摘要近年来,随着西部大开发战略的深入实施,中国西部地区加速发展,高原山地城市扩展速度突飞猛进.如何兼顾城市扩展带来效益,同时保证在生态文明的视角" />
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[免费论文]探究探究城市空间扩展模式进行定性定量和模拟预测
2020-05-28 19:00编辑: www.jxszl.com景先生毕设
摘要近年来,随着西部大开发战略的深入实施,我国西部地区加速发展,高原山地城市扩展速度突飞猛进.如何兼顾城市扩展带来效益,同时保证在生态文明的视角充分利用土地资源,实现高原山地城市建成区可持续发展,已经成为近年来关注的重点.对城市建成区扩展速度和 更多精彩就在： 51免费论文网|www.jxszl.com
进程的预测是防止城市蔓延的重要管理依据,同时对城市扩展进行定量耦合剖析是预防城市用地效率低和文明程度不够的重要保证.本文以地处高原山地地形为主的大理市作为典型案例,从土地集约度和生态文明的角度对城市空间扩展模式进行定性.定量和模拟预测剖析探究,保证大理市生态文明的前提下,满足城市可持续发展.在大理市自然地理特征基础上,本文从城市生态文明保护的视角对大理市城市扩展空间格局加以探究剖析,为大理市城市扩展提供基础,接着从扩展形态扩展结构.扩展强度.扩展方向等角度对大理市城市扩展空间的演变和趋势加以剖析,并预测大理市城市扩展的合理性.探究结论主要有以下几点：(1)对大理市城市扩展与生态文明以及土地集约度之间的关系加以衡量发现,大理市城市扩展未完全满足生态文明以及土地集约地要求,在城市扩展过程中应当加以预测和规划.在充分考虑生态文明和土地集约度的基础上,针对大理市城市扩展提供预测方案.(2)对2000~2015年期间大理市城市建成区范围进行提取,利用RS数据融合和GIS挖掘技术,采用城市建成区空间扩展指数模型.凸包理论.分形维数剖析.紧凑度剖析方法,挖掘大理市城市空间扩展的演变过程和趋势,揭示大理市城市扩展的时空演变特征,发现大理市城市扩展趋势为首先高速发展,然后度逐渐放缓,城市扩展以外部扩展为主.(3)在多种城市建成区扩展模拟和预测方法中,融合权重指标赋值法的元胞自动机-马尔科夫链(CA-Markov)模型,已成为城市建成区扩展预测的重要方法揭示城市建成区扩张的基本特征和规律.该模型对指标权重的赋值方法较为敏感,以往的单一指标赋值法,如专家知识决策的层次剖析法(AHP)存在主观性过强等问题,影响了城市建成区扩展预测的精度和可信度.为此,本探究提出整合传统权重赋值法的AHP和Logistics的模型改进CA-Markov模型.探究选择云南省大理市为案例,依据2000.2005.2010和2015年城市建成区空间扩展四期历史数据,对2020.2030年的城市建成区扩展进行模拟和预测,最后将模拟结果与实际城市建成区扩展图进行对比及进行Kappa验证.探究结果表明：①Kappa指数可达到96.8%,预测结果与实际的城市建成区扩展情况有较好的一致性.②大理市的城市建成区扩展均表现为继续向外扩展,以东南.西北方向和两片建成区之间为主要扩展方向.探究提供了组合权重赋值法改进CA-Markov模型,这将为规划者和决策者在未来可持续城市规划的发展中提供强有力的支持.(4)城市可持续性发展是可持续发展的重要组成部分.生态.合理性是实现城市可持续发展的重要前提和基本途径,但目前仍然只是区域性的城市可持续性目标分解方案,缺乏普适性.本探究在系统梳理城市扩展与生态文明.土地集约度的耦合协调度概念的基础上,压力-状态-响应(PSR)模型,从生态文明和土地集约度两个方面,构建了一个具有鲜明的区域生态持续性和合理性评价概念模型,并对模型的指标选取以及利用定量的熵值法和定性的专家知识决策融合的基本评价方法,对生态文明和土地集约度的阈值进行综合评定和深入的探究,按照现有的耦合性对2020及2030年的城市扩展进行剖析.探究认为：到目前为止,城市扩展与生态文明和土地集约度的耦合协调度为中度协调发展,在理想的条件下,城市扩展较为合理,但是还有很大的可治理空间.关键字：城市扩展模拟预测；CA-Marvkov模型；PSR模型；耦合协调性AbstractInrecentyears,alongwiththein-depthimplementationofthestrategyforthegreatdevelopmentofthewesternregionandtheaccelerateddevelopmentofthewesternregionofChina,theexpansionofplateaumountaincitieshasbeenadvancingbyleapsandbounds.Ifwetakeintoaccountthebenefitsofurbanexpansionwhileensuringthefulluseoflandresourcesintheecologicalcivilizationpointofview,toachievethesustainabledevelopmentofbuilt-upplateaumountainouscitieshasbecomethefocusofattentioninrecentyears.Predictionofthespeedandprogressofurbanbuilt-upareasisanimportantmanagementbasistopreventthespreadofcities.Atthesametime,thequantitativecouplinganalysisofurbanexpansionisanimportantguaranteetopreventinefficientandcivilizedurbanlanduse.Inthispaper,DaliCityislocatedintheplateaumountainousregionasatypicalcase,fromtheperspectiveoflandintensiveandecologicalcivilization,qualitative,quantitativeandsimulationanalysisofurbanspatialexpansionmodelistoensurethattheecologicalcivilizationofDaliCityunderthepremiseofmeetingthecitysustainabledevelopment.AccordingtothecomplicatednaturalgeographicalfeaturesofDaliCity,fromtheperspectiveofmaintainingtheecologicalcivilizationofthecity,thispaperconstructsthespatiallayoutofurbanspaceinDaliCityasthemainbasisfortheurbanexpansioninDaliCity.Fromtheperspectiveofexpandingstrength,expandingdirectionandexpandingAndstructureofurbandevelopmentinDaliCity,theexpansionofurbanspatialevolutionandcharacteristicsofthechanges;andpredicttherationalityofurbanexpansioninDaliCity.Themainconclusionsofthestudyareasfollows:(1)FromtheanalysisoftherelationshipbetweentheurbanexpansionofDaliCityandthedegreeoflandintensivenessandecologicalcivilization,thecurrenturbanspaceexpansionmodeisnotentirelyconducivetothelandintensiveandecologicalcivilizationinDaliCityandneedstobepredictedandplanned.Withlandintensiveandecologicalcivilizationasthemainbasis,thepaperproposesthepredictionschemeofDalicityspaceinthefuturesuchastheexpansionofcompactness.(2)Theurbanbuilt-upareaofDaliCitywasextractedfrom2000to2015.UsingRSdatafusionandGISminingtechnology,thespatialexpansionindexmodelofurbanbuilt-uparea,convexhulltheory,fractaldimensionanalysisandcompactnessanalysismethodwereusedtoanalyzetheurbanareaExpandingandchangingcharacteristicsofDaliCity,revealingthespatiotemporalevolutionofurbanexpansioninDaliCity.ItshowsthattheurbanexpansiontrendofDaliCityfirstlydevelopsatahighspeed,andthenthespeedgraduallyslowsdown,andtheexternalexpansionofurbanexpansionisdominated.(3)CA-Markovmodel,whichintegratesweightedindexassignmentmethod,hasbecomeanimportantmethodtopredicttheexpansionofurbanbuilt-upareasinavarietyofurbanbuilt-upareasimulationandpredictionmethods.Expansionofthebasiccharacteristicsandlaws.Themodelismoresensitivetothemethodofindexweightassignment.Theformersingleindexassignmentmethod,suchasthesubjectivityofanalytichierarchyprocess(AHP)inexpertknowledgedecision-making,affectstheaccuracyandcredibilityoftheextendedpredictionofurbanbuilt-upareas.Tothisend,thisstudyproposestoimprovetheCA-MarkovmodelbyintegratingAHPandLogisticsmodelsbasedonthetraditionalweightedassignmentmethod.Basedonthehistoricaldataoffourstagesofurbanexpansionin2000,2005,2010and2015,thestudyselectedandsimulatedtheexpansionofurbanbuilt-upareasin2020and2030.Finally,thesimulationresultswerecomparedwiththeactualurbanBuilt-upareaexpansionmapforcomparisonandKappaverification.Theresultsshowthat:①Kappaindexcanreach96.8%,thepredictionresultisingoodagreementwiththeactualexpansionofurbanbuilt-uparea.(2)Theexpansionofurbanbuilt-upareasinDaliCitycontinuedtoexpandoutward,withthesoutheastandnorthwestdirectionsasthemainexpansiondirectionsbetweenthetwobuilt-upareas.ThestudyprovidesaportfolioweightassignmenttoimprovetheCA-Markovmodel,whichwillprovidestrongsupportforplannersanddecisionmakersinthefuturedevelopmentofsustainableurbanplanning.(4)Urbansustainabledevelopmentisanimportantpartofsustainabledevelopment.Ecologyandrationalityaretheimportantpreconditionsandbasicwaystorealizethesustainabledevelopmentofthecity.However,itisstillonlyaregionaldecompositionplanofurbansustainabilitygoal,whichlacksuniversality.Thisresearchsystematicallycombsurbanexpansionandecologicalcivilization,Basedontheconceptofpressure-state-response(PSR),aconceptofregionalecologicalsustainabilityandrationalityhasbeenconstructedfromtwoaspectsofecologicalcivilizationandlandintensivedegreeModelandevaluationofthemodel,theselectionofthemodelindicatorsandtheuseofquantitativeentropymethodandqualitativeevaluationofexpertknowledgefusionbasicevaluationmethodofecologicalcivilizationandlandintensivedegreethresholdforcomprehensiveevaluationandin-depthdiscussion,accordingtotheexistingThecouplinganalyzestheurbanexpansionin2020and2030.Thestudyshowsthat:untilnow,thecouplingcoordinationbetweenurbanexpansionandecologicalcivilizationandlandintensivenessismodestandcoordinateddevelopment.Undertheidealconditions,urbanexpansionismorereasonable,butthereisstillalotofmanageablespace.Keywords:urbanbuilt-upareasimulationandpredictionmethods;CA-Markovmodel;pressure-state-response(PSR)model;thecouplingcoordination目录第一章前言1.1探究时代1.1.1高原山地开发建设的需求城市蔓延的预防将有效保障高原山地的开发建设,为切实有效的做到城市蔓延预防,就必须对高原山地城市建成区扩展的空间变化加以掌握,对扩展过程趋势以及速度加以预测,并对高原山地城市建成区扩展的未来影响加以剖析.山地是地形的主要表现形式之一,国土面积中有一半以上都是山地面积,云南省就是山地地形的典型省份,其位处云贵高原,土地面积的百分之九以上属于山地面积.复杂的地貌是山地地形的主要特征,再加上云南省处于云贵高原,其山地地形还具有海拔高等特征,这对城市开发建设造成一定的挑战.着社会的不断发展以及经济水平的不断提高,城乡建设用地需求日渐增长,在云南省坝区资源有限的前提下,必然需要对山地加以开发建设,以此满足人类社会发展需求.但是在山地开发建设过程中,城市开发建设与生态文明以及土地集约度的关系还不和谐,土地开发和保护.社会需求和土地供给之间存在一定的矛盾.为实现高原山地城市的可持续发展,必须对城市的空间结构.扩展趋势.扩展影响等加以探究剖析,协调城市开发建设与生态文明以及土地集约度之间的关系.随着背景的高速发展,信息技术在社会发展中发挥越来越重要的作用,高原山开发建设中逐步引进山地数字信息化平台,通过遥感技术以及虚拟现实等技术城市开发建设提供支撑.1.1.2高原山地城市空间扩展的需求高原山地开发建设的土地有限,环境脆弱,地貌条件复杂,地形起伏高差大,自然及突发性灾害威胁的束缚,城市建成区开发建设相对难度大[1-2].高原山地城市由于其特殊地形,扩展模式与其它地区扩展有差别.进入21世纪以来,随着全球城市化的推进,我国处于快速城市化进程驱动的城市空间扩展阶段.我国统计年鉴数据显示,我国正处于快速城市化发展阶段,城镇人口由2000年的4.59亿提高到2015年7.67亿,我国城市化水平由2000年的36.22%提高到2015年的56.1%.城市化需要占用更多的土地,为了避免土地浪费,防止城市蔓延,防止生态环境恶化,土地利用结构失衡.土地资源衰竭等负面影响[3-4].因此,在高原山地城市快速发展的趋势下,需要进行城市扩展的科学管控,使高原山地城市扩展做到可持续发展.1.1.3高原山地生态环境保护的需求自然生态环境是人与环境和谐相处的物质条件,它是一把双刃剑.在今天社会经济的发展中,自然生态环境要既满足社会经济发展需要的同时又满足人类社会的可持续发展.如果人类对环境.资源过度利用,超出环境的承载力,引发环境的一系列问题,将威胁到人与自然的可持续发展.云南省地处西部,属于高原山地地形,其资源丰富.环境优越并且生态稳定,在自然生态环境上具有一定的优势.为保证生态.资源和环境的优势,促进高原山地可持续发展,实施西部大开发战略,致使高原山地开发建设力度逐渐增大.而由于高原山地的地形.海拔等自然环境的复杂性,其生态系统非常脆弱,如坍塌.滑坡.泥石流等自然灾害易发生.如何做到人与环境和谐共处是现在开发高原山地地区迫切要解决的问题.1.2探究意义本文以2015年大理市辖区的建设用地作为探究对象展开建设用地扩展变化.模拟预测及效应剖析,其目的有,一方面通过运用2000.2005.2010.2015年四期遥感解译数据剖析大理市建设用地扩展情况,掌握其时空变化规律,为控制建设用地的无序蔓延提供合理的依据.另一方面改进的CA-Markov模型,剖析建设用地变化的影响因素,通过制定转移规则模拟大理市2020年.2030年城市扩展建成区图,并对预测结果进行剖析,得到大理市2020年.2030年建设用地的变化情况,以期为政府制定发展规划提供参考.再一方面PSR模型的生态文明和土地集约度指标评价体系的城市扩展紧凑度剖析,为政府制定新一轮的城市规划提供决策支持作用.1.如何有效地评估城市发展水平及城市空间格局变化,对城市规划.管理.建设等具有重要的导向意义.本文选取的大理城市建成区为探究对象,可以很好地反映一个城市在一定时期内建设用地数量及空间分布状况；对建成区的探究,对于城市规划.产业布局.功能定位具有决策支持作用.2.改进的CA-Markov模型作为能够更精确地从数量上预测建设用地规模和从空间上模拟建设用地位置的模型,对促进城市建设用地扩展具有非常重要的意义.3.预防城市蔓延,从更加合理的角度规划城市扩展,在生态文明以及土地集约度两大要求之下,运用PSR模型针对生态文明建设以及土地集约利用建立综合评价体系①改善城市建设土地粗放现状,全面系统的掌握土地资源现状,对土地结构和布局加以优化调整,加快城市土地资源的合理开发和利用,提高土的综合利用效率.对指导未来大理市城市规划中生态环境保护和土地集约利用实践,衡量地方土地管理具有重大意义,对预防城市蔓延具有重要作用；扩大城市建设土地的供应量,协调城市建设土地与生态文明的关系,降低生态成本,提高生态效益,发挥出城市建设土地的最大化作用,加快城市生态集约发展,保证城市的可持续发展.②为生态文明建设以及土地集约利用提供政策规划依据,政府在针对生态文明建设以及土地节约利用制定管理决策系统时将更加科学合理.在生态文明建设以及土地节约利用上,本文建立相应的体系,可以为本辖区城市扩展中生态文明建立和土地集约利用总体规划和城市规划提供参考.[由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接]1.3文献综述1.3.1高原山地城市空间扩展特征剖析1.3.2空间扩展预测模型1.3.3城市扩展耦合关系剖析1.3.4当前探究存在的特点及缺陷1.4探究内容和技术路线1.5论文组织结构：第二章城市扩展特征.预测及效应方法2.1城市扩展相关理论2.1.1城市扩展时空特征剖析2.1.2城市空间形态及结构变化剖析2.2城市扩展预测相关理论2.2.1多准则评价方法(MCE)2.2.2AHP的指标权重模型2.2.3Logistics的指标权重模型2.2.4整合的Logistics和AHP指标权重模型2.2.5CA-Markov模型2.2.6确定起始时刻和CA循环次数2.3城市扩展紧凑度与生态文明.土地集约度耦合协调理论2.3.1指标选择的方法2.3.1指标体系构建2.3.2城市扩展紧凑度与生态文明.土地集约度耦合协调度计算第三章城市建成区扩展剖析3.1大理市城市现状3.1.1区位剖析3.1.2自然地理概况3.1.3人口社会经济概况3.2数据来源3.3数据处理3.3.1遥感数据的处理3.3.2预测的影响因素数据处理3.3.3数据格式转化3.4城市扩展时空特征剖析3.4.1城市扩展强度剖析3.5城市空间形态及结构变化剖析3.5.1城市空间紧凑度剖析3.5.2城市空间分形维数剖析3.5.3城市空间扩展类型演变剖析第四章整合指标权重的CA-Markov城市建成区扩展预测模型4.1指标权重的确定4.1.1AHP的指标权重模型4.1.2Logistics的指标权重模型4.2城市建成区扩展的适宜性评价4.2.1城市建成区适宜性评价及指标权重对比4.2.2城市建成区扩展适宜性图集4.2.3结果及剖析4.3模型验证与相对精度检验结果第五章高原山地城市扩展的效应剖析5.1评价指标选取原则5.2大理市城市扩展的效应剖析5.2.1城市扩展的紧凑度对城市扩展后的效应剖析5.2.2城市扩展的紧凑度对城市扩展后的效应的耦合协调度评价第六章结论与展望6.1探究结论本探究高原山地地形为主的大理市建成区扩展.由于高原山地城市的特殊地形及环境,在我国加快推进就地就近城镇化战略的时代下,把握小城镇城市建成区扩展变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化城市空间结构具有重要意义.本文主要以大理市建成区为探究对象,数据源分别是2000年LandsatETM+7影像空间分辨率为30m数据,2005年IKONOS影像空间分辨率为0.6或1m数据,2010年RapidEye影像空间分辨率为5m数据,2015年遥感影像采用第一次全国地理国情时点更新数据,影像空间分别率为1或2m的影像数据为数据源,利用目视解译方法,提取城市建成区边界,得到城市空间扩展的规律；并建立改进的CA-Markov模型预测城市2020年和2030年建成区面积；并剖析城市扩展紧凑度的效应,建立PSR模型定量剖析生态文明建设和土地集约利用下的城市扩展.通过剖析,得到以下几点结论：(1)大理市城市建成区扩展强度在云南省城市中处于前列,在监测年份期间2010~2015年达到峰值,之所以出现这样的情况主要在于西部大开发战略的实施以及云南省桥头堡战略的实施,大批的项目落户大理,政府为此提供大量的建设用地加以保障.省政府在大理召开专题会议强调开发大理市,努力把大理市建设成滇西地区辐射面广.带动性强.影响力大的中心城市,为全省可持续发展作示范作用.(2)从大理市扩展方向分异剖析发现,大理市主要扩展方向包括的大理镇(西南向).下关镇(南向).凤仪镇(东和东南向),其中大理镇是大理风景区,并且属于国家历史文化名城,其主要发展第三产业,包括旅游.工艺品.食品.轻手工业等,除此之外,大理镇还是大理教育.科技等事业的基地.随2000-2010年的发展已经将大理镇建设成为集旅游.商业等综合性的城区；但随着2009年保护海西优质农田,开发凤仪和海东片区的城镇上山政策的提出,海东片区的凤仪镇作为大理市城市发展的主要趋势,国家级大理经济技术开发区(山地新区.凤仪片区.上登片区.红山综合物流园区)等的引入.东南和东向的发展成为大理市城市扩展的主要方向.下关镇作为大理白族自治州的州政府和市政府驻地,成为了大理市的城区扩展主要方向,随着大理州城镇上山政策施行,大理州的发展从大理镇为主的海西坝区转移到以下关.海东镇为代表的山地区域.政策的引导.企业的入驻推动了大理白族自治州大理市的快速发展.另外,洱海自然景观带动了沿环洱海的别墅区.旅游.工艺.居住等综合性的城市景观.通过扩展紧凑度.分形维数和凸包理论三个指标首先从全局的角度剖析云南省建设用地空间形态及结构变化剖析,然后具体描述大理市的情况.云南省空间紧凑度中大理市紧凑度最低,由于大理城市边界中包含两块建成区,它们距离较远,紧凑度代表了城市聚集程度,说明大理市应该加强规划,以防止城市蔓延.云南省大部分地区分形维数大于1.5,说明云南省城区形态比较复杂.因为云南省属于高原山地地区,海拔高,地形和自然因素复杂多样.从云南省的扩展类型可以发展,云南省以外延扩展类型为主,所以应该加强管理城市建设,以防止城市蔓延.(3)本文采用三种不同的指标权重改进传统CA-Markov模型,模拟复杂城市动态演变,其中,整合Logistics和AHP模型改进CA-Markov模型,它既满足Logistics模型的定量化影响因素的优点,又继承了AHP专家知识决策,定性化的特点.采用整合指标权重模型,在状态转换规则中集成了空间约束条件.限制条件,比传统的单一赋值CA模型在模拟城市建成区扩张变化方面具有更多的优势.结果表明,CA-Markov模型以及整合的指标权重方法是较为合理且有效的模拟城市建成区扩展演化的手段.本探究采用点对点验证.城市面积对比.Kappa系数三种方法检验模型精度,结果证明了,整合的AHP和Logistics改进CA-Markov模型避免了主观和客观单独操作的不足,模拟精度较高.但对于该模型在其他探究领域的适用性还需要进一步的验证.(4)本文剖析了高原山地城市扩展探究的必要性和紧迫性,城市扩展面临的问题及挑战.在剖析国内外城市扩展效应剖析中,可以发现生态文明和土地集约利用是城市扩展探究的基础.并根据大理市实际情况,将城市扩展与生态文明土地集约度结合起来,挖掘生态文明和土地集约利用的意义,为两者的理论探究打下基础.本文在剖析影响城市生态文明和土地集约利用水平因素的基础上,借鉴国内外已有的生态文明和土地集约度的评价指标体系,建立生态文明和土地集约利用评价指标体系.体系中生态文明包括16个指标因子,土地集约度包括13个指标因子.以大理市城市建成区作为实例剖析,利用城市扩展预测的城市扩展建区边界计算城市紧凑度,以及利用城市扩展紧凑度和土地集约度.生态文明之间的耦合协调关系预测生态生态文明和土地集约度.为城市规划提供理论和现实意义.6.2探究展望城市扩展是一个复杂的过程,其空间扩展演变受多因素综合作用的影响,所以扩展过程具有不确定性.元胞自动机模型空间运算能力较好,在城市扩展模拟探究中取得了很多成果.论文改进的CA-Markov模型进行大理市城市建成区模拟,取得一些有意义的成果.但仍然有不完善的地方需要进一步探究：(1)CA-Markov模型在运用过程中需要充分考虑到微观.区域以及宏观三个方面,本文在探究过程中侧重于微观以及区域,对宏观影响因素的探究剖析不足如GDP.人口.政府等影响因素,未来探究中应当将宏观引入其中,保证模型的合理性.(2)转换条件的科学性有待提高.当前土地转换适宜性图集在模拟过程中必须保证状态的平稳,当城市扩展用地处于动态调整时,模拟难以体现出来,这与实际需求还存在一定的偏差.改进的CA-Markov模型,进一步提高了元胞自动机-马尔科夫链模型模拟效率.但是此模型在动态时间序列变化方面存在不足.如何在未来探究改进的CA-Markov模型,为动态预测将来的城市变化,仍然是后续探究的一个重要内容.(3)评价体系层次不完善.对于城市生态文明以及土地集约利用应当对宏观.中观以及微观三个角度出发,当前的评价仅涉及到微观层次而尚未将宏观和中观评价纳入其中,后续的探究应当实现评价体系的完整.(4)评价标准不完善.本文所采用的评价标准是依据国家标准等所制定,并不能完全适用于所有用地.在从城市扩展紧凑度的角度探究剖析生态文明和土地集约利用时,探究的数据量有限并且评价指标的合理性还需要进一步商榷.致谢参考文献[由于硕士论文篇幅较长,此页面不展示全文,如需全文,请点击下方下载全文链接]
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