基于元胞自動機的南屯礦區(qū)土地利用-覆被變化模擬研究.pdf

1、土地系統(tǒng)作為人-地作用最緊密的自然資源系統(tǒng)，其發(fā)展演化是人-地相互作用、相互影響的時空動態(tài)變化過程。礦山作為人類工程活動對地質(zhì)影響最為強烈的環(huán)境之一，其土地利用變化以及擴張異于其他區(qū)域，不僅僅表現(xiàn)為人類直接作用于土地系統(tǒng)，影響、改變整個土地生態(tài)系統(tǒng)及景觀，更交織了土地系統(tǒng)對人類生存環(huán)境的反作用影響。
　　從地理模擬系統(tǒng)的發(fā)展及其應用入手，介紹了現(xiàn)代社會發(fā)展對地理學發(fā)展的新要求推動了傳統(tǒng)描述性地理學發(fā)展以地球信息科學為代表的現(xiàn)代地理

2、學定量研究手段，然后介紹了作為新一代地理模擬系統(tǒng)的元胞自動機的基本概念，并介紹了元胞自動機與地理網(wǎng)格系統(tǒng)的相似性，說明了其在地理學中的適用性。
　　根據(jù)國家頂級驅(qū)動力決定根本驅(qū)動力推動直接驅(qū)動力(人口、經(jīng)濟等)驅(qū)動土地利用變化理論，研究時段選擇從我國社會主義市場經(jīng)濟體制改革時期附近開始，據(jù)此從已有數(shù)據(jù)中選取連續(xù)等間距數(shù)據(jù)，并根據(jù)研究實際情況在前人研究的基礎上對其進行重分類；
　　運用數(shù)學統(tǒng)計方法定量化分析研究區(qū)土地利用年際變

3、化的規(guī)模、速度以及幅度，并綜合運用基于地學信息圖譜理論的地球信息科學技術手段分析研究時段內(nèi)南屯礦區(qū)土地利用時空格局演化及其空間圈層結構變化，總結研究區(qū)內(nèi)土地利用擴張的過程、動態(tài)、結構及機理；
　　采用統(tǒng)計和地統(tǒng)計方法提取規(guī)則，同時結合空間分析認識確定限制條件，采用元胞自動機方法對南屯礦區(qū)土地利用變化進行模擬，首先根據(jù)已有數(shù)據(jù)對模型進行精度檢驗，表明模擬結果的數(shù)量精度以及空間相似度都能較好的反映實際情況，然后模擬了研究區(qū)2017年土

4、地利用狀況并對其變化趨勢進行分析。
　　通過上述靜態(tài)數(shù)學模型定量描述評價與地球信息科學技術時空動態(tài)分析相結合的步驟分析了1987~2007年南屯礦區(qū)土地利用變化過程，總結了南屯礦區(qū)在這20年間土地利用時間、空間變化總體趨勢以及空間圈層結構變化，并預測了未來變化趨勢。研究區(qū)基礎設施建設用地增長迅速，尤其是在礦區(qū)1997~2007年擴大再生產(chǎn)階段，其中生產(chǎn)建設用地在各圈層中都在增長，礦區(qū)采空塌陷“迫使”生產(chǎn)建設用地逐步向礦區(qū)邊緣推移，

5、形成新的居民聚集區(qū)域，這就使得生產(chǎn)建設用地的距離譜曲線由單峰態(tài)逐步轉變?yōu)殡p峰態(tài)；采煤活動導致的采空塌陷現(xiàn)象嚴重，20年內(nèi)塌陷地面積擴大了3.35倍，并“逼迫”其他用地類型向礦區(qū)邊緣方向發(fā)展，使得礦區(qū)中心3000米范圍內(nèi)土地利用變化極不穩(wěn)定；當?shù)厣鷳B(tài)重建工作初見成效，塌陷地面積擴張呈減小趨勢，礦區(qū)中心3000～4000米處分界線差距變小，用地類型結構開始趨于合理化與均衡化。
　　在系統(tǒng)闡述地理模擬系統(tǒng)、元胞自動機的基礎上，詳細論述了

6、本次研究所用模型方法。同時采用基于數(shù)學統(tǒng)計的馬爾可夫預測方法以及元胞自動機預測方法對研究區(qū)2007、2017年土地利用情景進行預測，并利用2007年模擬結果與實際情況對比分別進行精度分析。由預測結果與實際值對比(表4-12)可知，馬爾可夫定量預測總體精度為84.9292％，元胞自動機模擬的總體精為81.5357％(Overall Accuracy=(10629/13036))，Kappa系數(shù)為0.6609。兩者基本都能夠較好的模擬礦區(qū)土