土地利用变化动态预测的方法

摘要

本发明涉及土地利用变化动态预测的方法。GeoCA－Landuse模型模拟土地利用变化的基本思想是引入土地单元的生命特征，模拟土地利用类型的动态演变；从两个时相土地利用专题图的叠加分析和转移分析入手，结合土地利用变化的计量模型，分析土地利用动态变化特征，依据研究区水系和交通图分析模型控制因素，构建控制因素层，并结合社会经济数据调整模型参数，确定合理的邻居及转换规则根据历史土地利用的变化过程，集合GIS强大的空间数据处理分析功能，对土地利用变化趋势进行模拟和预测。本发明实现了对土地利用变化的动态趋势与演化规律的模拟，为科学决策提供科学依据。

主权项

1、基于地理元胞自动机和GIS的土地利用变化动态预测的方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：(1)、收集研究区各种社会统计数据、土地利用变化的历史系列数据、地形、河流、交通等控制要素数据，其主要作用是用以分析确定模型运行的初始状态，模型参数以及控制因素层；(2)、由于图件格式是ARC/INFO COVERRAGE&ARC/INFO E00，矢量文件投影方式又不同，不能满足GeoCA-Landuse模型对数据的要求，因此本发明借助于GIS软件对数据进行预处理，包括空间范围统一、矢量数据转为栅格数据、数据指标归并等，具体步骤如下：1)空间范围统一由于以上所有数据在空间范围上大多是以行政区划为边界，与研究区范围存在一定的差距，因此需要对这些数据进行必要的处理，统一到与研究区一致的范围内；第一步，地图拼接；由于1∶500000的DLG是分层存放专题要素的，交通、水系、行政边界处在不同的图层，将以上地理要素分层提取并且拼接在一起，采用arctools的append命令，最终形成交通、水系、行政边界等的专题图层；第二步，投影转换；在数据处理的时候采用的投影类型为高斯克吕格投影，而DLG图采用的是geographic投影，所以首先需要进行投影转换，参数选择与土地利用专题图的参数保持一致，运用Arcinfo软件，在arctools的command tools命令下选择edit-coordinates-project coverage，输入投影参数；第三步，地图裁减；在土地利用图及DLG图为相同投影的前提下，再采用arcinfo软件的clip命令，依据研究区范围将它们裁减为范围一致的图；2)矢量数据转栅格数据由于GeoCA-Landuse模型处理的空间数据是栅格型数据格式，因而需要将土地利用图、交通图、水系图进行从矢量到栅格的数据转换。对于土地利用图可以将土地利用类型值代码为Value item值，从而实现从矢量数据向栅格数据的转化。空间分辨率(即栅格单元大小)可根据研究区的实际情况以及模型运算效率考虑，本发明划分为200×200m；运用ArcInfo软件的command tools-conversion-togrid-Poly to grid命令，cell Size选择200；从而将阿克苏河流域土地利用图及各个专题图层划分为1023×2127个栅格单元；模型运行的前提条件是要确保同一地区的数据，在空间范围和栅格数目上完全一致，只有这样才能保证每个土地利用单元和控制因素层栅格单元一一对应；3)数据指标归并本发明涉及的土地利用类型主要包含农用地(耕地、林地、牧草地)、建设用地(居民点及独立工矿用地、水利设施用地)、未利用地(未利用土地、其它土地)三大类共7个二级土地类型，而现有土地利用数据是按照国家土地利用分类标准的三级分类进行的，因此，需要对土地利用的空间数据以及相关的统计数据分类指标进行适当的归并处理；(3)、在对空间数据进行叠加分析和转移分析的基础上，分析土地利用变化的规律，建立土地利用变化的GeoCA-Landuse模型及软件系统；1)构造土地利用转移矩阵将不同时期的土地利用图叠合相减，就可以求得该时期内土地类型转化的数据，构造出土地利用转移矩阵。从而针对某一种土地利用类型，通过矩阵表计算出其流向百分比，便于分出促使该类型土地变化的主导类型和次要类型，进而以此为突破口，分析解释类型变化的原因，为建立元胞自动机模型模拟和预测土地利用类型变化的趋势做准备；2)构模方法GeoCA-Landuse模型模拟土地利用变化的基本思想是引入土地单元的生命特征，每一种土地单元都有青年、中年、老年和衰亡这样的生命周期，根据每种土地类型自身的年龄及生存的环境来决定其繁殖、成熟、死亡等行为，反映了土地利用动态演变的过程；GeoCA-Landuse模型由两部分组成，第一部分是土地利用层面；第二部分是控制因素层面。它们通过统一空间分辨率的栅格结构相互联系在一起，与GIS中的栅格数据层相类似；第一部分土地利用层是模型的核心部分，它是一个基于多种土地利用类型的Geo-CA模型；第二部分是控制因素层，它对模型当中各个土地单元的变化起着重要的抑制或促进作用，出于对模型性能及数据掌握情况等方面的考虑，目前模型中主要由交通和水系两个控制因素层组成，分别影响和控制土地利用单元的行为；3)GIS与GeoCA-Landuse模型集成采取GIS与GeoCA-Landuse模型松散耦合的方式，模型与GIS之间相互并行、独立，各自拥有独立的数据结构和用户界面。它们之间通过文本文件等中间文件或相互提供读写标准实现相互数据通信。二者可以拥有各自的数据结构、分析过程和用户界面。