低效外延式扩张,土地利用集约节约程度较低,其人口规模并未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成;②约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,能够真实反映近郊小城镇的未来空间布局与结构,模拟结果与土地利用规划和城市规划较为契合;③将规划目标导向与现实发展趋势下的模拟结果进行叠加分析,可确定城镇增长需求与规划指标调控间冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区域,为加强大都市近郊区的违法用地监查和土地利用管控提供先验的预警知识。
关键词：
Abstract
In the process of rapid urbanization in China, metropolitan outskirts are areas where land use change most frequently occurred and human-nature relationship most complex, and it is very important to understand changes in land management and urban planning in these areas. Constrained Cellular Automata (constrained CA) can simulate complicated urban dynamic changes in accordance with certain simple rules and has become an important tool in the study of spatiotemporal changes of urban land use. Using land use data of Jiangxia District of Wuhan City collected in 2007 and 2011, this study incorporated considerations such as overall land use planning index, strategic arrangement of urban spatial development, and land use constrains into the transition rules of Cellular Automata. Then the logistic regression method was employed to determine the influencing factors of city spatial development and a constrained CA model was established to simulate scenario urban construction of Jiangxia District in 2020. The findings were compared with the prediction of forecast-CA. The simulation results show that: (1) Jiangxia District gradually absorbs some of the functions and population of the city center during the study period, but the urban expansion and land use is of low efficiency. The population of the study area will not grow significantly and the expansion of the area will not ease the high population pressure in the city center. (2) Constrained CA is able to depict a vivid picture of the layout and structure of small towns in metropolitan outskirts and is suitable for land use planning and urban planning. (3) Overlay analysis of the results of scenario simulations can identify the key monitoring areas of land use supervision and provide warning messages for the supervision and control of illegal land use.
Keywords：
进入21世纪以来,中国城市化进程迈入加速阶段,城市蔓延、中心城市衰退和大城市病等日益凸显,已成为制约城市可持续发展的关键问题。为了优化城市空间结构,突破城市规模对城市发展的束缚,缓解中心城区的就业、交通和环境压力,大都市市区正在转型为“多中心”分散发展结构。大都市郊区呈现出“郊区城市化”,其表现为中心城区的人口、产业、服务等各要素逐渐向郊区外迁的一种离心扩散现象。郊区城市化的特点、动力机制及管控手段等研究已引起学者们的广泛关注(石忆邵等, 2007; 邵景安, 2009; 韩非等, 2010; 林涛, 2010)。大都市郊区由于土地成本低廉、生态环境优越,成为特大城市快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,也是对城市空间结构演进带来重大影响的区域。在国家严守耕地红线及空间管制日趋完善的背景下,自上而下的规划调控已难以满足近郊区对土地资源的巨大需求。随着大都市市区城市功能的外溢,近郊城镇迎来了快速发展的机遇,也遭遇了生态空间不断减少、环境危机日益突出的挑战。作为大都市空间增长的主要区域,郊区呈现蔓延和粗放式扩张,其耕地数量和质量不断下降,严重威胁到中国的粮食安全问题。如何控制近郊小城镇的空间无序蔓延,引导建设用地的合理增长,已经成为城市可持续健康发展过程中亟待解决的问题(宁越敏, 2012; 陈利顶等, 2013; Li et al, 2014; 孙平军等, 2014)。
城镇用地扩张作为土地利用动态演化研究的重要领域,具有系统性、开放性、动态性、非线性、层次性、随机性和不确定性等特点,是一个具有高度复杂性的过程(周成虎等, 1999, 2009)。加强对城镇用地扩张机制的研究,有利于提高城市规划和土地利用规划的科学性,避免规划中主观性和随机性所带来的影响。随着研究的深入,大量辅助城镇用地规划决策的新方法与新理论不断涌现,利用约束性元胞自动机(constrained CA),对城镇用地扩张进行动态模拟和情景分析,已成为新的研究热点(黎夏等, 1999; 龙瀛等, 2009)。将元胞自动机模型与GIS技术等相结合,应用于城市土地利用动态演化研究中,能够弥补传统统计分析模型的不足,并提供具有时空特性的模拟结果。依据CA应用目的的不同,可以将其划分为约束性CA、预报性CA和描述性CA等3种主要类型(Geertman et al, 2007)。基于约束性CA模型的城镇扩张情景模拟分析,在一定程度上能够辅助土地利用规划决策,是一个颇具潜力的应用领域(马世发等, 2013);约束性CA与其他CA的不同之处为：该类CA模型的转换函数是根据规划目标和方针确定的,而不只是依靠历史数据和发展趋势来预测将来可能的情景(马世发等, 2014)。根据不同的规划目标与方针,可以模拟出不同的方案,然后进行综合比较与方案评估,从而吸取以往城市发展过程中的经验和教训,降低同类问题再次发生的概率。因此,基于约束性CA模型的城镇扩张情景模拟分析对政府的科学决策具有重要意义。
已有研究表明,约束性CA在地理系统模拟和土地利用规划决策方面具有一定的优势和应用前景,如龙瀛等(2009)利用约束性CA进行城市增长边界(UGBs)模拟,马世发等(2014)基于约束性CA对土地利用规划方案进行预评估等。基于前人的研究,本文以大都市郊区生态环境恶化和城镇用地供需不平衡为背景,探索针对近郊城镇快速增长的管控方案和技术途径。首先以城镇用地合理扩张为目标,在元胞自动机理论、土地利用规划和城镇空间发展战略等的指导下,重点研究约束性CA模型的构建方法及转换规则制定;然后以武汉市江夏区为案例,分析大都市郊区城镇增长特征与空间分布,并对未来城镇空间布局进行预测,验证约束性CA在复杂地理系统模拟方面的优势;最后探讨了采用约束性CA技术进行土地督察重点监测区划定的可行性,以期控制近郊城镇的空间无序蔓延,引导区域有序发展和疏散中心城市功能,从而推进特大城市可持续健康发展,为土地利用规划决策和管理优化提供方法与技术支撑。
本文对城镇扩张约束因素进行了扩展,综合考虑城镇扩张驱动因素,并将土地利用规划、城镇空间发展战略等规划因素和思想,耦合于元胞自动机模型中,构建基于约束性CA的城镇用地扩张模拟模型。
在基于约束性CA的城镇用地扩张模型中,元胞空间不再是抽象空间,而是转变为笛卡尔坐标系下的地理空间(王海军, 贺三维, 张文婷, 2010; Wang et al, 2012; He et al, 2013);研究通常在二维元胞空间上进行,因此可采用GIS栅格数据中的栅格表示元胞。这样,每个元胞都被赋予了地理含义,元胞的大小对应于具有一定面积的地块,而研究区域则作为元胞空间(杨青生等, 2007; 王海军等, 2011)。
元胞的状态即地块的土地利用类型。本文将元胞的状态集合定义为：城镇用地、耕地、园地、林地、水体,映射到数学集合中为S={1, 2, 3, 4, 5}。
CA模型中的邻域概念在地理空间上体现为邻近关系,模型中的邻域作用是对相邻地理实体间的相互作用规律的反映(张显峰等, 2001; 罗平等, 2004; 王海军, 张文婷, 贺三维等, 2010)。本文中采用7×7扩展的Moore型邻域,邻域内城镇用地元胞数决定着下一时刻该元胞的状态。模型中的时间概念用迭代次数来代替,由于模型耦合元胞自动机与土地利用规划,且为土地利用规划决策和管理辅助服务,因此设定每次迭代的时间与土地利用年度计划一致,即一次迭代为一年。
在CA模型中,转换规则决定着下一时刻元胞是否发展为城镇用地(杨国清等, 2007; He et al, 2008)。约束性CA在既定的土地利用结构调整方案上,对未来最可能的空间发展形态进行识别,其模拟的结果更为接近真实。本文主要探讨利用约束性CA进行不同政策条件下的城镇用地扩张情景模拟与分析,结合土地利用总体规划与城市规划,综合考虑土地利用规划指标、城镇空间发展战略及土地利用开发适宜性等约束条件来制定转换规则。
2.3.1 土地利用空间影响约束
城镇用地扩张趋势受制于土地利用惯性(黎夏等, 2002)。土地利用惯性可认为是一系列空间影响因子的函数,这些土地利用空间影响因子主要包括交通条件、水文、地形及经济状况等,通常可用到区中心的距离、到高速公路的距离、地形坡度和高程等空间变量来表示(刘耀林等, 2004; 黎夏等, 2009; 龙瀛等, 2010)。土地利用惯性一般通过对土地利用历史数据进行逻辑回归分析来获取(Wu, 2002; 黎夏等, 2010),用数学语言可以描述为：
{Invalid MML} (1)
式中：S0为土地利用惯性值;a0为常量;Di为土地利用空间影响因子i(i=1, 2, 3,…, k)的集合;Pi为空间影响因子i的参数值,通过逻辑回归模型的系数来确定。
在获取土地利用惯性值后,还要将土地利用惯性值转为土地利用开发概率({Invalid MML}),其计算公式如下：
{Invalid MML} (2)
2.3.2 邻域约束
土地利用惯性S0是从相隔一段时间的两期土地利用历史数据中利用逻辑回归估算而得。由于土地利用空间影响因子基本不发生变化(除交通条件外),因此土地利用开发概率{Invalid MML}在模拟过程中变化很小;如果根据土地利用开发概率的最大值来布局未来土地利用结构,只会产生零乱的空间分布,因为地块的土地利用开发可能性不仅仅受到自身条件的影响,还与周围的土地利用状况有关。因此,考虑邻域对中心元胞的作用,可以增加模拟的紧凑度,防止空间分布散乱现象。
在一个N×N的邻域内,邻近城镇用地元胞数越大,则该中心元胞发展为城镇用地的概率越大(何春阳等, 2003; 张磊, 2010; Sun et al, 2012),用数学语言描述为：
{Invalid MML} (3)
式中：Lij为元胞ij受到的邻域影响;{Invalid MML}为元胞状态,{Invalid MML}表示一个条件函数,如果元胞状态为城镇用地,则返回1,否则返回0。
2.3.3 限制约束
约束性CA模型需要考虑客观的土地利用限制条件,主要为全局性的作用于所有元胞的限制因素,如土地利用规划中的基本农田保护区、生态安全控制区等(何春阳, 2003; 舒帮荣等, 2013),用数学语言描述为：
{Invalid MML} (4)
式中：Z为限制条件判断函数,当元胞ij位于土地利用限制开发区内时,Z=0,不能发展为城镇用地;当元胞ij位于允许开发建设区时,Z=1,允许发展为城镇用地。
2.3.4 随机约束
城镇扩张过程中存在诸多随机因素和偶然事件的干预,因此城镇扩张具有不确定性。为使模型能够反映出这种不确定性,应该在约束性CA模型中引入随机干扰因子(杨青生等, 2007; 刘翠玲等, 2013),用数学语言描述为：
{Invalid MML} (5)
式中：R为随机干扰因子;a为随机数,取值在0~1之间;k为整数,是调控随机干扰强度的系数,取值在1~10之间。
综合考虑土地利用空间影响约束、邻域约束、限制约束和随机约束的影响,任何元胞在时刻T发展为城镇用地的概率(张显峰等, 2001; 徐昔保等, 2009)都可以表示为：
{Invalid MML} (6)
2.3.5 土地利用规划指标约束
城镇扩张过程中,不仅土地利用空间影响因素会对空间布局产生影响,规划指标调控也会影响土地利用布局。作为约束性CA,需要考虑城镇用地增长规模限制及土地利用类型转换规模限制(杨俊等, 2015)。本文根据土地利用总体规划指标体系,并结合区域发展规划,将新增城镇建设用地规模、新增城镇建设用地占用耕地规模及基本农田面积作为元胞状态更新的指标约束条件。由于城镇增长规模的限制,约束性CA模型不宜采用阈值转换模式,而是选择固定迭代次数和每次迭代转换元胞数(龙瀛等, 2009)。在此基础上,选择区域内发展概率最高的元胞进行转换,假设迭代次数为d,新增城镇建设用地规模为C,新增城镇建设用地占用耕地规模为n,则每次迭代转换元胞数stepN=C/d,用数学语言可描述为：
{Invalid MML} (7)
式中：{Invalid MML}为T时刻元胞ij的状态;{Invalid MML}为T+1时刻元胞ij的状态;{Invalid MML}为元胞ij的开发概率;max为区域内发展概率最高的stepN个元胞的集合。当新增城镇建设用地占用耕地元胞数小于指标值,且元胞状态不是基本农田时,若元胞ij的开发概率隶属于该集合,则元胞发展为城镇用地,否则元胞状态不发生改变。
2.3.6 城镇空间发展战略约束
利用约束性CA模拟城镇扩张时,需要将地理空间发展的差异性和不均衡性考虑进元胞自动机转换规则的制定中(龙瀛等, 2010)。将城镇空间发展战略约束融入规划决策,能够有效避免“摊大饼”式城镇空间发展模式。因此,结合土地利用总体规划和城市规划,解析土地利用空间发展定性规则,作为元胞自动机状态转变的重要约束条件,可描 述为：
{Invalid MML} (8)
式中：{Invalid MML}用于判断元胞ij受政策的影响程度;{Invalid MML}表示一个条件函数,元胞ij受到政策hk的影响,则返回1,否则返回0;{Invalid MML}为政策hk的权重;n为政策总数,k=1, 2, ..., n。
江夏区是武汉市6个远城区之一,地处114°01'E ~114°35'E,29°58'N~30°32'N之间,全区土地总面积约为2018 km2。江夏区北部紧邻武汉市东湖高新技术开发区和洪山区,南与咸宁市及嘉鱼县相连,东面通过梁子湖与大冶市、鄂州市接壤,西边与武汉市汉南区和蔡甸区隔江相望(图1)。
本文基于ArcGIS 10.0平台对武汉市江夏区2007年和2011年土地利用矢量数据进行预处理,根据城镇扩张模拟研究的需要,将土地利用类型归为城镇用地、耕地、园地、林地及水体5类,并将矢量数据栅格化。同时,采用了武汉市江夏区土地利用总体规划(2006-2020年)、城镇发展中心、交通路网等数据。
3.2.1 空间变量参数识别
城镇用地扩张受到包括自然、社会及宏观政策等多方面因素的影响,本文在参考城镇用地扩张模型惯用驱动因素的基础上,结合江夏区的实际特点,并考虑到数据的可获取性,选取区中心、一级镇中心、二级镇中心、三级镇中心、四级镇中心、高速公路、铁路和主干道等8个影响因子,利用Logistic逐步回归方法进行参数识别;Logistic回归分析是研究土地利用时空演变过程的重要手段,其变量选择方法包括后退法(Backward)、前进法(Forward)和全要素法(Enter)3种。其中,全要素法未考虑变量的显著性及多元共线性问题,将所有变量进入模型中;后退法从模型中逐次剔除变量,充分考虑各空间变量对城市发展概率的贡献度,从而筛选出与土地利用变化相关性更大的因子(韩会然等, 2015);前进法通过逐步向模型中加入变量进行因子筛选。已有研究表明,后退法较前进法能更好地评价抑制效应,消除变量之间的明显共线性(黄明等, 2012),因此本文采用后退法筛选空间变量,并与全变量法相比较,分别计算全要素法和后退法的空间影响因子参数值。另外,由于江夏区地处平原地带,区域内部高差较小,因此可以不考虑地形坡度与高程因子的影响。
空间变量参数值具有明确的地理含义,可以有效反映空间影响因子对城市扩张的影响作用大小。参数值为负,表示越靠近空间变量的元胞区位优势越明显,发展为城市用地的概率越大;参数值为正,则说明越靠近空间变量的元胞发展为城市用地的概率越小(杨青生等, 2007)。从参数识别结果来看,2007-2011年间,对江夏区城镇用地发展概率贡献最大的是主干道距离、一级镇距离和区中心距离,其参数均为负且绝对值较大;研究时段内新增城镇用地主要集中在区域北部,为主干道、一级镇中心、区中心等空间变量集中分布的位置,城镇扩张受到这3种因素的综合作用。2007-2011年间,江夏区中南部乡镇的城市扩张进程缓慢,二级镇中心、三级镇中心及高速公路对城镇扩张相对没有吸引力,其权重参数识别为正值;而与铁路和四级镇距离对城镇用地发展概率影响不显著,在后退法中未进入模型(表1)。
表1 城镇扩张空间影响因子参数识别
Tab.1 Parameter identification of spatial factors for urban expansion
| 空间变量 | 参数值 | 数据 | 空间变量 | 参数值 | 数据 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 全要素法 | 后退法 | 全要素法 | 后退法 | ||||
| 一级镇距离 | -4.1712 | -3.6130 | 主干道距离 | -10.0329 | -9.7699 | ||
| 二级镇距离 | 6.0128 | 5.7475 | 高速公路距离 | 1.9001 | 1.9052 | ||
| 三级镇距离 | 2.8394 | 3.0808 | 规划主干道 | — | — | ||
| 四级镇距离 | -0.0338 | 0.0000 | 规划高速公路 | — | — | ||
| 区中心距离 | -3.5039 | -3.6449 | 常量 | -1.5174 | -1.5697 | ||
| 铁路距离 | 0.5293 | 0.0000 | |||||
3.2.2 城镇空间发展战略约束
城镇发展具有空间不均衡性,将差异性空间发展战略嵌入CA模型转换规则中,有利于避免“摊大饼”式城镇空间发展模式。江夏区与其他相对独立发展的城市有所不同,其北部邻近武汉市主城区,受到主城区的强大吸引作用,因此在考虑区域内部因素作用的同时,需要将主城区的作用凸显出来。江夏区北部作为武汉市南部新城组群,具有以黄家湖、汤逊湖及青菱湖等水域为基础的良好自然生态环境,邻近主城科技发展区的优势,以及武纸公路、107国道、沪蓉高速公路、京广铁路等优越对外交通条件,其功能定位为武汉地区教育科研中心及物流基地;重点发展包括纸坊新城、黄家湖、豹澥及流芳在内的南部新城组团。南部新城组团主要以外环高速公路及京广铁路为发展轴线,依托地铁5、7、8号线,向南拓展。确立“三区两轴”的集聚轴向式的空间结构,其中“两轴”即沪蓉线经济发展轴和京广线经济发展轴,“三区”是指沪蓉线沿线城镇及城北地区(北部片)、京广线中部矿业带(中部片)和南部农业综合开发区(南部片)。其发展战略规划为“依托主城、确保中心、重点发展、逐步推进”。“依托主城”是指江夏区城镇发展主要受主城区的吸引作用;“确保中心”即将纸坊新城作为城镇发展的一个中心;“重点发展,逐步推进”即以北部片为发展的重要对象,同时严格控制新增城镇用地,逐步推进城镇扩张过程。另外,纸坊新城作为发展战略的重点,受城市结构及空间限制,近期将以优化老城区、适度向东扩张为目标。
综合上述发展政策,利用空间规则解析法进行分析,对比各政策因素影响力的相对大小,根据已有规划文本和图件,确定各政策因素的影响范围并划分为多个梯度,分别对其进行权重赋值,将背景值设为0.15,并依据空间叠加结果进行调整和标准化处理,从而实现各定性战略的定量化和指标化(表2)。利用ArcGIS 10.0的邻域分析及叠加分析等工具绘制江夏区城镇空间发展战略分布图(图2)。
表2 江夏区城镇空间发展战略指标化
Tab.2 Spatialization of urban development strategy in Jiangxia Distict, Wuhan City
| 政策 | 定量依据 | 空间解析 | 范围/m | 权重 |
|---|---|---|---|---|
| “依托主城” | 综合测度武汉市主城区与江夏城区之间的空间距离及路网联系 | 武汉市主城区边界向南做缓冲区 | 0~2000 | 0.25 |
| 2000~5000 | 0.15 | |||
| “确保中心” | 武汉市及纸坊新城规划图件与文本 | 纸坊新城中心向东方向做扇形缓冲区 | 0~3000 | 0.25 |
| 3000~5000 | 0.15 | |||
| “三区两轴” | 轴线影响范围=城镇用地面积/轴长 | 发展轴线向两侧做缓冲区 | 0~2000 | 0.15 |
| “轨道交通” | 已有文献经验与实地调研 | 地铁线路向两侧做缓冲区 | 0~1000 | 0.30 |
图2 江夏区城镇空间发展战略分布
Fig.2 Strategic distribution of urban space development in Jiangxia District, Wuhan City
3.2.3 土地利用开发适宜性
本文根据江夏区的实际情况,将水域及基本农田保护区作为禁止建设区,嵌入约束性CA模型的转换规则中。在ArcGIS 10.0中利用2020年武汉市土地利用规划图,勾画出江夏区基本农田保护区,同时与江夏区2011年水体面积相叠加,得到江夏区宜建区分布图(图3)。
图3 江夏区宜建区分布
Fig.3 Distribution of suitable construction area in Jiangxia District, Wuhan City
3.2.4 土地利用规划指标约束
城镇扩张过程中,规划指标调控会对土地利用空间布局产生影响。本文根据土地利用总体规划指标体系,考虑城镇用地增长规模约束及土地利用类型转换约束,并结合区域实际情况,将新增城镇建设用地占用耕地规模及基本农田面积作为约束性CA元胞状态更新的约束条件,将新增城镇建设用地规模作为模型迭代的终止条件。
本文通过分解《武汉市江夏区土地利用总体规划2006-2020年》中的各规模指标来确定模型迭的控制条件。其中,2020年必须确保至少有60845 hm2的基本农田,而根据江夏区宜建区分布图,基本农田保护区面积约在80000 hm2以上,因此,通过将基本农田保护区作为禁止建设区,可以达到确保基本农田面积的目的。据规划文件,江夏区2011-2020年期间的建设用地增量规模需要控制在7543 hm2以内,新增建设用地占用耕地规模不得超过5080.88 hm2。而2010年江夏区内建设用地总规模为30624.16 hm2,其中城镇用地(包括城市、建制镇等)为9507.85 hm2,约占建设用地总面积的32%。因此,可以得到2011-2020年建设用地增量规模为7543 hm2,而2010年城镇用地约占建设用地的32%,据此估算新增城镇用地规模为2414 hm2,新增城镇用地占用耕地规模为1626 hm2。
为使模拟结果能够表现出城镇扩张过程的不确定性,在CA模型中引入随机干扰因子,随机干扰强度设置为2。另外,本文中元胞大小设为200 m×200 m,采用7×7扩展的Moore型邻域,增强模拟结果的紧凑度及真实性,防止土地利用布局散乱。
以2007年江夏区土地利用现状为基点,对江夏区2011年的城镇扩张过程进行模拟,根据全要素法与后退法的空间影响因子参数,分别构建全要素模型和多要素模型,并与真实的城镇用地格局进行对比,验证模型的可行性。
从整体上比较2个模型的模拟结果可以发现(图4),在整体的扩张形态和方向上,两者区别不大,其中江夏区城镇扩张主要发生在纸坊街区,以及紧靠东湖高新技术开发区的流芳街和豹澥镇;而在江夏区南部及西部的安山、山坡、法泗、金口、湖泗和舒安等乡镇,城镇化速度较缓慢,这与江夏区实际的城镇扩张形态一致;在模拟精度方面,两者的Kappa系数分别为0.66和0.67,多要素模型较全要素模型的一致性检验结果略优;两者的总体精度相近且都高于95%,但多要素模型一定程度上改善了城镇用地的模拟精度,将精度值由69%提升至70%。
对模拟结果的局部差异进行分析,发现在全要素模型中新增城镇用地分布较为发散,而多要素模型模拟结果相对紧凑合理,与2011年江夏区土地利用现状更为贴近。从模拟结果的精度及空间布局来看,采用后退法构建多要素模型较全要素法更为合理,有效地改善了模拟结果精度与空间分布;从模型构建的角度出发,在不影响模型合理性的基础上,有效地降低了模型的复杂度,在简化和改善模型方面具有一定的价值。
3.4.1 城镇增长特征
武汉市是中国中部地区的特大城市,是国家“中部崛起”的战略支点和“两型社会”建设的重要示范区。武汉市严格控制中心城区规模,积极促进新城发展,构建以主城为核心、新城为重点、中心镇和一般镇为基础的网络状城镇体系。其主城用地因受严格控制而增长逐渐缓慢,但近郊城镇增长速度十分迅速,大量耕地和水体遭到侵占,从而引发了严峻的生态环境问题。“十一五”期间,武汉市近郊区城镇用地增幅为主城区的3倍,近郊区成为武汉城市扩张的重点区域,截至2011年,武汉市近郊区城镇用地现状规模已与主城区相当。从人口规模来看,近郊区远低于主城区,第六次全国人口普查结果表明,截至2010年末,武汉都市发展区常住人口为817万人,而新城组群地区
随着快速轨道交通的日趋完善,近郊城镇成为联结城市和乡村的纽带,不仅是中心城区功能外溢的承载区,更是构建区域生态安全格局的保育区,在解决大城市过度扩张所引发的城市问题和实现大都市空间结构优化方面发挥着重要的作用。因此,合理控制大都市近郊城镇空间增长,有利于规划引导和管控城市用地空间结构,构建集约有序的空间拓展模式(于伟等, 2012)。
江夏区作为武汉市南部远城区,是中心城区重要的功能、产业和人口疏散地,也将面临着城镇扩张与生态保护之间的突出矛盾。江夏区城镇扩张过程具有空间不平衡性,区域差异明显(图5)。江夏区城镇用地主要集中分布于沪蓉高速公路以北区域。江夏区北部作为新型城镇化的重点发展区,城镇化程度较高;而中南部作为现代农业生产基地,经济发展水平较低,城镇化进程缓慢。从城镇空间拓展情况来看,江夏区呈现出典型的团块聚集和跳跃式发展特征,原有连续的绿色廊道和空间遭到破坏。2007-2011年间江夏区城镇用地实际增加约57 km2,平均增加速度为14.25 km2/a;城镇用地扩张规模较大,主要发生在江夏区北部靠近武汉市主城区的流芳街、豹澥镇及纸坊街。其中,纸坊街作为主城区的卫星城,主要吸纳中心城区的人口扩散,适当分散部分主城区的行政和居住功能;而邻近东湖高新技术开发区的流芳街和豹澥镇则主要承载中心城区的工业产业外溢。由于短时间内城镇扩张规模过大,导致城镇用地低效外延扩张,土地利用集约节约程度较低。从区域人口规模来看,2007年江夏区常住人口为63万,第六次全国人口普查时为64.5万,研究区内人口规模未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成。但是,随着城镇化的推进,江夏区的交通路网和基础设施得以不断完善,其吸引和承载中心城区人口与产业外溢的能力将持续增强。
图5 2007-2011年江夏区城镇扩张空间分布
Fig.5 Spatial distribution of urban expansion in Jiangxia District, Wuhan City, 2007-2011
3.4.2 城镇扩张情景模拟与分析
本文采用约束性CA分别对规划目标方案(情景I)与现实发展趋势方案(情景II)进行模拟(图6);情景I将城镇空间发展战略和土地利用规划指标调控作为重要的约束条件,保证城市发展与规划目标一致;情景II则主要考虑城镇扩张惯性驱动及土地利用开发适宜性,在该情景中,城市扩张保持原有发展速率不变。另外,在现有的城镇扩张模拟研究中,往往较少考虑到交通可达性等空间因子在研究时段内对城市发展的影响(邓羽等, 2015),这与现实情况相悖。本文所架构的CA模型结合现状路网和规划路网,综合考虑了道路信息的时空变化。情景I中,2011-2020年间,江夏区城镇扩张主要集中在纸坊新城、临近主城区且有地铁线路经过的黄家湖,以及东北部的流芳街和豹澥镇,而位于江夏区中部及南部的城镇扩张不明显,城镇化速度十分缓慢。将江夏区2007、2011和2020年土地利用布局加以对比,发现2011-2020年江夏区城镇扩张速度得到明显抑制,从14.25 km2/a减至2.72 km2/a;城市发展比较紧凑,只是在原有城镇用地的基础上向外适度扩张,这与土地利用总体规划目标及江夏区城镇发展定位十分吻合,这也证明基于约束性CA模型的大都市近郊城镇增长模拟是可行的。
图6 基于规划目标方案与趋势发展方案的情景模拟结果
Fig.6 Scenario simulation results based on constrained CA
对比情景I和情景II的模拟结果,可得出以下结论：现实状况下的江夏区城镇扩张速度明显高于规划控制下的城镇用地增长速率,如果不对城镇用地扩张加以调控,城镇规模将不断扩大,并不断向腹地呈无序蔓延状态;其中,江夏区北部的流芳街、豹澥镇向东南方向扩张十分明显,纸坊街区向四周呈发散状扩张,靠近主城区的黄家湖地区发展十分迅速,并不断向南拓展;而江夏区中部及南部城镇化进程十分缓慢,区域空间发展差异不断加大。因此,江夏区需要合理控制城镇扩张规模,对当前的城镇扩张速度加以控制,将新增城镇用地规模控制在规划目标内,以避免城镇大规模扩张对耕地及水体的侵占。一方面,应高度重视土地集约节约利用,优化城镇用地空间布局,防止城市低效蔓延式扩张;另一方面,应合理引导城镇扩张方向,积极带动经济发展相对滞后的南部片城镇扩张,消除经济发展的锁定效应和区域差异,促进全区协调发展。
3.4.3 土地督察重点监测区划定
城市空间扩展的不确定性制约了城市模型的预测精度,即使是综合社会、经济、自然等各方面因素构建更为复杂的模型也只能相对逼近客观实际(邓羽等, 2015)。现有的利用约束性CA对模拟城市增长边界或进行土地利用规划方案预评估仍具有一定的价值和借鉴意义。城市增长边界通过划定边界线控制城市蔓延,是引导城市合理增长和可持续发展的重要手段,但划定城市增长边界将城市建设活动限制在固定区域内,会导致城市增长需求的空间与之不相匹配等问题(冯科等, 2008);而通过简单对比模拟结果与规划图中城市边界线的一致性来评判规划方案的优劣,也存在较大局限性(张兵等, 2014)。本文提出利用约束性CA技术进行土地督察重点监测区的划定(图7),可在控制城市建设用地规模的基础上为城市发展的不确定性留有余地,避免由于模拟精度不足而造成的较大影响。该方法对于大都市郊区快速增长、城镇空间呈跳跃式扩张的地区具有借鉴和参考意义。
随着城市用地的迅速扩张及用地需求的不断增长,国家亟需借助有效的技术手段及时掌握和监管土地利用和管理情况(吕晓等, 2012; 范伯乃等, 2014);江夏区作为武汉市南部新城组团空间拓展的重点区域,其依托交通廊道呈组群式发展,承担疏散中心城区人口和吸纳区域农业人口的职能,承接主城区部分工业、居住和商业等功能外溢。江夏区北部城镇空间快速增长态势和无序外延式扩张模式给区域带来了巨大的生态环境压力。将规划目标导向和现实发展趋势下的模拟结果在GIS环境中进行空间叠加分析,可比对出规划目标与趋势发展之间存在的冲突区域,即在土地利用总体规划实施过程中应重点监管的区域(马世发等, 2014)。通过梳理规划指标调控与用地需求的空间错位分布特征,获取有针对性的查违区域,为实施严格的违法用地督察和土地利用空间管制提供事先的预警,以期控制近郊小城镇的空间无序蔓延,引导区域有序增长。江夏区今后应在不突破城镇用地规模的前提下,尽量避让城市和组团之间的生态屏障系统,依据城镇体系空间布局规划,协调绿色空间与农村居民点、基础设施布局的空间关系,形成集聚发展的土地利用空间格局。本文提出的划定土地督察重点监测区方法,可为快速确定违法高危区,提升土地督察的管理水平,从而实现国土资源的现代化管理提供参考和借鉴。
本文在传统CA模型的基础上,结合土地利用总体规划、城镇空间发展布局及土地利用开发适宜性等,构建约束性元胞自动机模型,利用武汉市江夏区2007年和2011年土地利用数据,进行了大都市郊区城镇增长的情景模拟与管控分析,主要结论如下：
(1) 2007-2011年间江夏区城镇用地实际增加约57 km2,平均增加速度为14.25 km2/a,城镇用地扩张规模较大且呈外延式扩张,土地利用集约节约程度较低。研究时段内江夏区逐渐承载中心城区的功能和人口外溢,其中,纸坊新城作为主城区的卫星城主要吸纳中心城区的扩散人口,适当分散部分主城区的行政和居住功能;而邻近东湖高新技术开发区的流芳街和豹澥镇则主要承载中心城区的工业产业外溢;但该时段内江夏区人口规模并未得到较大增长,对主城区人口的疏散作用尚未真正形成。
(2) 在当前政府主导的土地管理政策框架下,约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,与土地利用规划和城市总体规划较为契合。因此,在空间管制日益趋紧的背景下,约束性CA的模拟结果能较真实地反映近郊城镇的未来空间布局与结构。
(3) 通过对比规划目标情景和趋势发展情景下的模拟结果,有利于判断现势状况下城镇用地扩张速率的合理性,评价城市发展可能带来的潜在影响,为城市规划和土地管理工作提供重要的科学依据与技术支持。同时,将两种情景进行空间叠加分析,还可以确定规划指标调控与城镇用地需求冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区,为加强近郊区的违法用地监测和土地利用管控提供预警。
本文仍存在一定不足之处,虽然约束性CA模型将政府的相应决策及政策因素考虑进元胞的转换行为中,但是土地利用动态演化作为一个复杂系统,受社会、经济及自然等多方面因素影响,如果能在模型构建过程中考虑人口结构与经济社会因素,将使得模型模拟结果更加贴近实际,这些有待在今后研究中进一步解决。
The authors have declared that no competing interests exist.
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城市景观格局演变的生态环境效应研究进展 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201205070659 Magsci [本文引用: 1] 摘要
快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点。系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展。指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究。下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局。
Eco-environmental effects of urban landscape pattern changes: Progresses, problems, and perspectives [J].https://doi.org/10.5846/stxb201205070659 Magsci [本文引用: 1] 摘要
快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点。系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展。指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究。下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局。
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北京市城区扩展的空间格局与影响因素 [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201512004 URL [本文引用: 2] 摘要
2000年以来北京市持续推进产业结构升级,由此引发了经济活动的空间重构,伴随着住宅郊区化、职住分离以及交通基础设施的配套建设,将引起新一轮城市空间扩展.构建顾及综合可达性因素、邻域因素、自然因素、规划因素以及社会经济因素的城市空间扩展模型,分析诊断北京城区扩展进程中的主要影响因素及问题,从而为指导与管治北京市城市空间的有序扩展提供科学支撑.研究表明:①综合交通静态可达性(单一年份)与城市扩展呈显著负相关;综合交通动态可达性(年份之间的可达性变化)则在引导北京市城市空间发展方面并无显著影响.②邻域建设用地百分比与城市扩展呈正相关,而农用地、林业用地及水域用地的比例将减少土地开发的概率.③城市总体规划在指导城市空间扩展的纲领性地位逐渐受到重视,其对城区扩展的影响程度最为显著.④常住人口的分布现状、第二产业企业数量、第三产业企业数量分布现状对土地开发无显著影响.⑤认为北京市静态可达性与土地利用变化呈负相关,即可达性条件较差的地区,土地开发的可能性越小,这与北京市“摊大饼式”空间蔓延和居住郊区化的发展现实相符;北京市动态可达性与土地利用变化亦呈负相关,表明可达性提高程度越大的区域并不一定带来更高的土地开发几率,这从侧面传递了沿着既有建成区进行土地扩展的概率远远大于由于诸如轨道交通建设而带来可达性极大改善区域的概率.因此,重视与发挥综合交通动态可达性指标对城市扩展的引导作用,将是有效破解城市蔓延式扩张、优化城市扩展的重要手段.
The spatial pattern and influence factors of urban expansion: A case study of Beijing [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201512004 URL [本文引用: 2] 摘要
2000年以来北京市持续推进产业结构升级,由此引发了经济活动的空间重构,伴随着住宅郊区化、职住分离以及交通基础设施的配套建设,将引起新一轮城市空间扩展.构建顾及综合可达性因素、邻域因素、自然因素、规划因素以及社会经济因素的城市空间扩展模型,分析诊断北京城区扩展进程中的主要影响因素及问题,从而为指导与管治北京市城市空间的有序扩展提供科学支撑.研究表明:①综合交通静态可达性(单一年份)与城市扩展呈显著负相关;综合交通动态可达性(年份之间的可达性变化)则在引导北京市城市空间发展方面并无显著影响.②邻域建设用地百分比与城市扩展呈正相关,而农用地、林业用地及水域用地的比例将减少土地开发的概率.③城市总体规划在指导城市空间扩展的纲领性地位逐渐受到重视,其对城区扩展的影响程度最为显著.④常住人口的分布现状、第二产业企业数量、第三产业企业数量分布现状对土地开发无显著影响.⑤认为北京市静态可达性与土地利用变化呈负相关,即可达性条件较差的地区,土地开发的可能性越小,这与北京市“摊大饼式”空间蔓延和居住郊区化的发展现实相符;北京市动态可达性与土地利用变化亦呈负相关,表明可达性提高程度越大的区域并不一定带来更高的土地开发几率,这从侧面传递了沿着既有建成区进行土地扩展的概率远远大于由于诸如轨道交通建设而带来可达性极大改善区域的概率.因此,重视与发挥综合交通动态可达性指标对城市扩展的引导作用,将是有效破解城市蔓延式扩张、优化城市扩展的重要手段.
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县市级政府土地利用和管理绩效评估指标体系研究: 基于土地督察的视角 [J].The construction of a performance evaluation index system for county-level governmental land use and administration: From the perspective of land supervision [J]. |
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城市增长边界的理论探讨与应用 [J].
城市增长边界(UGB)是当前美国等西方国家在城市可持续发展及 空间扩张管理等方面研究的热点之一.文章旨在诠释UGB的内涵、特征以及效能的基础上,对国内的相关研究进行了回顾与评价,并对中国设定UGB的必要性进 行了阐述.结果表明:设立城市发展边界(UGB)对于中国的城市空间扩张管理有着十分重要的指导意义,但UGB管理模式并不能够简单地"复制"到中国,需 要从正确定位、划定方法、整合管理及弹性控制等方面进行创新.
Research on urban growth boundary: The oretical analysis and its application in China [J].
城市增长边界(UGB)是当前美国等西方国家在城市可持续发展及 空间扩张管理等方面研究的热点之一.文章旨在诠释UGB的内涵、特征以及效能的基础上,对国内的相关研究进行了回顾与评价,并对中国设定UGB的必要性进 行了阐述.结果表明:设立城市发展边界(UGB)对于中国的城市空间扩张管理有着十分重要的指导意义,但UGB管理模式并不能够简单地"复制"到中国,需 要从正确定位、划定方法、整合管理及弹性控制等方面进行创新.
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大都市郊区小城镇的经济地域类型及其空间分异探析: 以北京市为例 [J].Regional economic types and spatial differentiation of small towns in peri: Urban Beijing [J]. |
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北京市土地利用空间格局演化模拟及预测 [J].https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.08.005 URL [本文引用: 1] 摘要
土地利用空间格局的演化模拟可定量地从空间尺度揭示区域土地利用变化的驱动因素,是厘清未来时期内土地变化的重要途径。基于CLUE-S模型,以北京市为研究案例,结合1985、2000和2010年三期土地利用数据,运用Logistic逐步回归方法识别了北京市各种土地利用类型演化的驱动因素,对北京市土地利用空间格局进行模拟。在此基础上,基于北京市社会经济发展、土地利用规划、资源禀赋及生态保护等不同情景,对北京市2020年土地利用空间分布格局进行模拟及预测。结果表明:1不同的时期内,驱动因子对不同土地利用类型的影响呈现差异性,其中交通因素及社会经济因素对土地利用类型的转化率影响较显著,坡度对各个土地利用类型的影响较大。2通过对2010年北京市土地利用变化的模拟结果来看,Kappa指数为87.03%,说明预测结果与实际土地利用情况有较好的一致性。3预测结果显示,北京市的城市发展均表现为继续向外扩展,且以东南、东北为主要扩展方向,但扩张的程度存在差异。
Simulation and projection of land-use change in Beijing under different scenarios [J].https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2015.08.005 URL [本文引用: 1] 摘要
土地利用空间格局的演化模拟可定量地从空间尺度揭示区域土地利用变化的驱动因素,是厘清未来时期内土地变化的重要途径。基于CLUE-S模型,以北京市为研究案例,结合1985、2000和2010年三期土地利用数据,运用Logistic逐步回归方法识别了北京市各种土地利用类型演化的驱动因素,对北京市土地利用空间格局进行模拟。在此基础上,基于北京市社会经济发展、土地利用规划、资源禀赋及生态保护等不同情景,对北京市2020年土地利用空间分布格局进行模拟及预测。结果表明:1不同的时期内,驱动因子对不同土地利用类型的影响呈现差异性,其中交通因素及社会经济因素对土地利用类型的转化率影响较显著,坡度对各个土地利用类型的影响较大。2通过对2010年北京市土地利用变化的模拟结果来看,Kappa指数为87.03%,说明预测结果与实际土地利用情况有较好的一致性。3预测结果显示,北京市的城市发展均表现为继续向外扩展,且以东南、东北为主要扩展方向,但扩张的程度存在差异。
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大都市区城市扩展模型: 以北京城市扩展模拟为例 [J].
在分析大都市区城市扩展特征的基础上，从宏观外部约束性因素和局部城市单元自身扩展能力变化共同作用影响城市发展演变的角度，构建了一个模拟和预测大都市区城市发展演变过程的城市扩展模型 (City Expanding Model in Metropolitan Area; CEM)。首先对北京1975~1997年的城市发展过程进行模拟重建，然后在此基础上从城镇用地数量最优和位置最佳相结合的角度对北京2005~2015年的城市发展格局进行了预测。结果表明，在对各种影响因素进行严格标准化并利用自适应Monte-Carlo方法多次模拟确定最佳影响权重的基础上，该模型可以在一定程度上反映城市发展，尤其是大都市区城市发展演变的特征和规律。
City expansion model of metropolitan area in China: A case study of Beijing [J].
在分析大都市区城市扩展特征的基础上，从宏观外部约束性因素和局部城市单元自身扩展能力变化共同作用影响城市发展演变的角度，构建了一个模拟和预测大都市区城市发展演变过程的城市扩展模型 (City Expanding Model in Metropolitan Area; CEM)。首先对北京1975~1997年的城市发展过程进行模拟重建，然后在此基础上从城镇用地数量最优和位置最佳相结合的角度对北京2005~2015年的城市发展格局进行了预测。结果表明，在对各种影响因素进行严格标准化并利用自适应Monte-Carlo方法多次模拟确定最佳影响权重的基础上，该模型可以在一定程度上反映城市发展，尤其是大都市区城市发展演变的特征和规律。
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基于CLUE-S模型的罗玉沟流域多尺度土地利用变化模拟 [J].
CLUE-S模型是适用于较小尺度的区域土地利用变化空间格局动态研究的模型.为了探索CLUE-S模型在小流域的适用性及最佳适用尺度,本文以甘肃天水罗玉沟流域为研究区,根据2001年和2008年两期土地利用数据,在筛选出的7类土地利用变化驱动因素的基础上,以2001年土地利用数据为基期,利用不同的空间尺度(25m×25m、50m×50m、75m×75m、100m×100m、和125m×125m),运用CLUE-S模型进行了流域2008年的土地利用空间格局的模拟,并以2008年土地利用现状图加以验证.结果表明:CLUE-S模型在罗玉沟流域的适用性很好.模型模拟的最佳尺度为50m,在该尺度下耕地、园地、林地、草地、居民用地、水域和未利用地的Kappa 指数依次为95.71%、88.97%、90.68%、74.66%、74.53%、96.89%、81.94%,总Kappa指数值为92.34%.说明CLUE-S模型能够准确地模拟小流域尺度的土地利用变化.在此基础上又分别模拟了自然增长、经济发展、生态保护等3种情景下罗玉沟流域2020年的土地利用格局.结果表明:在不同情景下,土地利用变化均主要发生在大于15°的坡地上,在开发利用过程中应适当采取生态保护与水土流失防治措施,防止造成流域生境的破坏.
A multi-scale simulation of land use change in Luoyugou watershed based on CLUE-S model [J].
CLUE-S模型是适用于较小尺度的区域土地利用变化空间格局动态研究的模型.为了探索CLUE-S模型在小流域的适用性及最佳适用尺度,本文以甘肃天水罗玉沟流域为研究区,根据2001年和2008年两期土地利用数据,在筛选出的7类土地利用变化驱动因素的基础上,以2001年土地利用数据为基期,利用不同的空间尺度(25m×25m、50m×50m、75m×75m、100m×100m、和125m×125m),运用CLUE-S模型进行了流域2008年的土地利用空间格局的模拟,并以2008年土地利用现状图加以验证.结果表明:CLUE-S模型在罗玉沟流域的适用性很好.模型模拟的最佳尺度为50m,在该尺度下耕地、园地、林地、草地、居民用地、水域和未利用地的Kappa 指数依次为95.71%、88.97%、90.68%、74.66%、74.53%、96.89%、81.94%,总Kappa指数值为92.34%.说明CLUE-S模型能够准确地模拟小流域尺度的土地利用变化.在此基础上又分别模拟了自然增长、经济发展、生态保护等3种情景下罗玉沟流域2020年的土地利用格局.结果表明:在不同情景下,土地利用变化均主要发生在大于15°的坡地上,在开发利用过程中应适当采取生态保护与水土流失防治措施,防止造成流域生境的破坏.
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地理模拟优化系统GeoSOS及前沿研究 [J].
提出地理模拟优化系统(GeoSOS)的概念、研究内容和实现方法，以提供一种十分有效的地理过程分析和空间探索的工具。地理模拟优化系统的理论基础涉及复杂系统理论、地理信息科学、计算机科学、地理学等。所提出的地理模拟优化系统由3个子模块构成：元胞自动机模拟子系统、多智能体模拟子系统和基于生物智能的优化子系统。建立地理模拟优化系统可以为复杂资源环境及变化提供一种有效的模拟和优化工具，弥补目前GIS对过程分析功能的严重不足。
Geographical Simulation And Optimization System (GeoSOS) and its cutting-edge researches [J].
提出地理模拟优化系统(GeoSOS)的概念、研究内容和实现方法，以提供一种十分有效的地理过程分析和空间探索的工具。地理模拟优化系统的理论基础涉及复杂系统理论、地理信息科学、计算机科学、地理学等。所提出的地理模拟优化系统由3个子模块构成：元胞自动机模拟子系统、多智能体模拟子系统和基于生物智能的优化子系统。建立地理模拟优化系统可以为复杂资源环境及变化提供一种有效的模拟和优化工具，弥补目前GIS对过程分析功能的严重不足。
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地理模拟优化系统GeoSOS软件构建与应用 [J].
在提出的地理模拟优化系统概念的基础上,进一步构建了整合的软件 系统GeoSOS,以解决地理信息系统(GIS)目前在对过程分析存在功能不足的难题.作为GIS的重要扩展,该系统由3个重要模块组成:地理元胞自动机 (CA)、多智能体系统(MAS)和生物智能(SI).地理元胞自动机模块包含了常用的CA模型,包括MCE-CA, Logistic-CA, ANN-CA, Decision-tree CA等,为用户提供了一种选择最佳模拟模型的方便环境.GeoSOS能根据训练数据,自动获取最佳的模型参数.该系统还将MAS和SI引进模型中,提高了 对复杂地理过程进行分析的能力.另一特色是具备了将模拟和优化耦合的能力,由此能大大改善模拟优化的结果,为复杂的资源环境模拟和优化提供了强有力的过程 分析工具.
The implementation and application of Geographical Simulation And Optimization Systems (GeoSOS) [J].
在提出的地理模拟优化系统概念的基础上,进一步构建了整合的软件 系统GeoSOS,以解决地理信息系统(GIS)目前在对过程分析存在功能不足的难题.作为GIS的重要扩展,该系统由3个重要模块组成:地理元胞自动机 (CA)、多智能体系统(MAS)和生物智能(SI).地理元胞自动机模块包含了常用的CA模型,包括MCE-CA, Logistic-CA, ANN-CA, Decision-tree CA等,为用户提供了一种选择最佳模拟模型的方便环境.GeoSOS能根据训练数据,自动获取最佳的模型参数.该系统还将MAS和SI引进模型中,提高了 对复杂地理过程进行分析的能力.另一特色是具备了将模拟和优化耦合的能力,由此能大大改善模拟优化的结果,为复杂的资源环境模拟和优化提供了强有力的过程 分析工具.
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约束性单元自动演化CA模型及可持续城市发展形态的模拟 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.1999.04.001 URL [本文引用: 1] 摘要
单元自动演化ＣＡ可以大大增强ＧＩＳ的空间模型能力，在国外被越来越多地应用于城市发展演化过程的模拟。本文探讨了如何通过ＣＡ与ＧＩＳ的结合来进行可持续土地发展规划的新方法。提出了基于约束性的ＣＡ模型，具体分析了局部、区域以及全局约束性对ＣＡ模型结果的影响。并将灰度的概念引起ＣＡ模型中来反映状态连续的变化，克服常规ＣＡ模型的缺陷。将该模型应用于球江三角洲地区来获得合理的城市发展空间布局，取得了较好的效果
Constrained Cellular Automata for modelling sustainable urban forms [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.1999.04.001 URL [本文引用: 1] 摘要
单元自动演化ＣＡ可以大大增强ＧＩＳ的空间模型能力，在国外被越来越多地应用于城市发展演化过程的模拟。本文探讨了如何通过ＣＡ与ＧＩＳ的结合来进行可持续土地发展规划的新方法。提出了基于约束性的ＣＡ模型，具体分析了局部、区域以及全局约束性对ＣＡ模型结果的影响。并将灰度的概念引起ＣＡ模型中来反映状态连续的变化，克服常规ＣＡ模型的缺陷。将该模型应用于球江三角洲地区来获得合理的城市发展空间布局，取得了较好的效果
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基于神经网络的单元自动机CA及真实和优化的城市模拟 [J].
提出了一种基于神经网络的单元自动机 (CA)。CA已被越来越多地应用在城市及其它地理现象的模拟中。CA模拟所碰到的最大问题是如何确定模型的结构和参数。模拟真实的城市涉及到使用许多空间变量和参数。当模型较复杂时,很难确定模型的参数值。本模型的结构较简单,模型的参数能通过对神经网络的训练来自动获取。分析表明,所提出的方法能获得更高的模拟精度,并能大大缩短寻找参数所需要的时间。通过筛选训练数据,本模型还可以进行优化的城市模拟,为城市规划提供参考依据。
Neural-network-based Cellular Automata for realistic and idealized urban simulation [J].
提出了一种基于神经网络的单元自动机 (CA)。CA已被越来越多地应用在城市及其它地理现象的模拟中。CA模拟所碰到的最大问题是如何确定模型的结构和参数。模拟真实的城市涉及到使用许多空间变量和参数。当模型较复杂时,很难确定模型的参数值。本模型的结构较简单,模型的参数能通过对神经网络的训练来自动获取。分析表明,所提出的方法能获得更高的模拟精度,并能大大缩短寻找参数所需要的时间。通过筛选训练数据,本模型还可以进行优化的城市模拟,为城市规划提供参考依据。
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郊区新城发展与大城市空间结构调整: 松江案例 [J].
目前，我国正处在城市化快速推进阶段，为突破既有城市结构对城市发展的束缚，缓解中心城区的 人口、就业、交通、环境等压力，优化城市经济结构，许多城市正在积极拓展新的发展空间，大城市地区的新城建设更是如火如荼。上海自早期的卫星城建设开始， 到近期的“一城九镇”，再到最近的“1966”城镇体系规划建设框架，一直试图通过郊区城镇的建设和发展来疏解中心城区的巨大压力。特别是最近10年，松 江作为上海大都市郊区重要城镇的规划建设，对突破上海中心城区“一核独强”的空间结构所产生的影响在新城建设中颇具典型的意义。本文试图通过松江新城“次 核”发育、松江新城的城市功能演化、松江新城人居环境建设三个方面的剖析，探讨新城建设与城市空间结构演化的互动关系，以在宏观上更好地认识和把握新城对 城市发展的影响，以期对上海或国内其他大都市区郊区其他新城的建设和多中心城市空间格局的形成有所裨益。
Suburban new town development and its impacts on the metropolis spatial structure: A case study of Songjiang, Shanghai [J].
目前，我国正处在城市化快速推进阶段，为突破既有城市结构对城市发展的束缚，缓解中心城区的 人口、就业、交通、环境等压力，优化城市经济结构，许多城市正在积极拓展新的发展空间，大城市地区的新城建设更是如火如荼。上海自早期的卫星城建设开始， 到近期的“一城九镇”，再到最近的“1966”城镇体系规划建设框架，一直试图通过郊区城镇的建设和发展来疏解中心城区的巨大压力。特别是最近10年，松 江作为上海大都市郊区重要城镇的规划建设，对突破上海中心城区“一核独强”的空间结构所产生的影响在新城建设中颇具典型的意义。本文试图通过松江新城“次 核”发育、松江新城的城市功能演化、松江新城人居环境建设三个方面的剖析，探讨新城建设与城市空间结构演化的互动关系，以在宏观上更好地认识和把握新城对 城市发展的影响，以期对上海或国内其他大都市区郊区其他新城的建设和多中心城市空间格局的形成有所裨益。
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MonoLoop: CA城市模型状态转换规则获取的一种方法 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-5867.2013.04.038 URL [本文引用: 1] 摘要
状态转换规则是元胞自动机(Cellular Automata,CA)的核心,如何获取并建立CA的状态转换规则是构建CA模型的关键。邻域作用是CA能够模拟复杂物理现象的核心驱动力,而在已有的 用于城市增长模拟的CA城市模型中,因为邻域作用在模拟的过程中为时间动态的变量,其系数很难通过常用的Logistic回归方法识别,致使已有的CA城 市模型的状态转换规则中,往往仅通过Logistic回归获取邻域作用之外的空间变量的模型参数,而邻域作用的参数通常采用主观赋值的方法。本文提出了 CA城市模型的多指标评价(Multi-Criteria Evalua-tion,MCE)形式状态转换规则获取的一种新方法 MonoLoop,并针对北京市域1976～2006年的城市增长开展了该方法的实验。基于这种方法,一方面利用历史数据可以建立更为客观的状态转换规 则;另一方面也可以大大降低模型参数识别的时间。
MonoLoop: A new approach to retrieves status transition rule of CA urban model [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-5867.2013.04.038 URL [本文引用: 1] 摘要
状态转换规则是元胞自动机(Cellular Automata,CA)的核心,如何获取并建立CA的状态转换规则是构建CA模型的关键。邻域作用是CA能够模拟复杂物理现象的核心驱动力,而在已有的 用于城市增长模拟的CA城市模型中,因为邻域作用在模拟的过程中为时间动态的变量,其系数很难通过常用的Logistic回归方法识别,致使已有的CA城 市模型的状态转换规则中,往往仅通过Logistic回归获取邻域作用之外的空间变量的模型参数,而邻域作用的参数通常采用主观赋值的方法。本文提出了 CA城市模型的多指标评价(Multi-Criteria Evalua-tion,MCE)形式状态转换规则获取的一种新方法 MonoLoop,并针对北京市域1976～2006年的城市增长开展了该方法的实验。基于这种方法,一方面利用历史数据可以建立更为客观的状态转换规 则;另一方面也可以大大降低模型参数识别的时间。
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基于灰色局势决策规则的元胞自动机城市扩展模型 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1671-8860.2004.01.002 URL [本文引用: 1] 摘要
对标准的元胞自动机模型的元胞含义、规则定义等进行了扩展 ,探讨了元胞自动机模型与多目标灰色局势决策、层次分析方法有机结合 ,构建基于灰色局势决策、层次分析法与元胞自动机的城市空间动态扩展模型 ,并以海南省琼海市为例进行了验证
Urban expansion model based on Cellular Automata of decision-making with grey situation [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1671-8860.2004.01.002 URL [本文引用: 1] 摘要
对标准的元胞自动机模型的元胞含义、规则定义等进行了扩展 ,探讨了元胞自动机模型与多目标灰色局势决策、层次分析方法有机结合 ,构建基于灰色局势决策、层次分析法与元胞自动机的城市空间动态扩展模型 ,并以海南省琼海市为例进行了验证
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利用约束性CA制定城市增长边界 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2009.08.010 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
作为控制城市蔓延的重要工具之一,城市增长边界(UGBs)已经在国际学术界得到了广泛的关注和研究。从控制机制来看,由于规划城镇建设用地边界具有控制城市增长的法律地位,与西方国家的UGBs较为相似,因而可以被视为中国特有的一种UGBs。该边界的制定在我国经过了长期的实践,然而以往的方法往往缺乏充分的科学依据。因此,本文提出一种基于约束性元胞自动机来制定城市增长边界的方法,该方法考虑了城市发展的综合因素,能够较为客观、全面地反映城市增长的时空动态变化过程,并能体现众多城市发展政策的影响效果。利用约束性元胞自动机模型,以北京市域为研究区域,制定了中心城、新城和乡镇三个层次的UGBs。实证分析表明,利用该方法与传统方法所制定的UGBs存在一定的差异,因此在拟定新的UGBs或改进现有的UGBs过程中,应当充分考虑这一情况,参考该方法的模拟结果建立更为科学合理的UGBs。
Establishing urban growth boundaries using constrained CA [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2009.08.010 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
作为控制城市蔓延的重要工具之一,城市增长边界(UGBs)已经在国际学术界得到了广泛的关注和研究。从控制机制来看,由于规划城镇建设用地边界具有控制城市增长的法律地位,与西方国家的UGBs较为相似,因而可以被视为中国特有的一种UGBs。该边界的制定在我国经过了长期的实践,然而以往的方法往往缺乏充分的科学依据。因此,本文提出一种基于约束性元胞自动机来制定城市增长边界的方法,该方法考虑了城市发展的综合因素,能够较为客观、全面地反映城市增长的时空动态变化过程,并能体现众多城市发展政策的影响效果。利用约束性元胞自动机模型,以北京市域为研究区域,制定了中心城、新城和乡镇三个层次的UGBs。实证分析表明,利用该方法与传统方法所制定的UGBs存在一定的差异,因此在拟定新的UGBs或改进现有的UGBs过程中,应当充分考虑这一情况,参考该方法的模拟结果建立更为科学合理的UGBs。
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基于约束性CA方法的北京城市形态情景分析 [J].
约束性元胞自动机(Constrained cellular automata，Constrained CA) 在模拟城市增长方面已有诸多实践，已有文献常利用各种反映土地利用需要、区位影响、管理制度等的政策参数，设定不同的城市空间发展情景以反映未来的城市形态。在基于约束性CA进行城市形态情景分析时，以各种政策参数作为情景条件的研究实例较多。而在中国的城市规划实践中，城市规划用于建设管理的审批，对应明确的城市形态，因而如何利用城市形态作为情景条件分析所需政策，也有实践意义，可以解决一些广为关注的重要问题，例如已有的发展政策是否与期望的城市形态相匹配，不同规划方案所需采取的政策有什么区别等。本文提出了以城市形态作为情景条件(即形态情景分析) 的新方法，该方法基于约束性CA，改变了传统的约束性CA情景条件的设置方法，以期望的未来城市形态为目标，识别相应需要的发展政策。并将北京市域的4 个规划城市形态作为情景条件进行了实证分析，对多个规划方案实施的可能性和政策参数进行对比分析，证明该方法具有较好的适用性和可行性，是将约束性CA的应用扩展到城市规划领域的又一尝试。
Form scenario analysis using constrained Cellular Automata [J].
约束性元胞自动机(Constrained cellular automata，Constrained CA) 在模拟城市增长方面已有诸多实践，已有文献常利用各种反映土地利用需要、区位影响、管理制度等的政策参数，设定不同的城市空间发展情景以反映未来的城市形态。在基于约束性CA进行城市形态情景分析时，以各种政策参数作为情景条件的研究实例较多。而在中国的城市规划实践中，城市规划用于建设管理的审批，对应明确的城市形态，因而如何利用城市形态作为情景条件分析所需政策，也有实践意义，可以解决一些广为关注的重要问题，例如已有的发展政策是否与期望的城市形态相匹配，不同规划方案所需采取的政策有什么区别等。本文提出了以城市形态作为情景条件(即形态情景分析) 的新方法，该方法基于约束性CA，改变了传统的约束性CA情景条件的设置方法，以期望的未来城市形态为目标，识别相应需要的发展政策。并将北京市域的4 个规划城市形态作为情景条件进行了实证分析，对多个规划方案实施的可能性和政策参数进行对比分析，证明该方法具有较好的适用性和可行性，是将约束性CA的应用扩展到城市规划领域的又一尝试。
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城市土地利用演化CA模型的扩展研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2004.04.012 URL [本文引用: 1] 摘要
城市土地利用演化的实质是人为干预下城市生态景观的自组织机制作用过程.根据城市土地利用演化生命机制概念,构建基于地理特征的城市土地利用演化CA模型,并以深圳特区为试验区域进行实证研究.结果表明,基于城市生命机制和地理特征的城市土地利用演化CA模型,可以有效地进行城市土地利用演化的时空模拟与预测.
Study on urban land use evolvement model based on extended Cellular Automata [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2004.04.012 URL [本文引用: 1] 摘要
城市土地利用演化的实质是人为干预下城市生态景观的自组织机制作用过程.根据城市土地利用演化生命机制概念,构建基于地理特征的城市土地利用演化CA模型,并以深圳特区为试验区域进行实证研究.结果表明,基于城市生命机制和地理特征的城市土地利用演化CA模型,可以有效地进行城市土地利用演化的时空模拟与预测.
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土地督察对土地违法的遏制效应评价 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2104.2012.08.019 URL [本文引用: 1] 摘要
选择当年发生土地违法案件数和当年发生土地违法涉案面积作为主要 表征指标,收集了2002 - 2009年的省级面板数据,分析土地督察对土地违法是否有影响以及影响的程度.论文分别采用了固定效应模型、随机效应和混合OLS模型加以估计,通过相关 检验,最后选用了固定效应模型的估计结果.在模型估计结果的基础上,对土地督察的违法遏制效果进行了评价.分析表明:①土地督察的确对减少土地违法有显著 影响,土地例行督察覆盖度每提高1％,可能减少土地违法案件92件,可能使土地违法涉案面积减少约2.18％；②若对某省份实施了专项督察,则可能减少土 地违法案件7件,可能使土地违法涉案面积减少31.11％;③由于实行了土地例行督察和专项督察,可能使2007-2009年的土地违法案件分别少发生 84件、3473件和12500件,土地违法涉案面积分别少发生2314.13 hm2、1919.75 hm2和3046.57 hm2.
Effects of land supervision on containing the illegal land use in China [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2104.2012.08.019 URL [本文引用: 1] 摘要
选择当年发生土地违法案件数和当年发生土地违法涉案面积作为主要 表征指标,收集了2002 - 2009年的省级面板数据,分析土地督察对土地违法是否有影响以及影响的程度.论文分别采用了固定效应模型、随机效应和混合OLS模型加以估计,通过相关 检验,最后选用了固定效应模型的估计结果.在模型估计结果的基础上,对土地督察的违法遏制效果进行了评价.分析表明:①土地督察的确对减少土地违法有显著 影响,土地例行督察覆盖度每提高1％,可能减少土地违法案件92件,可能使土地违法涉案面积减少约2.18％；②若对某省份实施了专项督察,则可能减少土 地违法案件7件,可能使土地违法涉案面积减少31.11％;③由于实行了土地例行督察和专项督察,可能使2007-2009年的土地违法案件分别少发生 84件、3473件和12500件,土地违法涉案面积分别少发生2314.13 hm2、1919.75 hm2和3046.57 hm2.
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基于约束性CA的土地利用规划预评估及警情探测 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2014.04.011 URL [本文引用: 3] 摘要
土地利用规划是协调土地利用矛 盾、实现土地可持续利用的重要空间管制措施之一。当前,规划方案的评估多偏重规划实施效果评估,对规划方案进行预评估尚不多见。该文根据我国土地利用规划 框架,构建约束性CA对建设用地布局方案进行预评估,用于检测土地利用规划关于建设用地空间布局的合理性。以广州市为案例,对其2006-2020年土地 利用总体规划的建设用地布局进行了预评估,对比了模拟方案与规划方案的差别,并提取冲突区域供规划决策参考。结果表明,约束性CA可以预测建设用地的空间 布局,并能有效检测与规划相冲突区域,可为违法用地遥感督查提供更有效的空间信息。
Pre-assessment and warning of land use planning with constrained Cellular Automata [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-0504.2014.04.011 URL [本文引用: 3] 摘要
土地利用规划是协调土地利用矛 盾、实现土地可持续利用的重要空间管制措施之一。当前,规划方案的评估多偏重规划实施效果评估,对规划方案进行预评估尚不多见。该文根据我国土地利用规划 框架,构建约束性CA对建设用地布局方案进行预评估,用于检测土地利用规划关于建设用地空间布局的合理性。以广州市为案例,对其2006-2020年土地 利用总体规划的建设用地布局进行了预评估,对比了模拟方案与规划方案的差别,并提取冲突区域供规划决策参考。结果表明,约束性CA可以预测建设用地的空间 布局,并能有效检测与规划相冲突区域,可为违法用地遥感督查提供更有效的空间信息。
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约束性CA在城乡建设用地指标空间化中的应用 [J].
元胞自动机(Cellular Automata,CA)能通过简单的规则模拟复杂的地理时空演变过程。将城镇空间发展战略、限制性发展约束条件等规划思想耦合于CA模型中,可以提供城乡建设用地空间布局分析工具。以广州市为案例,根据中国当前土地利用总体规划编制规程,尝试利用构建的约束性CA模型确定规划期内城乡建设用地最可能的空间布局模式,并据此制定城镇扩展边界线(Urban Growing Boundary,UGB)和土地用途管制分区,提供土地利用总体规划中关于“六区一界”的编制方案。广州市的案例研究结果表明,耦合空间发展战略的约束性CA是一种非常有效的空间分析工具,可为土地利用规划提供决策参考。
Spatial allocation of construction land with constrained Cellular Automata model [J].
元胞自动机(Cellular Automata,CA)能通过简单的规则模拟复杂的地理时空演变过程。将城镇空间发展战略、限制性发展约束条件等规划思想耦合于CA模型中,可以提供城乡建设用地空间布局分析工具。以广州市为案例,根据中国当前土地利用总体规划编制规程,尝试利用构建的约束性CA模型确定规划期内城乡建设用地最可能的空间布局模式,并据此制定城镇扩展边界线(Urban Growing Boundary,UGB)和土地用途管制分区,提供土地利用总体规划中关于“六区一界”的编制方案。广州市的案例研究结果表明,耦合空间发展战略的约束性CA是一种非常有效的空间分析工具,可为土地利用规划提供决策参考。
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中国城市化特点、问题及治理 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-8263.2012.10.003 URL [本文引用: 1] 摘要
中国已进入快速城市化时期,2011年的城市化率超过了50%。本文首先分析了当代中国城市化的三个特点,即规模大、速度快,半城市化现象显著;城市化的区域差异显著;都市化现象已经显现,大城市群成为国家经济的核心地区。其次,从三个方面分析了中国城市问题出现的原因。针对中国城市化进程中的问题,本文从政策制定和空间策略两方面提出了两个建议,一是认为要深化改革,逐步解决半城市化的问题,二是要实施都市区和城市群发展战略,预防城市病的发生。
A study on the urbanization, urban problems and solution in China [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-8263.2012.10.003 URL [本文引用: 1] 摘要
中国已进入快速城市化时期,2011年的城市化率超过了50%。本文首先分析了当代中国城市化的三个特点,即规模大、速度快,半城市化现象显著;城市化的区域差异显著;都市化现象已经显现,大城市群成为国家经济的核心地区。其次,从三个方面分析了中国城市问题出现的原因。针对中国城市化进程中的问题,本文从政策制定和空间策略两方面提出了两个建议,一是认为要深化改革,逐步解决半城市化的问题,二是要实施都市区和城市群发展战略,预防城市病的发生。
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大都市郊区山地景观规划的案例研究 [J].
都市郊区的山地景观规划旨在协调都市和郊区、景观和发展等之间的利用与保护关系，为当地社区居民抉择产业行为与景观效应保护时，提供一条良好均衡的便捷路径。基于景观协调理念，使用土地利用图、TM影像、地形图和参与式农村评估、野外踏勘获得的数据基础，进行都市郊区山地区域内景观镶嵌要素与人类福祉间耦合的情景安排，结果表明：未来景观情景强调资源约束和引导经济发展，符合样区以往景观格局演化规律，及今后人口、乡村（城镇）经济和景观行为的变动态势对景观格局调整的需求；情景数量调整注重内涵挖潜，建立了城镇居住用地的扩张与农村居住用地的减少间的消长关系，以改过去以牺牲农用地尤其耕地的扩张方式的再度发生，且适时增加郊区耕地的建园、还林规模和保持未利用地的景观效应发挥；情景空间展布采用分区协调模式，符合样区的微观立地实际，景观状况较好的宽谷、缓坡或低山区注重景观效应的保护和自然恢复，较健康的轻度干扰区或不健康的重度扰动区实行景观格局保护下的重建，而陡坡或裸土（岩）区诉诸于不发展才是最大发展的景观效应策略；都市郊区的山地景观规划必须通过对过去景观格局演化的辨识，做到协调不同利益主体间的矛盾冲突。研究符合山地都市郊区开放空间的产业-景观-用途间协调战略需求的多视角理解，有助于丰富统筹城乡格局下人们对都市郊区产业-景观间耦合镶嵌关系的认识。
Case study of mountainous landscape planning for metropolitan outskirts [J].
都市郊区的山地景观规划旨在协调都市和郊区、景观和发展等之间的利用与保护关系，为当地社区居民抉择产业行为与景观效应保护时，提供一条良好均衡的便捷路径。基于景观协调理念，使用土地利用图、TM影像、地形图和参与式农村评估、野外踏勘获得的数据基础，进行都市郊区山地区域内景观镶嵌要素与人类福祉间耦合的情景安排，结果表明：未来景观情景强调资源约束和引导经济发展，符合样区以往景观格局演化规律，及今后人口、乡村（城镇）经济和景观行为的变动态势对景观格局调整的需求；情景数量调整注重内涵挖潜，建立了城镇居住用地的扩张与农村居住用地的减少间的消长关系，以改过去以牺牲农用地尤其耕地的扩张方式的再度发生，且适时增加郊区耕地的建园、还林规模和保持未利用地的景观效应发挥；情景空间展布采用分区协调模式，符合样区的微观立地实际，景观状况较好的宽谷、缓坡或低山区注重景观效应的保护和自然恢复，较健康的轻度干扰区或不健康的重度扰动区实行景观格局保护下的重建，而陡坡或裸土（岩）区诉诸于不发展才是最大发展的景观效应策略；都市郊区的山地景观规划必须通过对过去景观格局演化的辨识，做到协调不同利益主体间的矛盾冲突。研究符合山地都市郊区开放空间的产业-景观-用途间协调战略需求的多视角理解，有助于丰富统筹城乡格局下人们对都市郊区产业-景观间耦合镶嵌关系的认识。
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从近域郊区化到远域郊区化: 上海大都市郊区化发展的新课题 [J].
从近域郊区化到远域郊区化是国内外大都市郊区城市化扩展的重要步骤.以上海大都市郊区化为例,阐述了从近域郊区化向远域郊区化推进的战略意义:辨识了远域郊区化发展的重要标志,并提出了进一步发展的对策建议.
From inner suburbanization to outer suburbanization: A new theme on the development of Shanghai metropolitan suburbanization [J].
从近域郊区化到远域郊区化是国内外大都市郊区城市化扩展的重要步骤.以上海大都市郊区化为例,阐述了从近域郊区化向远域郊区化推进的战略意义:辨识了远域郊区化发展的重要标志,并提出了进一步发展的对策建议.
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集成变权与约束性模糊CA的城镇用地扩张情景模拟 [J].
引入变权理论、模糊理论、规模及空间约束等,构建了基于变权的约束性模糊元胞自动机(CA),用于城镇用地空间管制边界的模拟,并以太仓市区为例进行应用研究。结果显示,太仓市区城镇用地扩张首先通过内部填充,再进行外部扩张,体现了紧凑式发展模式,其发展方向符合"十一五"规划要求。研究表明,该模型不仅能解决城镇用地扩张的合理规模问题,同时也可灵活处理不同因素的作用程度及空间选择的模糊决策问题,故可更好地满足土地利用规划的需要。
Scenario simulation of urban land expansion integrate variable weight with constrained fuzzy Cellular Automata [J].
引入变权理论、模糊理论、规模及空间约束等,构建了基于变权的约束性模糊元胞自动机(CA),用于城镇用地空间管制边界的模拟,并以太仓市区为例进行应用研究。结果显示,太仓市区城镇用地扩张首先通过内部填充,再进行外部扩张,体现了紧凑式发展模式,其发展方向符合"十一五"规划要求。研究表明,该模型不仅能解决城镇用地扩张的合理规模问题,同时也可灵活处理不同因素的作用程度及空间选择的模糊决策问题,故可更好地满足土地利用规划的需要。
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中国城市空间扩展研究进展 [J].
对国内城市空间扩展特征与模式、城市空间扩展效益、城市空间扩展机理及城市空间扩展对策与模拟4个层面的相关文献梳理和分析表明，城市空间扩展实质是一个以“人”的需求为主体、自然性和社会性耦合依存的地域表达过程，决定了其扩展进程的地域性、阶段性和区域性等个性与共性并存的特征属性，也就决定了其研究内容的复杂综合性和个性与共性共表的必然性与必要性。然而，现有研究不仅存在样本单元不全面、类型比较分析欠缺、个案分析较多、共性规律总结不够的不足，而且在研究内容、研究方法及数据来源上存在较大的缺陷，有待今后进一步研究。因此，中国城市空间扩展的后续研究应该强化样本单元的多元化、类比化；加强研究内容的综合化，尤其强调城市空间扩展合理性评价及其指标体系构建以及城市空间扩展对策的中国化、本土化；加强研究方法与数据来源的丰富性和科学性（强调定量分析），彰显其扩展的个性特征和共性规律性，为对应的城市和区域（乃至国家）层面的规划与管理调控提供依据与参考。
Progress in research on urban spatial expansion of China [J].
对国内城市空间扩展特征与模式、城市空间扩展效益、城市空间扩展机理及城市空间扩展对策与模拟4个层面的相关文献梳理和分析表明，城市空间扩展实质是一个以“人”的需求为主体、自然性和社会性耦合依存的地域表达过程，决定了其扩展进程的地域性、阶段性和区域性等个性与共性并存的特征属性，也就决定了其研究内容的复杂综合性和个性与共性共表的必然性与必要性。然而，现有研究不仅存在样本单元不全面、类型比较分析欠缺、个案分析较多、共性规律总结不够的不足，而且在研究内容、研究方法及数据来源上存在较大的缺陷，有待今后进一步研究。因此，中国城市空间扩展的后续研究应该强化样本单元的多元化、类比化；加强研究内容的综合化，尤其强调城市空间扩展合理性评价及其指标体系构建以及城市空间扩展对策的中国化、本土化；加强研究方法与数据来源的丰富性和科学性（强调定量分析），彰显其扩展的个性特征和共性规律性，为对应的城市和区域（乃至国家）层面的规划与管理调控提供依据与参考。
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利用地图代数和数据场拓展元胞自动机理论 [J].
引入数据场和地图代数思想,对传统元胞自动机模型进行拓展,提出了元胞场和元胞势的概念,建立了一种新的转化规则,构建了基于地图代数和数据场的元胞自动机模型。实证结果表明,与传统克拉克城市扩展模型相比,该模型能更好地体现城市的扩展过程。
Theoretical study on Cellular Automata utilizing data field and map algebra [J].
引入数据场和地图代数思想,对传统元胞自动机模型进行拓展,提出了元胞场和元胞势的概念,建立了一种新的转化规则,构建了基于地图代数和数据场的元胞自动机模型。实证结果表明,与传统克拉克城市扩展模型相比,该模型能更好地体现城市的扩展过程。
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利用元胞自动机作用域构建林火蔓延模型 [J].
在现有的基于元胞自动机的林火蔓延模型的基础上,提出了元胞作用域的概念,将元胞自身属性与外界影响通过作用域的概念归纳为一个整体。建立的基于元胞作用域的林火蔓延模型不仅包括中心元胞的属性,如可燃物类型、气温等,还将邻居元胞的点燃系数、距离系数、风作用项及地形作用项纳入考虑范畴,其中距离系数以基于地图代数的障碍距离为基础,地形作用项则以DEM为基础求取。模拟结果表明,基于元胞作用域的林火蔓延模型能够真实地反映现实世界林火蔓延的过程。
Fire spreading model based on CA scope [J].
在现有的基于元胞自动机的林火蔓延模型的基础上,提出了元胞作用域的概念,将元胞自身属性与外界影响通过作用域的概念归纳为一个整体。建立的基于元胞作用域的林火蔓延模型不仅包括中心元胞的属性,如可燃物类型、气温等,还将邻居元胞的点燃系数、距离系数、风作用项及地形作用项纳入考虑范畴,其中距离系数以基于地图代数的障碍距离为基础,地形作用项则以DEM为基础求取。模拟结果表明,基于元胞作用域的林火蔓延模型能够真实地反映现实世界林火蔓延的过程。
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利用元胞自动机和模糊C均值进行图像分割 [J].URL 摘要
提出了一种基于元胞自动机和模糊C均值思想的图像分割方法。该方法以模糊C均值算法为基础定义目标函数,以灰度级为对象,应用一维元胞自动机自迭代求取最小目标函数,实现对图像的初步分割;在此基础上,以二维空间邻域信息对原分割结果进行净化。该方法不仅可以用于普通灰度图像的分割,也可用于遥感影像图的分割。
An image segmentation method based on Cellular Automata and fuzzy C-means [J].URL 摘要
提出了一种基于元胞自动机和模糊C均值思想的图像分割方法。该方法以模糊C均值算法为基础定义目标函数,以灰度级为对象,应用一维元胞自动机自迭代求取最小目标函数,实现对图像的初步分割;在此基础上,以二维空间邻域信息对原分割结果进行净化。该方法不仅可以用于普通灰度图像的分割,也可用于遥感影像图的分割。
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新型城镇化视角下的武汉近郊区规划管控研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-0022.2013.09.017 URL 摘要
新型城镇化发展战略对城乡规划管控提出新的要求.在特大城市城镇化快速发展进程中,紧邻主城的近郊区是矛盾与问题最为突出的区域,也是对特大城市未来空间结构产生最大影响的区域,亟待建立一套完善的规划管控体系予以有效引导.研究以武汉为例,从构建城镇空间发展整体格局,确立“两线三区”空间管控模式,完善集中发展区规划管控体系,建立生态框架区域管控制度保障,形成规划管理“一张图”平台等,探索“图”“底”规划编制同步、规划与政策跟进同步的特大城市近郊区规划管控的新思路.
Metropolitan suburb planning control from new urbanization viewpoint, Wuhan [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-0022.2013.09.017 URL 摘要
新型城镇化发展战略对城乡规划管控提出新的要求.在特大城市城镇化快速发展进程中,紧邻主城的近郊区是矛盾与问题最为突出的区域,也是对特大城市未来空间结构产生最大影响的区域,亟待建立一套完善的规划管控体系予以有效引导.研究以武汉为例,从构建城镇空间发展整体格局,确立“两线三区”空间管控模式,完善集中发展区规划管控体系,建立生态框架区域管控制度保障,形成规划管理“一张图”平台等,探索“图”“底”规划编制同步、规划与政策跟进同步的特大城市近郊区规划管控的新思路.
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近50年兰州城市空间扩展模拟及其未来预测 [J].
利用高分辨率航片、Landsat TM影像和土地利用现状图,建立兰州市1949-2005年城市扩展GIS空间数据库,应用改进的SLEUTH模型,重建兰州市1949-2005年城市空间扩展过程,并情景模拟未来扩展趋势.采用两种不同历史年份跨度情景、校准SLEUTH模型.研究表明:该模型客观地重建了兰州市1949-2005年城市动态扩展过程;两种不同情景预测仍将继续沿河谷扩散发展,在城市增长方式与空间分布上既相似又有显著差异:情景1预测城市扩展趋势快于情景2预测,更接近于现实城市扩展趋势;情景2预测对城市扩展控制较严格,更趋向于可持续发展.建议近期内加强兰州建成区内部土地利用空间结构优化与空间置换,进而加快城市职能的空间置换,同时为未来发展预留一定的土地储备和发展空间.
Simulation and prediction of urban spatial expansion of Lanzhou City [J].
利用高分辨率航片、Landsat TM影像和土地利用现状图,建立兰州市1949-2005年城市扩展GIS空间数据库,应用改进的SLEUTH模型,重建兰州市1949-2005年城市空间扩展过程,并情景模拟未来扩展趋势.采用两种不同历史年份跨度情景、校准SLEUTH模型.研究表明:该模型客观地重建了兰州市1949-2005年城市动态扩展过程;两种不同情景预测仍将继续沿河谷扩散发展,在城市增长方式与空间分布上既相似又有显著差异:情景1预测城市扩展趋势快于情景2预测,更接近于现实城市扩展趋势;情景2预测对城市扩展控制较严格,更趋向于可持续发展.建议近期内加强兰州建成区内部土地利用空间结构优化与空间置换,进而加快城市职能的空间置换,同时为未来发展预留一定的土地储备和发展空间.
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基于CA-Markov模型的土地利用格局变化研究 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1671-8860.2007.05.010 URL [本文引用: 1] 摘要
以广州市1990年、2000年TM影像为数据源，通过分析宽块和景观两个层次的格局指数变化，研究了20世纪90年代广州市土地利用格局的时空特征。利用马尔柯夫模型和元胞自动机模型，对广州市2010年土地利用空间格局进行了预测。
Analysis and simulation of land-use temporal and spatial pattern based on CA-Markov model [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1671-8860.2007.05.010 URL [本文引用: 1] 摘要
以广州市1990年、2000年TM影像为数据源，通过分析宽块和景观两个层次的格局指数变化，研究了20世纪90年代广州市土地利用格局的时空特征。利用马尔柯夫模型和元胞自动机模型，对广州市2010年土地利用空间格局进行了预测。
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基于元胞自动机模型的土地利用变化模拟: 以大连经济技术开发区为例 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201503009 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
元胞自动机模型已经成为模拟土地利用变化的重要方法。传统土地模拟方法中侧重于通过分析影响土地利用变化的因素来构建预测模型,较少从土地利用类型变化及其相互作用的空间角度来关注模型构建。本文以1998年、2004年和2009年1:10000土地利用数据,利用Python语言结合GDAL与Numpy类库实现局部土地利用竞争的元胞自动机模型原型开发,并用于模拟大连市经济技术开发区1998-2009年土地利用变化模拟。研究结果：① 建立了发掘多地类之间相互作用关系的试验方法,研究适用于具有明确物理意义的多地类元胞自动机模拟模型;② 该模型具有好的模拟精度,对建设用地、农用地和林地等3种不同类型用地进行同时模拟,其对应Kappa系数分别为0.762,0.634和0.678;③ 该模型建立了研究不同种地类协调作用的基本方法,可以用于进一步研究土地利用变化地类之间驱动原理。
LUCC simulation based on the Cellular Automata simulation: A case study of Dalian economic and technological development zone [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201503009 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
元胞自动机模型已经成为模拟土地利用变化的重要方法。传统土地模拟方法中侧重于通过分析影响土地利用变化的因素来构建预测模型,较少从土地利用类型变化及其相互作用的空间角度来关注模型构建。本文以1998年、2004年和2009年1:10000土地利用数据,利用Python语言结合GDAL与Numpy类库实现局部土地利用竞争的元胞自动机模型原型开发,并用于模拟大连市经济技术开发区1998-2009年土地利用变化模拟。研究结果：① 建立了发掘多地类之间相互作用关系的试验方法,研究适用于具有明确物理意义的多地类元胞自动机模拟模型;② 该模型具有好的模拟精度,对建设用地、农用地和林地等3种不同类型用地进行同时模拟,其对应Kappa系数分别为0.762,0.634和0.678;③ 该模型建立了研究不同种地类协调作用的基本方法,可以用于进一步研究土地利用变化地类之间驱动原理。
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基于遗传算法自动获取CA模型的参数: 以东莞市城市发展模拟为例 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2007.02.003 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
本文提出了基于遗传算法来寻找CA模型最佳参数的方法。CA被越来越多地应用于城市和土地利用等复杂系统的动态模拟。CA模型中变量的参数值对模拟结果有非常重要的影响。如何获取理想的参数值是模型的关键。传统的逻辑回归模型运算简单,常常用来获取模型的参数值,要求解释变量间线性无关,所以获取的城市CA模型参数具有一定的局限性。遗传算法在参数优化组合、快速搜索参数值方面有很大的优势。本文利用遗传算法来自动获取优化的CA模型参数值,并获得了纠正后的CA模型。将该模型应用于东莞1988~2004年的城市发展的模拟中,得到了较好的效果。研究结果表明,遗传算法可以有效地自动获取CA模型的参数,其模拟的结果要比传统的逻辑回归校正的CA模型模拟精度高。
Calibrating urban Cellular Automata using genetic algorithms [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2007.02.003 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
本文提出了基于遗传算法来寻找CA模型最佳参数的方法。CA被越来越多地应用于城市和土地利用等复杂系统的动态模拟。CA模型中变量的参数值对模拟结果有非常重要的影响。如何获取理想的参数值是模型的关键。传统的逻辑回归模型运算简单,常常用来获取模型的参数值,要求解释变量间线性无关,所以获取的城市CA模型参数具有一定的局限性。遗传算法在参数优化组合、快速搜索参数值方面有很大的优势。本文利用遗传算法来自动获取优化的CA模型参数值,并获得了纠正后的CA模型。将该模型应用于东莞1988~2004年的城市发展的模拟中,得到了较好的效果。研究结果表明,遗传算法可以有效地自动获取CA模型的参数,其模拟的结果要比传统的逻辑回归校正的CA模型模拟精度高。
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功能疏解背景下北京商业郊区化研究 [J].https://doi.org/10.11821/yj2012010012 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
采用社会消费品零售额、连锁超市门店和商业土地出让数据,借助GIS技术研究功能疏解背景下北京商业郊区化的进程与空间特征,并探讨其驱动机制。研究发现:上世纪90年代北京商业经历了快速的近郊区扩散过程,21世纪以来,显现出远郊区扩散的趋势,但尚未进入典型的商业郊区化阶段。超市网点与商业土地出让数据均揭示出商业沿环路与放射交通廊道扩散的特征,回龙观、望京等城郊居住区、通州、门头沟等远郊新城逐步形成新的商业集聚区。增量商业土地出让数据显示,商业郊区化扩展区域差异显著,西北方向最为明显,扩展的速率快、距离远,西南、东北方向郊区化趋势较明显,但波动较大,东南方向不典型。最后,从人口与住宅郊区化的吸引力、交通与私人汽车快速发展的推动力、城市中心区的挤出力和规划的引导力四方面探讨了北京商业郊区化的驱动机制。
A research on commercial suburbanization in Beijing under the background of urban function dissemination [J].https://doi.org/10.11821/yj2012010012 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
采用社会消费品零售额、连锁超市门店和商业土地出让数据,借助GIS技术研究功能疏解背景下北京商业郊区化的进程与空间特征,并探讨其驱动机制。研究发现:上世纪90年代北京商业经历了快速的近郊区扩散过程,21世纪以来,显现出远郊区扩散的趋势,但尚未进入典型的商业郊区化阶段。超市网点与商业土地出让数据均揭示出商业沿环路与放射交通廊道扩散的特征,回龙观、望京等城郊居住区、通州、门头沟等远郊新城逐步形成新的商业集聚区。增量商业土地出让数据显示,商业郊区化扩展区域差异显著,西北方向最为明显,扩展的速率快、距离远,西南、东北方向郊区化趋势较明显,但波动较大,东南方向不典型。最后,从人口与住宅郊区化的吸引力、交通与私人汽车快速发展的推动力、城市中心区的挤出力和规划的引导力四方面探讨了北京商业郊区化的驱动机制。
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“城市开发边界”政策与国家的空间治理 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3363.2014.03.003 URL [本文引用: 1] 摘要
2013年12月中央城镇化工作会议以来,划定"城市开发边界"的命题成为规划工作者讨论的热点问题。这里的探索包括四个部分:第一部分,分析了我国规划实践中与"城市开发边界"相关的思维演变过程,从终极蓝图到弹陛规划再到设置底线,规划在理论和技术的选择是合乎城市发展规律的;第二部分,主张要防止将"城市开发边界"简单理解为在城市总体规划的适建区中划出一圈界线的做法,在严格保护资源和环境要素、维护公共安全等底线思维基础上,研究需要"城市开发边界"和其他规划工具综合使用的途径。考虑各种空间管制政策工具的协同性和有效性,使规划管理从被动走向主动;第三部分,提出在充分尊重国家既有的法律制度的前提下,充分利用现行政策工具,通过提高"城市开发边界"政策设计对城市蔓延问题深层原因的针对性来创新制度;第四部分作为结论,提出划定"城市开发边界"本质上是一个政策设计过程,是一个综合性的政策工具包,应通过部门协作,协同发挥既有工具的管理作用,并且对完善"四线"管理制度提出若干建议。
Debate on urban development boundary: The perspective of spatial governance in China [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3363.2014.03.003 URL [本文引用: 1] 摘要
2013年12月中央城镇化工作会议以来,划定"城市开发边界"的命题成为规划工作者讨论的热点问题。这里的探索包括四个部分:第一部分,分析了我国规划实践中与"城市开发边界"相关的思维演变过程,从终极蓝图到弹陛规划再到设置底线,规划在理论和技术的选择是合乎城市发展规律的;第二部分,主张要防止将"城市开发边界"简单理解为在城市总体规划的适建区中划出一圈界线的做法,在严格保护资源和环境要素、维护公共安全等底线思维基础上,研究需要"城市开发边界"和其他规划工具综合使用的途径。考虑各种空间管制政策工具的协同性和有效性,使规划管理从被动走向主动;第三部分,提出在充分尊重国家既有的法律制度的前提下,充分利用现行政策工具,通过提高"城市开发边界"政策设计对城市蔓延问题深层原因的针对性来创新制度;第四部分作为结论,提出划定"城市开发边界"本质上是一个政策设计过程,是一个综合性的政策工具包,应通过部门协作,协同发挥既有工具的管理作用,并且对完善"四线"管理制度提出若干建议。
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基于CA的南京市城市空间结构演变模拟 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-5867.2010.06.050 URL [本文引用: 1] 摘要
元胞自动机(Cellular Automata,CA)是一种"自下而上"的动态模拟建模框架,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力.本文将对标准CA进行扩展,以南京市为研究区域,对其城市扩展进行模拟.
Simulation of urban spatial structure dynamic process in Nanjing based on Cellular Automata [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-5867.2010.06.050 URL [本文引用: 1] 摘要
元胞自动机(Cellular Automata,CA)是一种"自下而上"的动态模拟建模框架,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力.本文将对标准CA进行扩展,以南京市为研究区域,对其城市扩展进行模拟.
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集成GIS和细胞自动机模型进行地理时空过程模拟与预测的新方法 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-1595.2001.02.009 URL [本文引用: 2] 摘要
目前商用地理信息系统(GIS)不能完整地表达地理实体的时态信息和时空关系,缺乏时空分析和时空动态模拟的能力,这已成为GIS界的一个共识.然而,未来GIS在各应用领域的深入发展以及在实现“数字地球”战略过程中,都要求发展新的时空分析和模拟方法.细胞自动机(Cellular Automaton)是一种“自下而上”的动态模拟建模框架,具有模拟地理复杂系统时空演化过程的能力.首先将标准CA模型的4元组进行扩展以满足GIS环境下时空动态模拟的要求,然后以城市土地利用演化这一动态过程为例,建立了土地利用演化动态模拟与预测模型(LESP),最后运用此模型对包头市城市扩展和土地可持续利用演化进行了比较成功的模拟和预测.
Integrating GIS with Cellular Automaton model to establish a new approach for spatio-temporal process simulation and prediction [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-1595.2001.02.009 URL [本文引用: 2] 摘要
目前商用地理信息系统(GIS)不能完整地表达地理实体的时态信息和时空关系,缺乏时空分析和时空动态模拟的能力,这已成为GIS界的一个共识.然而,未来GIS在各应用领域的深入发展以及在实现“数字地球”战略过程中,都要求发展新的时空分析和模拟方法.细胞自动机(Cellular Automaton)是一种“自下而上”的动态模拟建模框架,具有模拟地理复杂系统时空演化过程的能力.首先将标准CA模型的4元组进行扩展以满足GIS环境下时空动态模拟的要求,然后以城市土地利用演化这一动态过程为例,建立了土地利用演化动态模拟与预测模型(LESP),最后运用此模型对包头市城市扩展和土地可持续利用演化进行了比较成功的模拟和预测.
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地理系统模拟的CA模型理论探讨 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2009.06.001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
在系统认识和理解地理元胞自动机（CA）模型的基本性质基础上，重点从自然与人文综合的复杂地理系统模拟研究角度，对地理元胞模型所涉及的基本理论与方法问题进行了进一步的探讨。研究表明：从地理系统的模拟看，CA模型的研究和应用提供了一种从地理系统的微观出发、将自然与人文统一的地理系统模拟的新视角与新途径。在此基础上，提出了地理系统模拟的CA模型需要解决的三队基本关系和三个基本科学方法问题。
Theoretical perspectives of CA-based geographical system modeling [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2009.06.001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
在系统认识和理解地理元胞自动机（CA）模型的基本性质基础上，重点从自然与人文综合的复杂地理系统模拟研究角度，对地理元胞模型所涉及的基本理论与方法问题进行了进一步的探讨。研究表明：从地理系统的模拟看，CA模型的研究和应用提供了一种从地理系统的微观出发、将自然与人文统一的地理系统模拟的新视角与新途径。在此基础上，提出了地理系统模拟的CA模型需要解决的三队基本关系和三个基本科学方法问题。
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Spatial-temporal specific neighbourhood rules for Cellular Automata land-use modelling [J]. |
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Modelling dynamic urban expansion processes incorporating a potential model with Cellular Automata [J].https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2007.12.010 Magsci [本文引用: 1] 摘要 AbstractDynamic spatial models are useful tools to understand the urbanization process and support urban planning and management policies. Macro-scale contributing factors to urban expansion including population and capital are not fully integrated in many current cellular automata (CA)-based urban expansion models. We present a new urban expansion dynamic (UED) model that incorporates a potential model into a CA model in order to effectively capture the urban expansion process. The implementation of the UED model in Beijing, China demonstrated its ability to trace past urban development and to predict future expansion. The advantage of the UED model lies in its feature to link the individual cell evolution, overall urban pattern and spatial interaction of total population and capital at different scales. |
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An unsupervised classifier for remote-sensing imagery based on improved Cellular Automata [J].https://doi.org/10.1080/01431161.2013.822596 URL [本文引用: 1] 摘要
Not Available
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A bibliometric analysis of Chinese ecological and environmental research on urbanization [J].https://doi.org/10.5814/j.issn.1674-764x.2014.03.003 Magsci [本文引用: 1] 摘要
Based on an urbanization research database, a bibliometric analysis of Chinese ecological environmental research on urbanization was conducted that examined output, focused fields, topics, theories and methods. Results show that research output in this field has been increasing since 2005. Land and industry fields in resource research, economics in ecological research, and climate and urban environments in environmental research have been studied from 1992-2011. Keywords analysis discovered that "Land Use" and "Heat Island Effect" were major keywords, making up 0.15% and 0.09% of the total frequency, respectively. "Heat Island Effect" and "Climate Change" were the most recent popular keywords. Main theories were derived from ecology, mathematics, resource environmental economics and environmental science. Ecological footprint has been a core theory since 2002. The stochastic impacts by regression on population, affluence and technology model (STIRPAT), Environmental Kuznets Curve (EKC), and slope, land use map, excluded area, urban area, transportation map and hillside area model (SLEUTH) are the latest popular theories. During 1992-2011, the main research methods can be divided into four groups: statistics (65.17%), systems (13.11%), mechanisms (11.79%) and evaluation (9.93%). Grey System Analysis from system methods and rescaled range (R/S) analysis from evaluation are the latest popular methods. Topics from macro subfields, including land use, heat island effects, water resources and the agricultural ecological environment received more attention than micro subfields such as urban environmental health problems. As urbanization problems evolve, resource environmental economic comprehensive models will advance with modeling progress and some models, such as STIRPAT and land use change simulation models, will be developed for evaluation and simulation of the ecological environmental impacts of Chinese urbanization.
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CA-based urban land use prediction model: A case study on orange county, Florida, U.S. [J].https://doi.org/10.1016/S1570-6672(11)60234-1 URL [本文引用: 1] 摘要
For a long time, interactions between land use and transportation have been one of the research hotspots in urban planning, which however, has not been investigated in much detail until recently. This paper started from spatial changes of regional land use, with an objective of understanding the relationship between trip generation and urban land use. Cellular automata and geographical information system techniques were used to store and update the spatial data dynamically. In addition, MATLAB software was adopted to conduct the logistic regression using land use/land cover data from Orange Country, Florida, U.S. (1990 and 2000). With fully utilizing the advantages of cellular automaton models, simulation results indicate the enhenced reliability of the model, which consequently assists to understand evolution of urban land uses.
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Global urbanization research from 1991 to 2009: A systematic research review [J].https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2011.11.006 URL [本文引用: 1] 摘要
We performed a bibliometric analysis of published urbanization research from 1991 to 2009, based on SCI and SSCI database. Our analysis reveals scientific outputs, subject categories and major journals, international collaboration and geographic distribution, and temporal trends in keywords usage in urbanization studies and discusses the relationships between urbanization papers and urbanization rate and offer a substitute demonstration of research advancements, which may be considered as a potential guide for future research. The growth of article outputs has exploded since 1991, along with an increasing collaboration index, references and citations. Environmental sciences, ecology, environmental studies, geography and urban studies were most frequently used subject categories and Landscape and Urban Planning was the most productive journal in urbanization studies. The United States was the largest contributor in global urbanization research, as the USA produced the most independent and collaborative papers. The geographic distribution of urbanization articles overlapped quite well with regions with high economic growth in North America, Europe, and Pacific-Asia. A keywords analysis found the USA and China were " hotspots" , confirmed land-use's significant position and revealed keen interest in ecological and environmental issues in urbanization studies. In general, urbanization research was strongly correlated with the urbanization rate although there were different patterns and underlying processes across different countries. This is the first study to quantify global research trends in urbanization. Our study reveals patterns in scientific outputs and academic collaborations and serves as an alternative way of revealing global research trends in urbanization. 2011 Elsevier B.V.
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Calibration of stochastic Cellular Automata: The application to rural-urban land conversions [J].
Despite the recognition of cellular automata (CA) as a flexible and powerful tool for urban growth simulation, the calibration of CA had been largely heuristic until recent efforts to incorporate multi-criteria evaluation and artificial neural network into rule definition. This study developed a stochastic CA model, which derives its initial probability of simulation from observed sequential land use data. Furthermore, this initial probability is updated dynamically through local rules based on the strength of neighbourhood development. Consequentially the integration of global (static) and local (dynamic) factors produces more realistic simulation results. The procedure of calibrated CA can be applied in other contexts with minimum modification. In this study we applied the procedure to simulate rural-urban land conversions in the city of Guangzhou, China. Moreover, the study suggests the need to examine the result of CA through spatial, tabular and structural validation.
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