基于CA-Markov模型的建设用地模拟预测研究——以湖北省随县厉山镇为例

摘要

建设用地的变化是影响土地可持续利用的关键。传统方法在表现建设用地变化的数量和空间扩展上比较困难。而元胞自动机原理和马尔科夫相结合，拥有强大的空间运算能力，因此在土地利用方面的运用越来越广泛。
　　本文以随县的中心乡镇——厉山镇为研究对象，应用ArcGIS9.3平台和IDRISI17.0软件，运用转移矩阵构建CA Markov模型等方法，研究厉山镇区域内建设用地的演变规律，对区域内建设用地进行短期预测，根据演变规律和预测分析结果制定出适合研究区发展的科学合理的土地利用规划。具体分为以下三部分:
　　(1)建设用地转化适宜性图集的确定。土地利用适宜性图集由建设用地的转变适宜性图像和其他地类条件概率图像组成，用于设置元胞自动机理论的转换规则，使得模拟的结果更加接近现实。本文选择了基本农田保护区、水域及水利基础设施和已有建设用地作为限制条件，并制定了包括交通距离因子和水域距离因子等在内的五个约束因子，将这些作为转化条件参与CA Markov的运行。
　　(2)验证模型精度。本文从元胞尺度、数量误差、元胞分布三个方面验证了CA Markov模型的精度。最终选择最适预测尺度30M×30M的数据图层上预测研究区2015年建设用地分布变化图。在数量误差方面，本文以2011年为模拟预测年，将所得的结果与厉山镇2011年土地利用现状数据作比较。各地类的误差均未超过5％，其中交通用地、建设用地和水域的误差均未超过1％。在空间分布方面，本文采取空间叠置的方法，将预测得到的2011年土地利用图与2011年实际的土地利用图的土地类型进行叠加比较，结果证明正确率可达到95.8％。
　　(3)分析厉山镇建设用地发展的数量变化与空间分布规律。由预测结果可知厉山镇建设用地的面积数量在研究期内一直呈上升趋势，直至2015年，建设用地将突破2000公顷。新增的建设用地从转化类型上来看，是由耕地、草地、园地和裸地转化而来的;从空间分布上来看，主要分布在中部偏南地区的中心城镇和主要交通道路的两旁。这些变换与2009-2011年的建设用地变化基本一致。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究目的和研究内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．5 研究方法与技术路线

1．5．1 研究方法

1．5．2 技术路线

2．相关理论与研究方法

2．1 元胞自动机模型

2．1．1 元胞自动机的组成

2．1．2 元胞自动机的不足

2．2 Markov模型概述

2．3 CA_Markov模型

2．4 Kappa一致性系数概念

3．研究区概况和数据预处理

3．1 研究区概况

3．1．1 研究区行政概况

3．1．2 研究区地理位置

3．1．3 研究区自然状况

3．1．4 研究区社会经济和产业结构状况

3．2 研究区土地利用现状分析

3．2．1 土地利用结构特点

3．2．2 研究区建设用地特点及存在问题

3．3 数据来源与预处理

3．3．1 数据来源

3．3．2 对数据进行二次分类

3．3．3 数据转换

4．研究区建设用地变化模拟与预测

4．1 研究区内元胞自动机的组成

4．2 CA-Markov模拟预测的基本步骤

4．3 土地转移面积矩阵和概率矩阵

4．4 地类转变适宜性图像

4．4．1 转换规则的确定和方法的选择

4．4．2 制定限制条件和约束因子

4．4．3 对约束条件因子进行标准化

4．4．4 加权线性合并法

4．4．5 使用集合编辑器保存适宜性图像集

4．5 使用CA_Markov模型对研究区进行模拟预测

4．6 确定预测时间

4．7 模型精度验证

4．7．1 CA_Markov模型最佳尺度的选取

4．7．2 模拟结果与实际土地面积对比

4．7．3 模拟结果与实际土地类型空间对比

4．8 模型预测及结果分析

4．8．1 数量结果分析

4．8．2 预测建设用地空间分布变化

4．8．3 预测结果与建议

5．结论与不足

5．1 研究结论

5．2 不足之处

参考文献

致谢