基于斑塊勻質(zhì)化的柵格類別數(shù)據(jù)聚合面積尺度演變模型.pdf

1、尺度問題是地學(xué)研究的基礎(chǔ)問題之一，尺度效應(yīng)是尺度問題的一個(gè)重要方面。一直以來，尺度效應(yīng)在地理信息科學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)等眾多領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。目前，大多數(shù)研究主要對尺度效應(yīng)進(jìn)行了描述，并沒有深入地解釋尺度效應(yīng)產(chǎn)生的原由和機(jī)理。因此，基于30m分辨率全球地表覆蓋數(shù)據(jù)GlobeLand30，本文研究了斑塊級(jí)別上斑塊面積隨尺度演變的規(guī)律，以解釋尺度效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理。
　　首先，本文構(gòu)建了一種斑塊面積隨尺度演變的基本模型。模型思路基本

2、如下:在斑塊級(jí)別上，斑塊形態(tài)是影響斑塊面積隨尺度變化的主要因素。每個(gè)斑塊可通過斑塊形態(tài)指標(biāo)來表示，本文選取相對支撐半徑和填充度兩個(gè)指標(biāo)來表示斑塊。從原始尺度到目標(biāo)尺度上，斑塊面積的變化以斑塊面積比率（目標(biāo)尺度上的斑塊面積與原始尺度上的斑塊面積之比）來表示?；诳死锝鸩逯邓枷?，根據(jù)相對支撐半徑，填充度以及斑塊面積比率三個(gè)指標(biāo)，本文構(gòu)建了一種斑塊面積隨尺度演變的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?br>　　考慮到不同形態(tài)的斑塊可能會(huì)呈現(xiàn)出不同的面積尺度演變規(guī)律，根

3、據(jù)斑塊形態(tài)，本文將斑塊分為“點(diǎn)”斑塊，“線”斑塊以及“面”斑塊。其中“點(diǎn)”斑塊在尺度上推過程中會(huì)直接消失。因此，基于上述基本模型，本文通過7219個(gè)“線”斑塊訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)和7265個(gè)“面”斑塊訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，分別建立“線”斑塊和“面”斑塊面積隨尺度演變模型，并分別選取500個(gè)“線”斑塊和“面”斑塊驗(yàn)證樣本數(shù)據(jù)對兩個(gè)模型進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，“線”模型得到的斑塊面積比和實(shí)際得到的斑塊面積比平均差異為14.6％，“面”模犁得到的斑塊面積比和

4、實(shí)際得到的斑塊面積比平均差異為17.3％。由此說明“線”斑塊和“面”斑塊面積隨尺度演變模型在一定程度上能夠解釋“線”斑塊和“面”斑塊在尺度上推過程中的變化規(guī)律。但是通過“線”模型表面和“面”模型表面，可以發(fā)現(xiàn)，“線”斑塊和“面”斑塊可進(jìn)行統(tǒng)一建模。因此可嘗試通過一個(gè)不區(qū)分“點(diǎn)”、“線”、“面”的統(tǒng)一的模型去表達(dá)斑塊面積在尺度上推過程中的演變規(guī)律。
　　基于基本模型，本文選取3萬多個(gè)斑塊訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一個(gè)統(tǒng)一的斑塊面積隨尺度演

5、變的模型，并通過2000個(gè)斑塊驗(yàn)證樣本數(shù)據(jù)對統(tǒng)一模型進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，統(tǒng)一模型得到的斑塊面積比與實(shí)際得到的斑塊面積比平均差異為20％，這與“線”模型和“面”模型的平均面積比差異率相差不大。由此說明，可通過統(tǒng)一的模型來解釋斑塊面積隨尺度演變規(guī)律。但是平均面積比差異為20％的模型精度還有待提高。通過觀察斑塊形態(tài)，發(fā)現(xiàn)可能是由于復(fù)雜形態(tài)斑塊的存在導(dǎo)致模型精度偏低。因此，本文嘗試通過對復(fù)雜形態(tài)斑塊切割為寬度基本均勻的斑塊，再基于寬度均勻的

6、斑塊進(jìn)行建模。
　　基于上述問題，本文提出了一個(gè)復(fù)雜斑塊勻質(zhì)化的算法。通過算法對復(fù)雜斑塊進(jìn)行分割得到勻質(zhì)化的斑塊。然后，基于基本模型，采用9003個(gè)勻質(zhì)化的斑塊構(gòu)建一個(gè)勻質(zhì)斑塊面積隨尺度演變模型，并通過392個(gè)勻質(zhì)斑塊驗(yàn)證樣本數(shù)據(jù)對勻質(zhì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，得到模型平均面積比差異為10.8％。通過200個(gè)復(fù)雜斑塊驗(yàn)證樣本數(shù)據(jù)分別對統(tǒng)一模型和勻質(zhì)模型進(jìn)行驗(yàn)證，得出統(tǒng)一模型上的平均面積比差異為18.8％，勻質(zhì)模型上的平均面積比差異為8.81％