土地生态适宜性约束下的未来城市扩张优化研究

发布时间：2020-10-26 06:57

　　 在当今国内的城市化进程中,为了满足不断增长的人口生存以及生产建设需求,城市空间也需要不断向外延伸。这使得城市扩张日益成为土地资源利用变化的主导特征,同时也对城市的生态空间质量维持造成了更大的压力。为此,我国政府提出了生态文明建设的总体要求,强调在未来城市发展规划上要增加更多人地和谐、绿色发展方面的考量。在这一背景下,有必要转变当前土地资源的粗放利用方式,对未来的城镇用地布局优化开展前瞻性研究,探索更加符合时代要求的新型城市发展道路。常州是长三角的核心城市之一,将其作为典型区域开展研究对于东部经济发达地区的城市发展具有重要借鉴意义。论文从协调城市增长与生态环境保护的角度出发,基于元胞自动机模型对未来城镇用地演化进行建模,并将土地生态适宜性约束纳入到城市扩张过程中对空间格局进行统筹和引导,减少耕地、水体等生态用地的随意侵占。在获取元胞转换规则的过程中,采取了基于Stacking的集成策略对多个机器学习模型进行融合,进一步提升了对空间数据特征的挖掘能力,从而实现对元胞自动机模型的改进。最终,论文形成了一个未来城市空间发展优化方案,地方政府在国土空间规划编制及实施中可以将其作为理论支撑,参照具体发展方案进行空间落实。论文的主要研究内容与结论如下:(1)城镇用地扩张过程分析在2009-2015年这段时间之内,研究区的城镇用地共增长了64.3 1km2,其增加规模呈现出减小的趋势,分别位于南部和北部的武进区及新北区是城镇用地扩张的主要方向。多环缓冲区分析表明,各圈层内的城镇用地比重不断提高,该时间序列后期的城镇用地扩张强度有所下降,这与新增城镇用地规模的减小趋势相一致。而在城镇用地扩张模式方面,飞地式和边缘式增长占据着主导类型。以上结果表明,尽管城市增长有所放缓,但是整体上仍然呈现出明显的“外扩”趋势。此外,在该时期的城市化进程中大量诸如耕地、水体之类的生态用地遭到占用,整个研究区的碳储量也随之减少了63.50万吨。(2)土地生态适宜性约束计算论文从自然地理条件、人类活动胁迫、生态功能区限制三个角度选取11个指标,并基于层次分析法获取不同指标对应权重,最终对研究区进行多因子土地生态适宜性综合评价。评价结果表明,土地生态适宜性较高的区域分布在武进区西南、东南和新北区北部,其主要是集中连片的优质基本农田或重要水体和生态公益林等。此外,以评价结果作为阻力基面数据、2015年城镇用地作为扩张源数据输入到最小累积阻力模型,生成了城市扩张土地生态阻力约束的空间图层。(3)基于元胞自动机的城镇用地扩张模型设计针对现有基于单机器学习模型的元胞自动机城市扩张模拟研究的不足,采取Stacking集成策略对支持向量机、随机森林和多层感知机三个模型进行了融合,有效改善了新增城镇用地转换概率获取的精度和效率,促进了整体空间数据挖掘能力的提升。此外,将基于土地生态适宜性评价生成的空间阻力与城市扩张过程耦合至同一框架下,设计并实现了土地生态适宜性约束下的未来城镇用地扩张推演模型。(4)未来城镇用地扩张模拟与优化对研究区2030年城镇用地进行预测,并以不同土地生态适宜性约束强度设置现状延续情景、平衡发展情景和严格约束情景三个情景进行对比分析。结果表明,土地生态适宜性能够有效引导、约束城市扩张与实现土地利用结构优化。且随着约束强度的增强,城镇用地空间布局更加紧凑,占用耕地、水体等生态用地面积显著减少,扩张热点区域更加远离重要生态用地。最后,论文基于土地生态适宜性评价结果提取重要生态核心区域,并结合平衡发展场景下2030年城镇用地扩张布局,设计形成了一个城市空间发展综合优化方案,以便在实际的区域政策实施和国土空间规划中提供更加灵活、全面的战略支持。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU984;X144
【部分图文】：

研究技术路线图

第一章引言??１．５论文组织结构??论文的具体组织结构见图１－２，对应内容描述如下：??第一章引言。主要引出论文的研宄背景，总结并阐述当前国内、国外的相关??研究现状以及最新进展，确定具体研宄内容、意义，对相关研究方法进行归纳，??并设计形成论文研究的技术框架。??第二章研宄区及数据预处理。对研究区的区位、社会经济、自然等基本情况??进行介绍，列出论文中所需数据及其来源，说明各个数据预处理方法，为开展后??续研宄奠定基础。??第三章城镇用地扩张过程分析。首先，对研究区２００９－２０１５年间的城镇用地??空间扩展特征开展研究，分别从扩张方向、扩张强度和扩张景观模式三个角度进??行分析，综合反映研究区城镇用地扩张的时序演变特征及地域差异。接下来，分??析研究时序内城市扩张过程中的土地利用变化及其生态环境效应。??第四章土地生态适宜性约束计算。从自然地理、人类活动胁迫和生态功能区??限制三个角度选取丨丨个指标构建起一个综合评价体系，对研究区的土地生态适宜??性开展评估。并以此为基础利用最小累积阻力模型生成城镇用地扩张的生态阻力??空间约束。??第五章城镇用地扩张模拟与优化。基于Ｓｔａｃｋｉｎｇ策略对多个机器学习模型融??合

３．１城镇用地扩张时空特征分析??首先，基于已有的２００９年－２０１５年的城镇用地利用数据进行空间分布的可视??化表示（如图３－１所示），并对各年份对应的面积进行统计（如表３－１所示）。??又??／?？?＇?＼?〇?３．５?７?１４??图例??＊市中心?丨??—行ｉ改界线?／／??■?２００９年城镇川地?／?／??■１２００９－２０丨１年新增城镇用地?Ｈ??■１２０１１?２０１３年新增城镇用地??■１?２０１３?２０１５年新增城镇用地??图３－丨２００９－２０１５年常州市城镇用地变化??Ｆ?ｉｇ．３－１?Ｃｈａｎｇｅ?ｏｆ＊?ｕｒｂａｎ?ｌａｎｄ?ｉｎ?２００９－２０１５?ｏｆ?Ｃ?ｈａｎｇｚｈｏｕ?Ｃ?ｉｔｙ??１７??
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本文编号：2856663