DEM修正下的CA-MARKOV模型在土地利用变化中的应用研究——以重庆市江北区为例

摘要

土地利用动态变化研究其主要对象是研究土地利用类型变化规律、人类活动对土地生态系统变化的影响作用，是当代国际地球科学，尤其是地球表层系统研究领域的重要内容。加强土地资源在数量和质量方面变化的研究对于保障区域经济的持续发展，保证人类的生存环境条件安全，具有十分重要的作用。在当前我国高速城市化的时期，土地利用的变化异常频繁和剧烈，在城乡结合部其表现尤为突出，而随着GIS技术的发展，空间分析功能的不断完善，模型运算速度的不断提高，使得我们可以在土地利用的复杂系统中寻求一定的变化规律，对未来的土地利用进行模拟预测提供了较为方便的技术手段。 本文充分利用现有的GIS技术，选取了重庆市江北区2000年和2007年的土地利用数据库，并以此为核心数据，结合其DEM数据，以统筹城乡发展和土地可持续利用为目标，对江北区土地利用现状、土地利用数量变化、土地利用与坡度(slope)因子关系的空间分布进行了分析，并利用马尔可夫(Markov)模型对未来一个时段的土地利用情况进行了预测，在此基础上将坡度因子对土地利用转换概率进行修正，得到各地类的转移概率分布图，再运用CA模型将2007年作为起始年份，转移概率矩阵和各地类的转移概率分布图作为CA模型中元胞(cell)状态的转换规则，进而得到2014年江北区各土地利用数量和空间上的分布结果。本研究分为四部分： 第一部分为绪论，主要介绍了土地利用变化研究的背景和意义及其在国内外的相关研究和实践。同时，对本论文的研究内容、研究方法和技术路线。 第二部分为相关的基础理论概述。对文章中所涉及到的土地系统理论，数字高程模型(DEM)理论，元胞自动机理论和马尔可夫(Markov)理论进行了介绍和阐述。 第三部分为土地利用变化分析及预测的实证研究。首先对研究区的数据进行整理，获得了研究区2000年和2007年土地利用栅格数据，在此基础上，将DEM模型中提取的坡度数据与土地利用现状数据相叠加。找到不同土地类型分布与坡度因子的相互关系。再将两个时段的土地利用数据相互比较分析，得到2000年到2007年土地利用类型数量的变化和各类型间的相互变化。 第四部分为土地利用模拟研究。根据土地利用变化数据得到土地类型变化的马尔可夫转移概率矩阵，结合坡度因子进行空间分析，最终得到各土地利用类型基于坡度因子的转移概率分布图，将以上各地类的转移概率作为CA模型运行的转换规则，07年作为模拟预测的起始年，最后得到研究区下一时段，也就是2014年的土地利用类型的空间分布特点。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.3 研究目的及内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究的主要内容

1.4 研究思路及方法

1.4.1研究思路

1.4.2研究方法

1.5 关键问题及创新点

1.5.1关键问题

1.5.2创新点

第2章相关理论基础

2.1 土地利用的系统论

2.1.1土地利用系统的结构层次复杂性

2.1.2土地利用系统变化的复杂性和不确定性

2.1.3土地利用系统的开放动态性

2.1.4土地利用系统变化完整表达的困难性

2.2 数字高程模型理论

2.2.1数字高程模型的定义与分类

2.2.2DEM基础上地形因子的提取

2.2.3数字高程模型的应用

2.3 元胞自动机模型理论

2.3.1元胞自动机的定义

2.3.2元胞自动机的特点

2.4 马尔可夫链理论

第3章基于DEM的江北区土地利用与地形因子关系分析

3.1 研究区概况

3.1.1自然环境概况

3.1.2社会经济概况

3.1.3研究区土地利用现状

3.2 研究方法及数据处理

3.2.1数据来源

3.2.2研究方法及技术路线

3.3 坡度因子影响下的土地利用类型分布特征分析

3.4 研究区土地利用变化分析

3.4.1土地利用数量变化

3.4.2土地利用结构变化

第4章 土地利用演化模拟与预测

4.1 CA模型与GIS的耦合

4.2 CA模型与Markov过程的耦合

4.3 模拟与预测分析

4.3.1模拟方法

4.3.2马尔可夫转移概率矩阵的确定

4.3.3各土地利用类型基于地形因子的转换规则限制

4.3.4模拟过程与结果

第5章结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

参考文献

附录 研究生期间发表论文及主要科研活动

致 谢