本文關鍵詞： 城市動態(tài)擴張 CA-SVM模型 福建莆田　出處：《中國地質大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：莆田市位于海西經濟區(qū)福建省沿海福(州)-廈(門)黃金海岸線中部,自古是閩中的政治、經濟、文化中心,近年來隨著城市發(fā)展用地擴張明顯。將其作為研究對象有助于認識和理解短流域海積平原地區(qū)城市擴張的基本規(guī)律,推動城市擴張的模型研究,為理性的城市發(fā)展、合理的城市空間規(guī)劃與布局,以及城市可持續(xù)的、協(xié)調的發(fā)展政策制定提供建設性參考。本文充分運用基礎地質調查資料、遙感資料,以地理信息系統(tǒng)和遙感多學科基本理論為指導,基于支持向量機(Support Vector Machine,簡稱SVM)改進了元胞自動機(Cellular Automata,簡稱CA)模型,模擬了莆田市城市擴張的過程,研究及其與地貌、地形、地質工程條件、土地覆蓋變化、人口演化與城市用地擴張之間的關系,探討城市擴張規(guī)律,并分析了影響城市擴張的驅動因素。如何利用局部的非線性轉換規(guī)則,將自下而上的CA模型與支持向量機相互耦合以進一步提高城市擴張復雜系統(tǒng)的表達能力,是本論文構建CA-SVM模擬模型必須研究的關鍵問題。作為CA模型的核心,定義合理的轉換規(guī)則是元胞自動機CA模型能否成功的關鍵。選擇影響城市用地變化的變量,將其作為支持向量機的輸入,隨后的輸出分別與城市用地和非城市用地的轉換概率相對應,確定城市CA的非線性轉換規(guī)則,計算得出各區(qū)域空間變量對每個元胞的城市發(fā)展概率的貢獻。前期工作中通過openness可視化參數(shù)獲取的沿海地區(qū)二維地形地貌表明莆田市處于沿海盆地,根據(jù)計算流域盆地的面積-高程積分(HI值)和形成的剖面圖表明,穿過莆田市區(qū)的長樂-詔安斷裂帶附近HI值范圍在0.4-0.5之間,最高值可達0.48,與其它內陸斷裂帶HI值(0.2-0.3)相比呈明顯的高峰值,反映了該斷裂仍存在一定的新構造活動,其兩側差異隆升作用對斷裂沿線地貌影響顯著。在構建城市擴張模型過程中應考慮地貌格局對城市擴張模型的制約性,才能達到更好地模擬結果。引入基于支持向量機后構建的元胞自動機城市擴張模型(CA-SVM),模擬了莆田市1988-2014年的城市發(fā)展,取得了較理想的模擬效果。對模型模擬的精度進行檢驗采用逐點對比和總體形態(tài)評價兩種方法進行。1997年模擬的逐點對比總體精度達到85.01%,2002年模擬的逐點對比總體精度達到83.93%,2014年模擬的逐點對比總體精度達到84.58%。相比傳統(tǒng)CA模型城市用地轉變82.49%的正確率,CA-SVM模型在模擬城市用地擴張方面更具優(yōu)勢,城市用地轉變正確率達到了86.58%,能更好地模擬城市土地利用這一復雜系統(tǒng)的動態(tài)變化。對莆田市近年城市擴張規(guī)模和空間格局的變化特征進行了分析,結果表明:(1)城市用地規(guī)模與擴展速度的階段性特征明顯,城鎮(zhèn)用地空間增長也有較強的階段性特點。第一階段為1988-1997年,在這9年期間,城鎮(zhèn)用地擴張增長的速度與強度均保持在相對較低的水平;第二階段為1997-2002年,與第一階段相比城鎮(zhèn)用地增長的速度提升,但卻保持在相對穩(wěn)定的水平,擴張強度指數(shù)的提高也比較顯著;第三階段為2002-2014年,無論是從擴張速率度還是擴張強度指數(shù)上看,城鎮(zhèn)用地都處于高速增長階段的,并且增長速度還有不斷提升的態(tài)勢。(2)城市用地分布的中心從大多沿交通要道進行擴張,并且與城市所處區(qū)域的地形地貌、地質工程條件息息相關。(3)對驅動力分析結果表明,在自然地理條件適宜城市發(fā)展的前提下,社會經濟因素對城市擴張起決定性作用。自然地理因素主要包括地形、地貌、氣候、土壤、植被和水文等,是城市建設用地擴展的基礎條件,作為人類的生存環(huán)境,不僅通過影響人口的分布對城市的形成和發(fā)展具有重要影響,也決定了城市擴張的總體趨勢;經濟的高速發(fā)展、人口的增長和產業(yè)結構調整是城市空間擴張最主要、最直接的動力。論文的創(chuàng)新之處在于:(1)利用歷史遙感數(shù)據(jù)校正超平面的決策函數(shù),確定城市CA的非線性轉換規(guī)則,是采用非線性分類的支持向量機定義了CA非線性轉換規(guī)則的方法,建立了基于支持向量機的元胞自動機城市擴張模擬模型。計算出城市發(fā)展概率。(2)與以往主要從政策的控制、經濟發(fā)展的推動方面來考慮城市擴張的驅動因素不同,本文則更多地從地質背景條件、自然地理等驅動因素來討論城市用地擴張的驅動力。地質、地形地貌、水資源和工程地質條件是城市擴張的物質基礎和限制因素。因此必須考慮地自然驅動因素對城市未來擴張規(guī)劃的適宜性。將自然因素與社會要素(城市人口增長、社會經濟發(fā)展、產業(yè)結構調整和重要的政策定位)綜合考慮才能更好都建立城市發(fā)展的動力學模型。(3)莆田市城市發(fā)展存在階段性特征、城市用地分布的中心呈現(xiàn)點-軸模式,受制于區(qū)域的地形地貌、地質工程條件。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P237;TU984.113

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