基于CA-SVM模型的福建省莆田市城市空间动态扩张研究

发布时间：2018-02-03 05:29

  本文关键词： 城市动态扩张 CA-SVM模型 福建莆田　出处：《中国地质大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：莆田市位于海西经济区福建省沿海福(州)-厦(门)黄金海岸线中部,自古是闽中的政治、经济、文化中心,近年来随着城市发展用地扩张明显。将其作为研究对象有助于认识和理解短流域海积平原地区城市扩张的基本规律,推动城市扩张的模型研究,为理性的城市发展、合理的城市空间规划与布局,以及城市可持续的、协调的发展政策制定提供建设性参考。本文充分运用基础地质调查资料、遥感资料,以地理信息系统和遥感多学科基本理论为指导,基于支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)改进了元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)模型,模拟了莆田市城市扩张的过程,研究及其与地貌、地形、地质工程条件、土地覆盖变化、人口演化与城市用地扩张之间的关系,探讨城市扩张规律,并分析了影响城市扩张的驱动因素。如何利用局部的非线性转换规则,将自下而上的CA模型与支持向量机相互耦合以进一步提高城市扩张复杂系统的表达能力,是本论文构建CA-SVM模拟模型必须研究的关键问题。作为CA模型的核心,定义合理的转换规则是元胞自动机CA模型能否成功的关键。选择影响城市用地变化的变量,将其作为支持向量机的输入,随后的输出分别与城市用地和非城市用地的转换概率相对应,确定城市CA的非线性转换规则,计算得出各区域空间变量对每个元胞的城市发展概率的贡献。前期工作中通过openness可视化参数获取的沿海地区二维地形地貌表明莆田市处于沿海盆地,根据计算流域盆地的面积-高程积分(HI值)和形成的剖面图表明,穿过莆田市区的长乐-诏安断裂带附近HI值范围在0.4-0.5之间,最高值可达0.48,与其它内陆断裂带HI值(0.2-0.3)相比呈明显的高峰值,反映了该断裂仍存在一定的新构造活动,其两侧差异隆升作用对断裂沿线地貌影响显著。在构建城市扩张模型过程中应考虑地貌格局对城市扩张模型的制约性,才能达到更好地模拟结果。引入基于支持向量机后构建的元胞自动机城市扩张模型(CA-SVM),模拟了莆田市1988-2014年的城市发展,取得了较理想的模拟效果。对模型模拟的精度进行检验采用逐点对比和总体形态评价两种方法进行。1997年模拟的逐点对比总体精度达到85.01%,2002年模拟的逐点对比总体精度达到83.93%,2014年模拟的逐点对比总体精度达到84.58%。相比传统CA模型城市用地转变82.49%的正确率,CA-SVM模型在模拟城市用地扩张方面更具优势,城市用地转变正确率达到了86.58%,能更好地模拟城市土地利用这一复杂系统的动态变化。对莆田市近年城市扩张规模和空间格局的变化特征进行了分析,结果表明:(1)城市用地规模与扩展速度的阶段性特征明显,城镇用地空间增长也有较强的阶段性特点。第一阶段为1988-1997年,在这9年期间,城镇用地扩张增长的速度与强度均保持在相对较低的水平;第二阶段为1997-2002年,与第一阶段相比城镇用地增长的速度提升,但却保持在相对稳定的水平,扩张强度指数的提高也比较显著;第三阶段为2002-2014年,无论是从扩张速率度还是扩张强度指数上看,城镇用地都处于高速增长阶段的,并且增长速度还有不断提升的态势。(2)城市用地分布的中心从大多沿交通要道进行扩张,并且与城市所处区域的地形地貌、地质工程条件息息相关。(3)对驱动力分析结果表明,在自然地理条件适宜城市发展的前提下,社会经济因素对城市扩张起决定性作用。自然地理因素主要包括地形、地貌、气候、土壤、植被和水文等,是城市建设用地扩展的基础条件,作为人类的生存环境,不仅通过影响人口的分布对城市的形成和发展具有重要影响,也决定了城市扩张的总体趋势;经济的高速发展、人口的增长和产业结构调整是城市空间扩张最主要、最直接的动力。论文的创新之处在于:(1)利用历史遥感数据校正超平面的决策函数,确定城市CA的非线性转换规则,是采用非线性分类的支持向量机定义了CA非线性转换规则的方法,建立了基于支持向量机的元胞自动机城市扩张模拟模型。计算出城市发展概率。(2)与以往主要从政策的控制、经济发展的推动方面来考虑城市扩张的驱动因素不同,本文则更多地从地质背景条件、自然地理等驱动因素来讨论城市用地扩张的驱动力。地质、地形地貌、水资源和工程地质条件是城市扩张的物质基础和限制因素。因此必须考虑地自然驱动因素对城市未来扩张规划的适宜性。将自然因素与社会要素(城市人口增长、社会经济发展、产业结构调整和重要的政策定位)综合考虑才能更好都建立城市发展的动力学模型。(3)莆田市城市发展存在阶段性特征、城市用地分布的中心呈现点-轴模式,受制于区域的地形地貌、地质工程条件。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P237;TU984.113

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 罗罡辉,吴次芳;城市用地效益的比较研究[J];经济地理;2003年03期

2 赵士荷;;悬c浳浣煌╗J];科学大众;1962年05期

3 黄京鸿,刁承泰;重庆市城市用地供需状况研究[J];经济地理;2003年04期

4 汤江龙,赵小敏,刘友兆,夏敏;我国城市用地水平研究[J];地域研究与开发;2005年04期

5 李素伟;杨庆媛;郭莉滨;;城市用地增长及其效益研究——以重庆市为例[J];西南师范大学学报(自然科学版);2006年03期

6 高玲;;特大城市用地发展与客运交通模式探讨[J];黑龙江科技信息;2008年05期

7 孙秀锋;刁承泰;;我国城市用地水平与合理性研究[J];西南师范大学学报(自然科学版);2008年04期

8 蒲光昕;李玲琴;柏家平;薛军;;西宁市城市用地时空扩展研究[J];国土资源科技管理;2011年04期

9 郑银龙;南灵;;陕西省城市人口与城市用地异速生长关系研究[J];信阳师范学院学报(自然科学版);2013年03期

10 胡珏;陈丙咸;;城市用地遥感研究综述[J];遥感技术动态;1990年01期

相关会议论文 前10条

1 王文博;许学工;;威海城市用地密度变化分析[A];中国地理学会2006年学术年会论文摘要集[C];2006年

2 陈昆仑;陈旭;曾克峰;;基于遥感技术的城市用地的扩张分析[A];湖北省地理学会2006优秀学术论文集（地理科学类）[C];2006年

3 张筱林;陈健飞;;深莞惠经济圈城市用地演变与产业发展的关系[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集（下册）[C];2011年

4 孙钰;李小蓉;;轨道交通建设对城市用地特性的影响——以天津地铁一号线为例[A];科学发展·惠及民生——天津市社会科学界第八届学术年会优秀论文集（下）[C];2012年

5 戎卿文;吴子培;张一凡;;轨道交通对沿线城市用地发展影响机制研究[A];城市时代，，协同规划——2013中国城市规划年会论文集（01-城市道路与交通规划）[C];2013年

6 王鹏;董玉祥;;广州中心城区城市用地空间扩展研究[A];中国农村土地整治与城乡协调发展研究[C];2012年

7 吴培琦;;关于完善城市用地分类与建设用地标准的若干探讨[A];规划50年——2006中国城市规划年会论文集（上册）[C];2006年

8 钱紫华;曹力维;;构建山地城市用地分类与规划建设用地标准的初步思考[A];山地城镇可持续发展专家论坛论文集[C];2012年

9 李梦涵;;城市用地分类的发展与思考[A];城市时代，协同规划——2013中国城市规划年会论文集（03-城市总体规划）[C];2013年

10 汤晋;殷铭;邓骥中;;美、德两国城市用地分类体系的比较及对我国的启示[A];规划创新：2010中国城市规划年会论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 宁彬;油气网点一体化减少城市用地[N];中国石化报;2014年

2 记者 张奇锋 通讯员 李洁尉;要抑制无限扩张的城市用地[N];广东科技报;2011年

3 刘振国邋贺正;长沙出现城市用地新模式[N];中国国土资源报;2007年

4 巴曙松;低成本的土地城镇化不可持续[N];中华合作时报;2013年

5 范超;浅谈如何备战统计建模大赛[N];中国信息报;2011年

6 孙佳岩　记者 谭迎春;“双保行动”加速城市用地项目落地[N];黑龙江日报;2009年

7 林仕文 宜阳新区官园街道党工委书记;树立五种意识 服务城市扩张战[N];宜春日报;2010年

8 记者 刘娜　实习生 田欢;推进城市扩张 提升城市品位[N];渭南日报;2010年

9 陆青剑;城市扩张催动地区形象升级[N];贵州日报;2013年

10 巴曙松 国务院发展研究中心金融研究所副所长;低成本土地城镇化不可持续[N];中国高新技术产业导报;2013年

相关博士学位论文 前10条

1 张洁;基于CA-SVM模型的福建省莆田市城市空间动态扩张研究[D];中国地质大学;2017年

2 冯科;城市用地蔓延的定量表达、机理分析及其调控策略研究[D];浙江大学;2010年

3 赵乐;快速城市化进程中浙江沿海城市用地时空变化研究[D];浙江大学;2010年

4 李瑜;多选题认知诊断测验编制及多策略的多选题认知诊断模型的开发[D];江西师范大学;2014年

5 康慧燕;复杂网络上带有潜伏期的传染病动力学模型研究[D];上海大学;2015年

6 郭玮;基于多因素集成的疏散场模型研究[D];北京化工大学;2015年

7 张天蛟;产漂流性卵小型鱼类的生态位建模及分析[D];中国农业大学;2016年

8 张会敏;基于小域估计的贫困指标测度方法与模型研究[D];天津财经大学;2015年

9 宋泽芳;基于投资者情绪效应的均值—方差关系模型研究[D];广州大学;2016年

10 徐帆;笼养食蟹猴自发抑郁模型的创建与验证[D];重庆医科大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 漆潇潇;基于案例推理的元胞自动机及大区域城市用地演变模拟[D];河南大学;2015年

2 孙莉;城市土地利用结构变化对用地效率的影响研究[D];南京大学;2016年

3 安广文;基于群体智能的城市用地动态变化模拟研究[D];重庆邮电大学;2016年

4 岳永胜;陕西省城市用地效益评价研究[D];西北农林科技大学;2010年

5 王佳丽;四川省城市用地经济效益影响因素研究[D];四川农业大学;2005年

6 陈哲;南京城市用地的空间变动研究[D];南京师范大学;2007年

7 张筱林;“深莞惠”经济圈城市用地演变与产业发展的关系[D];广州大学;2011年

8 段义斌;基于遥感的宁波城市用地时空演变研究[D];宁波大学;2011年

9 陈显秀;流动人口对乐清市城市用地的影响研究[D];浙江大学;2006年

10 迟文峰;近30年京津唐地区城市用地扩张规模与未来情景模拟研究[D];内蒙古师范大学;2012年

本文编号：1486555