土地利用變化是一個長期的過程,同時具有一定的復(fù)雜性。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移矩陣方法只能在兩期土地利用數(shù)據(jù)之間相互比較而不能總結(jié)長期整體的變化規(guī)律,頻繁項集不能導(dǎo)出變化序列。針對這些方法的不足,本文提出了基于序列模式的土地利用變化序列分析模型。首先給出土地序列數(shù)據(jù)庫的定義,然后根據(jù)土地序列數(shù)據(jù)實際特點和垂直格式的序列模式SPADE算法,給出土地變化序列模式的計算過程和方法。在以中國廣西為實例的研究中,計算了1970s—2015年共7期22種二級土地利用類型的變化序列。研究區(qū)土地利用變化主要發(fā)生在林地之間,部分林地轉(zhuǎn)換為廠礦、采石場、交通道路等建設(shè)用地類型;城鎮(zhèn)用地主要由旱地和水田轉(zhuǎn)換而來;在研究期內(nèi)沒有任何一個土地單元轉(zhuǎn)化成水田。 

【文章來源】：自然資源學(xué)報. 2020,35(05)北大核心CSSCICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

土地序列數(shù)據(jù)庫生成

對于圖2中所示的垂直數(shù)據(jù)庫，首先要構(gòu)建長度為1的序列的id-list表，1序列的idlist表由每個土地利用項出現(xiàn)的土地單元和出現(xiàn)土地利用單元時期事件構(gòu)成。在1序列的基礎(chǔ)上，利用并運算“∨”生成2序列的id-list表，例如圖2中a,b是兩個1-序列，則它們的組合a∨b=<{a,b},{ab},{b,a}>，由于土地利用變化過程中，任何一個土地單元都不可能同時存在兩種土地利用類型，所以a∨b=<{a,b},{b,a}>。土地利用變化序列模式比頻繁模式更能精確地體現(xiàn)土地利用變化的序列特點。以b,c是兩個1-序列生成2-序列為例，頻繁項集會生出支持度為0.5的頻繁項集<b,c>，然后生成b→c,c→b兩條序列，支持度也都為0.5，根據(jù)圖2和序列模式定義可知，序列b→c的支持度為0.33，序列c→b的支持度為0.2，更符合土地利用變化的實際。而3序列的id-list表由2序列的id-list表生成，根據(jù)定義，只有共享前綴的2序列項才能進行時態(tài)連接，如圖2中<a,b>能與<a,c>連接，而不能與<c,d>連接。<a,b>與<a,c>進行連接得到<a,bc>、<a,b,c>或<a,c b>，根據(jù)土地利用變化特點，不會在同一時期存在{bc}兩種類型，所以連接結(jié)果為<a b,c>和<a,c,b>，序列<a,b,c>代表了一種土地利用變化序列<a→b→c>。為了挖掘盡量多的序列模式，本文把最小支持度設(shè)為0，具體的計算過程總結(jié)如圖2。(1）把土地利用變化序列數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)化為垂直表示格式的id-list表。

本文首先做出了研究區(qū)所有相鄰兩期的二級土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣。轉(zhuǎn)移矩陣在兩期之間的轉(zhuǎn)換計算和量化方面非常清晰，但并不能完整地求出多期長序列變化。利用提出的方法，分別對廣西土地利用7期數(shù)據(jù)進行了7種項集種類的序列模式分析。在1970s—2015年間，共有15569個土地單元有土地利用類型變化，占全區(qū)土地的6.58%，并沒有發(fā)生土地利用類型變化的占93.42%，研究土地利用類型變化序列只在發(fā)生了土地類型的變化數(shù)據(jù)中進行。在圖4的1-序列計算結(jié)果中，支持度前5的分別是{有林地}、{其他林地}、{疏林地}、{高覆蓋度草地}和{旱地}，支持度分別為0.5109、0.3810、0.2333、0.2101和0.1718。支持度和排序與頻繁項集分析一致。依據(jù)定義可知，1-序列支持度高，說明它們在長期的土地利用變化中變化比較頻繁，參與變化其他土地利用類型的比例高，是長期土地利用變化的主要類型，在土地利用變化2-序列和3-序列等序列中也會是主要的變化參與類型。支持度高說明在廣西近35年的土地利用變化單個類型中，變化最大的是有林地，其次是其他林地，幾種林業(yè)用地變化活躍。在2-序列中，支持度前4的分別是{有林地,其他林地}、{其他林地,有林地}、{疏林地,有林地}和{高覆蓋度草地,有林地}，其中支持度最高的2-序列{有林地,其他林地}的支持度為0.2040，說明在近35年廣西土地利用類型有變化的土地單元中，有20.4%的土地單元變化是由有林地變化成其他林地。2-序列{其他林地,有林地}說明在近35年廣西土地利用類型有變化的土地單元中，又有6.99%的土地單元變化從其他林地變化成了有林地，有林地與其他林地的相互轉(zhuǎn)換較為頻繁，這條序列在頻繁項集分析中是無法實現(xiàn)的。{有林地,其他林地}和{其他林地,有林地}兩種2-序列的支持度之和與頻繁項集2-項集{其他林地，有林地}相等，證明了計算方法的正確性，同時又能挖掘出頻繁項集不能挖掘的軌跡轉(zhuǎn)換。在廣西近35年的土地利用中，由于鼓勵桉樹等成片有林地的種植，把郁閉度為10%～30%的疏林地以及覆蓋度>50%的高覆蓋度草地種植成了用材林和經(jīng)濟林。在城鎮(zhèn)化過程中，為了滿足城鎮(zhèn)人口增長及城市擴張等需求，需要將其他土地類型轉(zhuǎn)換成城鎮(zhèn)用地。2-序列{旱地,城鎮(zhèn)用地}和{水田,城鎮(zhèn)用地}的支持度分別為0.0283和0.0234，兩個2-序列的支持度排序分別為9和12，說明城鎮(zhèn)用地也是一種比較主要的土地利用轉(zhuǎn)化類型，也說明廣西近35年的城鎮(zhèn)化建設(shè)比較活躍。結(jié)合序列模式的時序特點，說明廣西城鎮(zhèn)用地主要由旱地和水田、高覆蓋度草地轉(zhuǎn)換而來。由于廣西以水稻為主要糧食作物，出于人口需求與糧食安全的需要，城鎮(zhèn)用地的轉(zhuǎn)換相對較多地源于旱地。農(nóng)田開發(fā)為城鎮(zhèn)用地后，難以恢復(fù)為原質(zhì)量耕地，因此廣西城鎮(zhèn)用地主要由旱地和水田單向轉(zhuǎn)換而來且不能相互變化。{旱地,有林地}的支持度為0.0167，說明廣西有改變耕地用途、發(fā)展桉樹等有林地行為�？紤]到這一特性，要求廣西各級政府切實保護耕地，未經(jīng)批準不能改變土地用途，加強用地評價和建設(shè)項目選址，減少對耕地特別是優(yōu)質(zhì)農(nóng)田的侵占，嚴格落實占一補一、占優(yōu)補優(yōu)、占水田補水田的要求。

【參考文獻】：
期刊論文
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