基于元胞自動(dòng)機(jī)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(shí)空動(dòng)態(tài)變化過程。礦山作為人類工程活動(dòng)對地質(zhì)影響最為強(qiáng)烈的環(huán)境之一，其土地利用變化以及擴(kuò)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(gè)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(yīng)用入手，介紹了現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對地理學(xué)發(fā)展的新要求推動(dòng)了傳統(tǒng)描述性地理學(xué)發(fā)展以地球信息科學(xué)為代表的現(xiàn)代地理

2、學(xué)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(dòng)機(jī)的基本概念，并介紹了元胞自動(dòng)機(jī)與地理網(wǎng)格系統(tǒng)的相似性，說明了其在地理學(xué)中的適用性。
　　根據(jù)國家頂級驅(qū)動(dòng)力決定根本驅(qū)動(dòng)力推動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)力(人口、經(jīng)濟(jì)等)驅(qū)動(dòng)土地利用變化理論，研究時(shí)段選擇從我國社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)體制改革時(shí)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(shí)際情況在前人研究的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行重分類；
　　運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)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(yùn)用基于地學(xué)信息圖譜理論的地球信息科學(xué)技術(shù)手段分析研究時(shí)段內(nèi)南屯礦區(qū)土地利用時(shí)空格局演化及其空間圈層結(jié)構(gòu)變化，總結(jié)研究區(qū)內(nèi)土地利用擴(kuò)張的過程、動(dòng)態(tài)、結(jié)構(gòu)及機(jī)理；
　　采用統(tǒng)計(jì)和地統(tǒng)計(jì)方法提取規(guī)則，同時(shí)結(jié)合空間分析認(rèn)識確定限制條件，采用元胞自動(dòng)機(jī)方法對南屯礦區(qū)土地利用變化進(jìn)行模擬，首先根據(jù)已有數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行精度檢驗(yàn)，表明模擬結(jié)果的數(shù)量精度以及空間相似度都能較好的反映實(shí)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(jìn)行分析。
　　通過上述靜態(tài)數(shù)學(xué)模型定量描述評價(jià)與地球信息科學(xué)技術(shù)時(shí)空動(dòng)態(tài)分析相結(jié)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(jié)了南屯礦區(qū)在這20年間土地利用時(shí)間、空間變化總體趨勢以及空間圈層結(jié)構(gòu)變化，并預(yù)測了未來變化趨勢。研究區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地增長迅速，尤其是在礦區(qū)1997~2007年擴(kuò)大再生產(chǎn)階段，其中生產(chǎn)建設(shè)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(shè)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(shè)用地的距離譜曲線由單峰態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殡p峰態(tài)；采煤活動(dòng)導(dǎo)致的采空塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重，20年內(nèi)塌陷地面積擴(kuò)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(dāng)?shù)厣鷳B(tài)重建工作初見成效，塌陷地面積擴(kuò)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(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了

6、本次研究所用模型方法。同時(shí)采用基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的馬爾可夫預(yù)測方法以及元胞自動(dòng)機(jī)預(yù)測方法對研究區(qū)2007、2017年土地利用情景進(jìn)行預(yù)測，并利用2007年模擬結(jié)果與實(shí)際情況對比分別進(jìn)行精度分析。由預(yù)測結(jié)果與實(shí)際值對比(表4-12)可知，馬爾可夫定量預(yù)測總體精度為84.9292％，元胞自動(dòng)機(jī)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