基于元胞自动机和GIS的城市建设用地扩展模拟预测研究

城市建设用地扩展是一个持续运行的涉及诸多社会因素的复杂时空动态过程,通过介绍与城市扩展相关的几种城市土地利用类型转变方式,对CA模型进行扩展,提山基于地理实体环境的CA模型演变规则:与GIS集成,模拟和预测长江三角洲某地区城市建设用地规模和布局;最后提出未来城市扩展研究中CA的展望.     

长株潭县域土地生态安全与经济发展耦合协调分析

以长株潭23个县(市、区)为研究单元,构建了土地生态安全和经济发展系统的综合指标体系,并运用综合指数法对2008年、2011年、2014年、2017年长株潭县域土地生态安全和经济发展系统的综合得分进行测算,分析了2008—2017年长株潭23个县(市、区)土地生态安全与经济发展的演变趋势,并借助耦合协调模型对土地生态安全与经济发展的耦合协调关系进行时空演变分析。结果表明:(1)2008—2017年长株潭土地生态安全均值整体呈"波动上升"趋势,土地生态安全状态有所改善;(2)2008—2017年长株潭县域经济发展均值整体呈持续上升趋势,研究区域经济发展水平不断提升,同时长株潭县域经济发展水平绝对和相对差异逐渐缩小,区域经济发展趋向于平衡;(3)2008—2017年长株潭县域耦合度均值呈现出"波动上升"的变化趋势,整体处于高水平耦合阶段;(4)2008—2017年长株潭县域耦合协调度均值整体呈持续上升的趋势,耦合协调性逐渐增强,但研究期内尚未出现优质协调型城市且良好协调型城市也只存在于个别城市,耦合协调性有待提升;(5)2008—2017年长株潭县域耦合度空间格局类似,只有局部发生改变,整体呈现出由北向南递减的态势;(6)2008—2017年长株潭县域耦合协调度呈现出由东北高,西北、西南和东南低演变为北高南低的特性。     

中国建设用地扩展的空间动态演变格局——基于EBI和EBIi的研究

研究目的对21世纪初期中国建设用地扩展的总体空间动态演变格局、集聚中心和孤立点的空间转移路径以及建设用地扩展的局部空间差异进行探索.研究方法经验贝叶斯修正的空间自相关指数(EBI、EBL)和空间误差模型.研究结果(1)总体上,建设用地扩展在全国范围内具有较好的空间结构性和空间关联性,呈现出显著的空间集聚模式;(2)集聚中心和孤立点的空间转移存在一定的规律性;(3)从局部看,建设用地扩展表现出十分明显的局部空间差异;(4)第二产业和非农业人口增长率对建设用地扩展具有强劲的推动作用.研究结论忽视了地理位置因素的传统统计分析方法无法真正反映空间要素的动态演变过程,经验贝叶斯修正的空间自相关指数有效地避免了方差不稳定性,为中国建设用地扩展空间动态演变的定量分析提供了有力支撑.     

农作物空间格局变化研究进展评述

农作物空间格局及其时空动态变化研究具有重要的理论和实际意义,已经成为地理学和生态学的前沿和热点研究问题。该文从农作物空间格局变化的特征、机理机制和模拟模型等3个方面系统总结了国内外最新研究进展,讨论了研究中存在的关键问题,并对未来发展趋势和重点进行了展望。研究认为,农作物空间格局变化特征研究主要包括基于统计数据的方法、基于遥感信息的方法和基于空间模型的方法。农作物空间格局变化机理研究主要围绕不同自然 -社会经济驱动因子对农作物格局演变的作用机制开展,剖析农作物空间格局演变的内外部原因。农作物空间格局变化模拟模型从早期非空间模型发展到空间模型,而且越来较多模型对微观农户的作物选择或决策行为及其对农作物空间格局变化的影响给予了很多关注。在未来相当长的一段时间内,基于多尺度和多信息源数据融合的农作物空间格局变化特征提取、综合自然-社会经济多因素、宏观和微观多层次、静态和动态多机制的农作物空间格局变化机理分析、以及多学科和多方法综合的农作物空间格局变化模拟模型构建将是农作物空间格局变化研究的重点发展方向。     

淮海经济区融合互动发展时空分析

从经济增长互动、产业分工合作、公共服务共享以及生态环境协调四个方面构建区域融合发展综合评价指标体系与区域空间互动模型,以淮海经济区20个地市为基本单元,2005和2016年为时间截面,对其融合互动发展水平进行测度,探讨其时空演变特征。结果发现:(1)淮海经济区融合发展各项指数均呈提升趋势,且四大区域融合发展差异较为显著,基本呈现苏北鲁南豫东皖北的发展格局,发展综合值较低是导致融合发展水平滞后的主要因素;(2)淮海经济区各地市融合发展类型以较好和初级融合发展为主,优质融合城市数量较少;(3)各地市间互动联系不断增强,辐射和集聚能力日益提升,空间多中心结构初现,区域一体化进程逐步加快。     

山东省新增国有建设用地的空间动态演变格局初探

研究目的:探讨近年来山东省新增建设用地的空间分布特征及其演变趋势,以期为有效配置新增建设用地指标提供政策启示。研究方法:空间自相关分析。研究结果:(1)山东省新增建设用地的空间布局总体上呈现较弱的空间集聚格局,新增建设用地与社会经济发展水平之间呈现出显著的正相关关系,而且二者相关程度波动明显,呈升,降,升态势;(2)山东省新增建设用地的总体规模不断降低,在空间上也呈现出显著的扩展态势,扩展速度呈现先平稳提高后急剧降低的趋势;(3)山东省新增建设用地的高值集聚中心集中出现在半岛地区,低值孤立点出现在黄河三角洲地区。研究结论:空间自相关指数为新增建设用地空间动态演变的定量分析提供了有力支撑,掌握新增建设用地的时空变化特征有利于推进土地出让工作。     

江苏省城乡建设用地经济密度的时空格局演变研究

研究目的:分析江苏省2005—2015年间城乡建设用地经济密度的时空格局及动态演变特征,为提升城乡建设用地集约利用水平、优化用地与产业结构、改进土地利用政策等提供依据。研究方法:变异系数、泰尔指数、相对发展率和探索性空间数据分析方法(ESDA)。研究结果:(1)江苏省城乡建设用地经济密度总体呈增长态势,南北差异明显,高值点主要集中于苏锡常地区、南京市和南通市;(2)城乡建设用地经济密度空间离散程度不断下降,总体差异和区内区间差异呈现持续减小态势;(3)城市发展速度存在明显的时间阶段性与显著的空间分异特征;(4)各地级城市城乡建设用地经济密度呈现出显著的空间自相关,空间上存在明显的区域集聚特征,高值集聚主要在苏南和苏中地区,高值集聚中心由单个城市向城市连绵区方向发展,苏北地区一直表现为低值集聚。研究结论:城乡建设用地外延扩张和低效利用换取经济增长的粗放模式已无法适应发展要求,高效集约利用城乡土地才是保障经济发展的有效方式。     

农村建设用地整治潜力规模与空间格局协同模拟研究 ——以湖北省宜城市为例

研究目的:提出一种农村建设用地整治潜力规模与空间格局协同预测模拟模型,为国土空间规划和全域土地综合整治提供更加准确的决策依据。研究方法:首先对社会经济宏观因素影响下的区域农村建设用地整治潜力规模进行分析,进而利用土地利用时空建模方法对农村建设用地图斑的整治概率进行预测,实现潜力规模约束下的整治潜力空间格局模拟,并以湖北省宜城市为案例区对模型的性能进行验证。研究结果:(1)宜城市2021—2035年农村建设用地整治的理论和现实潜力规模分别为4912.46 hm²和2201.94 hm²;(2)模型对宜城市农村建设用地图斑的整治潜力格局模拟准确率为81.58%,召回率为0.9879。研究结论:模型实现了对农村建设用地整治潜力规模与空间格局的协同预测与模拟,能为国土空间规划和全域土地综合整治等专项规划提供更加精细的决策依据。     

耦合地理模拟与优化的城镇开发边界划定

研究目的:城镇开发边界划定是典型耦合空间模拟和优化的复杂地理问题,当前划定方法的科学性和系统性还有待加强,引入地理模拟优化系统理论以期提供更好的辅助规划成果。研究方法:在回顾城镇开发边界相关概念及划定方法的基础上,提出基于地理模拟优化系统(GeoSOS)的城镇开发边界划定方法,并以珠江三角洲重点优化开发区域为例对城镇开发边界进行了划定。研究结果:基于GeoSOS的多目标空间优化方法界定了研究区的生态、农业和城镇空间,并通过城镇扩展数量和农业生态双重约束的CA模型预测未来城镇扩展格局,最终利用形态学方法划定城镇开发边界。研究结论:基于GeoSOS的划定方法能够优化这三类空间,并基于底线约束预测未来规划期的城镇扩展格局,从而划定城镇开发边界,为划定实践工作提供科学依据和有利支撑。     

基于“三生空间”演化模拟的村庄类型识别研究——以湖南省常宁市为例

研究目的:以湖南省常宁市为例,探索南方丘陵山地区村庄类型的定量识别路径,为新时代国土空间规划体系下科学编制村庄规划和开展乡村振兴工作提供参考。研究方法:空间叠加分析、重心迁移模型、标准差椭圆和FLUS模型。研究结果:(1)研究区2010—2018年农业生产空间重心总体表现为向东迁移的趋势,非农生产—生活空间扩张迅速致使东北部的人地关系较为紧张,生态空间离散度较高且其重心有向西北挪移的迹象;(2)FLUS模型能对研究区村庄未来土地利用情景进行较好的模拟,模拟结果显示在空间规划约束下2025年建设用地斑块的空间聚合度显著提升;(3)常宁市村庄类型识别结果表明,城郊融合类和集聚提升类村庄主要集中在县城周边,相对稳定类呈环状围绕于外,搬迁撤并类多位于省级自然保护区内和湘江沿岸。研究结论:县域"三生空间"分布格局是村庄类型识别的重要参考因素,应进一步揭示全域村庄类型的空间分异特征和空间演变规律,以科学引导村庄规划的编制实施以及村庄产业结构的优化调整。     

基于PIL的中原城市群城镇化演进与态势研究

研究目的：从城市发展的人口就业、产业发展、土地利用的综合角度,测度中原城市群城镇化发展的系统动态性与发展水平。研究方法：立足于PIL（人口—产业—土地）的城镇化三维分析框架,运用ROXY模型和TOPSIS模型定量分析中原城市群城镇化时空演进轨迹,并探寻其协同发展的整体态势。研究结果：（1）1996年以来,中原城市群城市人口与第二产业发展呈现收敛—加速极化—加速收敛—加速极化的演进轨迹,城市建设用地则呈现出与城市人口、第二产业截然相反的时空演进过程,第三产业始终处于极化发展的空间状态;（2）郑州市作为中原城市群城镇化发展的龙头城市地位凸显,但当前仍呈现一种“弱核牵引”状态;（3）第三产业更能代表城镇化发展的层次和水平。研究结论：以ROXY和TOPSIS模型对城镇化发展进行分析,有助于把握多元系统建构与动态演进;不同要素在发展时序上的不匹配,客观上印证了城镇化发展的系统复杂性,也证明了PIL三维框架分析的必要性。     

桂林市城镇体系空间扩张及驱动因子分析

研究目的：分析近20年桂林市空间扩张规模、形态及协同性分异特征及驱动因子,探索市域城镇化空间扩张地域分异规律及协调机理。研究方法：基于城镇体系和空间结构均衡理论,以空间扩张及其协同性指数为数据驱动,用地统计分析、空间插值及地理探测器等方法开展研究。研究结果：（1） 近20年桂林市城镇体系空间扩张及形态扩大呈增长趋势,渐趋形态以中心城市为核心、空间一体化驱动的点—轴聚集模式,城镇化时空扩张差异不断扩大,空间极化作用不断增强。（2） 大部分城镇人口、经济、社会扩张快于土地扩张,城镇化空间承载力及溢出效益不断提高,但增势趋于减弱;城镇化扩张强度与协同性分布普遍不一致,中心城市对协同性的极化效益不显著。（3） 人均耕地面积、人均消费品零售总额、第二产业占比三个因素是空间扩张分异的主要驱动,各因子对空间分异的影响及其交互作用都趋于增强,其变化具有空间集聚特征。研究结论：城镇化空间扩张是推进区域要素流动、资源配置及其协调性的重要动因,统筹城乡发展和共同富裕需要均衡协调空间扩张的规模、形态及其综合效益。     

Land management institution as a key confinement of urbanization in Baotou,China⿿Application of proposed endogenous urbanization model

China has been experiencing rapid urbanization, with a large amount of rural land converted into urban land, leading to debate by researchers and governments. This study investigates the endogenous factors influencing urban expansion and quantifies their effects to promote intensive and sustainable urban land use in order to realize new-type urbanization, by employing GIS technology and an endogenous growth model. The simulation results explain the expansion of urban land in the case of Baotou city, China. The result shows that the land management institution(LMI) has played a critical role in urban land expansion in Baotou city. Its multiplier effect reaches 0.166, which means a one percentage point increase in the strength of LMI leads to a 0.166% increase in urban land area. The presented analysis reveals four main findings. Firstly, the major factors influencing urban expansion are (LMI), urban disposable income per capita, the secondary and tertiary industry, technological progress, and population density. Secondly, LMI has a critical influence on urban expansion. Thirdly, technological progress has a positive effect on urban expansion by merging into the secondary and tertiary industry. Finally, population density and the tertiary industry have a dampening effect on urban expansion. According to the analysis, we suggest that the central government in China should regulate the behavior of local governments to reduce principal⿿agent risk, as they hold the state land property rights as the trustee of the public. Meanwhile, the government should pay more attention to guiding technological progress by promoting industrial transformation and economic quality, not just focusing on economic quantity, especially for resource-based cities.     

城市扩张对大城市周边基本农田的影响——以西安市长安区为例

[目的]随着城市化与工业化进程的加快,城市扩张与基本农田保护之间的矛盾日益突出。研究快速城市化下基本农田的变化,能够为相关规划的编制和保护政策的制定提供科学支撑。[方法]文章以西安市长安区为例,以2009年二调基本农田和2012年规划基本农田为基础数据,基于Arc GIS技术与景观格局分析方法,对比长安区基本农田的数量、质量差异及空间分布特征,探讨城市建设用地扩张与土地增值收益对基本农田变化的影响。[结果](1)基本农田数量有所增加,质量有所下降;(2)基本农田空间分布呈现出由中心向外围扩散趋势,破碎化程度提高;(3)城市扩张的土地来源主要是增量土地,新增建设用地主要由农地转化而来,基本农田被侵占明显,且沿主要道路和乡镇边界被侵占严重;(4)基本农田转变用途后的巨大增值空间是城市扩张的主要动机。[结论]城市扩张会导致大城市周边基本农田质量的下降,同时既要保基本农田数量又要保经济发展的矛盾迫使基本农田破碎化程度提高。     

Relationship between urban construction land expansion and population/economic growth in Liaoning Province,China

The rapid expansion of urban construction land will lead to decoupling from the trend of economic development and population growth. A previous study have shown that there is a long-term bidirectional causal relationship between urban land expansion and economic and population growth. To further explore this relationship, we used remote sensing and statistical data combined with center-of-gravity shift index, coordination degree model, Theil index, and Tapio elastic decoupling index. The main results were as follows: (1) The urban construction land expansion in Liaoning Province has obvious geographical location characteristics, and it can be classified in three types: only along the traffic lines expansion, only along the coastline, along the rivers and traffic lines concurrently. (2) The per capita construction land area (PCCLA) is growing rapidly, and by 2015, 13 cities (all except Benxi) of the province exceeded the national standard for PCCLA (120 m²). Three of these cities (Yingkou, Dalian, and Huludao) exceeded the standard by more than 100%. The uncoordinated areas of land and population urbanization spread from coastal areas to central and western areas and finally to the entire province. (3) The correlation between urban construction land expansion and economic growth has changed from weak positive to strong negative decoupling. After 2010, the decoupling index for all cities became negative. In Huludao, Chaoyang, Panjin, Dalian, Shenyang, and Jinzhou, the construction land expansion was more than 3%, coupled with a 1% decrease in non-agricultural GDP. For other cities, the construction land expansion was less than 3% for a 1% decrease in non-agricultural GDP. These results demonstrate that the rapid growth of construction land was related to a negative economic growth. The findings also suggest that under the current pattern of economic growth, it may be difficult to control the expansion of construction land. New construction land should be reasonably planned and managed, and the dependence of economic growth on construction land and speed of population urbanization is a new challenge that should be reexamined by the local government.     

新型城镇化与土地集约利用的时空演变及关系

［目的］分析新型城镇化与土地集约利用的时空演变特征,在此基础上探索新型城镇化与土地集约利用的关系。［方法］基于数据可获取性及科学性等原则,选取新型城镇化与土地集约利用的指标,利用熵权TOPSIS法测算2007—2016年重庆市新型城镇化与土地集约利用的指数,并利用GIS软件制作空间分布图,引入空间计量模型分析新型城镇化与土地集约利用的空间关系。［结果］（1）在时间特征方面,重庆市新型城镇化及土地集约利用水平均呈现平稳提高趋势; 在空间特征方面,重庆市新型城镇化与土地集约利用空间变化显著。（2）新型城镇化与土地集约利用的时空变化规律较为相似,新型城镇化对土地集约利用确实存在促进作用。［结论］在重庆市土地资源需求急剧增长的前提下,加快推进新型城镇化建设,以改善土地低效利用,制定切合实际的土地利用规划、优化产业布局、促进城镇合理建设,侧向推动土地集约利用。     

基于ArcEngine的城市空间扩展模拟系统开发

目前国内外已有不少学者采用CA模型对城市用地扩展进行了研究,并取得了不少有意义的研究成果。基于上述现状,本次撰写的论文将在元胞自动机理论的支撑下,在Visual studio2013平台下利用C#语言结合ESR I公司的嵌入式开发平台ArcEngine组件开发包,编写一套可以实现模拟城市空间扩展的软件,将灰度局势决策运用到程序中,进行提取城市扩展时内在影响因素与规律,并将其作为元胞自动机的转换规律,再与地理信息系统结合来研究城市规划。结合了GIS系统使仿真结果得以展示,为将来研究区域土地利用规划提供决策依据。     

Comparing the spatial and temporal dynamics of urban expansion in Guangzhou and Shenzhen from 1975 to 2015: A case study of pioneer cities in China’s rapid urbanization

The distinct urbanization process of China has attracted worldwide attention because of its impressive speed, massive scale, and policy intervention. However, the interrelationship between urban expansion and government policies is still not well understood. The Pearl River Delta Urban Agglomeration of China is the first national pioneering urbanization area since the implementation of the policy “Reform and Opening-up” in the late 1970s. Here we compared the spatial and temporal patterns of urbanization in two leading cities of the Pearl River Delta (i.e., Guangzhou and Shenzhen, the provincial capital and the first Special Economic Zone of China, respectively) from 1975 to 2015, using Landsat data integrated with urban growth and landscape metrics analysis, and examined possible footprints of major economic and urbanization policies. Our results illustrated that urban land areas in both Guangzhou and Shenzhen have experienced magnificent annual growth rates at 8.1% and 11%, respectively between 1975 and 2015. On average, Shenzhen witnessed substantially higher urban growth rate than Guangzhou during the past four decades, particularly in the initial period (1978–1990) when the Reform and Opening-up policy was launched and Shenzhen was designated as the first Special Economic Zone in China in the late 1970s. However, the speed of urban expansion in Shenzhen became considerably lower than Guangzhou from 2005 to 2015, subject to physical conditions and a series of urban land use policies. Both cities showed a generally similar dynamics of urban growth forms with leapfrogging as the predominant type of urban growth at first and then edge-expansion while the contribution of infilling in Shenzhen was higher than that in Guangzhou, especially since 2005. The urbanization processes characterized by landscape and urban growth metrics revealed that a diffusion-coalescence-diffusion-coalescence process was identified for Guangzhou, while Shenzhen was generally consistent with the diffusion-coalescence urban growth hypothesis.     

Urban lake spatial openness and relationship with neighboring land prices: Exploratory geovisual analytics for essential policy insights

Possessing ecological service functions, as well as social and economic values, urban lakes are an important part of urban open spaces. The improvement in the openness of urban lakes is crucial to enhancing the efficiency and fairness of urban land use. Accompanied by China's rapid urbanization, China's urban land prices continue to rise and the government relies on land finance. Meanwhile, the number of urban lakes is decreasing, the lake water surface area is shrinking, and water pollution is becoming more serious. By using exploratory indicators, this study quantifies the degree of openness of urban lakes, and focuses on the relationship between lake spatial openness and neighboring land prices. Taking Wuhan (China) as a study case, we proposed a conceptual framework to guide the analysis within the context of land use policy. Then, we created exploratory indicators to quantify the spatial openness of urban lakes and mapped the results. Afterward, we conducted an exploratory geovisual analytics of urban land prices and lake spatial openness. Finally, we used a regression model to examine the relationship between prices and openness. Our results show that our new indicators were able to reflect the openness of the lakes in the central urban area of Wuhan simply and effectively. The overall spatial openness is relatively high, the mean values of two main indicators reflecting the openness percentage of the lakes are 69.91 % and 67.57 % respectively. However, there are still obvious regional differences between the openness indicators. The relationship between openness and neighboring land prices is spatially heterogeneous. Based on our analysis, we finally propose policy suggestions for protecting urban lakes and rational land use in the rapid urban expansion occurring in developing countries.     

中原城市群产业、人口与土地非农化时空耦合协调性研究

［目的］研判中原城市群城市化发展中产业非农化、人口与城市化土地非农化等多要素之间的耦合协调性与时空演变特征，为中原城市群健康发展提供参考和依据。［方法］文章利用耦合协调度模型、ArcGis空间分析，基于2006—2016年研究时段，评价中原城市群产业、人口与土地非农化的沟壑协调性。［结果］（1）从时序特征看，中原城市群人口、产业和土地非农化之间的耦合协调度呈总体下降、过程波动的变化趋势，其中2006年、2011年和2016年的耦合协调度分别为057、053和055，处于中度耦合协调阶段。（2）从空间特征看，中原城市群产业、人口与土地非农化的耦合协调性空间格局经历了由环形到“T”字型再逐渐形成“三点”式的分布特征，空间差异明显。［结论］中原城市群健康发展应强化城市协同发展，增强引领示范作用； 增强自主发展能力，缩小区域发展差距； 优化产业空间格局，推动城市全面发展是未来城市化协调发展的启示。