基于空间自相关的东莞市主体功能区划分

中国“十一五”规划纲要明确提出,根据资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力,统筹考虑未来中国人口分布、经济布局、国土利用和城镇化格局,将国土空间划分为优化开发、重点开发、限制开发和禁止开发四类主体功能区。至今已有不少学者开展主体功能区划分研究,但所用方法工作量大,或带有一定的主观性,且未考虑同类功能区集聚或分散程度。因此提出利用遗传算法改进传统聚类方法,自动划分主体功能区,在划分过程中考虑区域的全局空间自相关特性,使同类功能区在空间上呈集聚分布的格局。以近年来城市快速扩张的东莞市为例,验证了此方法的可行性,能简单有效地进行主体功能区划分。与常用的K-means聚类方法相比,新方法划分结果更符合实际情况,能进一步推广应用到其它地区的主体功能区划分。     

湖北省城乡建设用地城镇化率及其影响因素简

针对中国城镇化进程中城乡建设用地结构不合理的问题,提出了表征城乡建设用地结构的土地城镇化率,并以人口城镇化率为基础结合城乡用地水平构建了其理想值,借助Logistic城镇化过程模型分析了土地与人口城镇化率之间的动态耦合关系。以湖北省为例进行理论验证,根据理想值对各区县进行了城乡建设用地结构的合理性评价,并从社会经济和地理空间两方面分析了其影响因素。结果表明,非农产业比重、人口城镇化率和地形条件是土地城镇化率的主要影响因素,同时基于空间自相关性的热点分析表明,土地城镇化热点地区周围的土地城镇化率往往偏高。因此,可依据产业结构、城镇化水平、地形条件等因素制定差别化的城乡用地政策,并借助空间分析手段识别重点监控区域,提高决策的科学性。     

论人类活动的空间趋利行为简

人类的经济与社会活动存在于空间中,并按照“趋利”的本质特性游离在空间中,形成一系列物质空间景观形态和作用关系表征的空间关联模式。如何看待行为与景观、行为与结构、行为与空间功能间的关系既具有理论意义,也具有重要的实践指导价值。我们所感知的客观世界是在空间逐利行为作用下形成的复杂综合体。为了保持人类社会可持续发展的空间福利,是放任空间行为任其对空间结构的塑造,还是通过建构功效空间来约束空间行为？哪个更有利于人类生存空间所体现的安全、健康和发展福利的保持？人类文明走到现在,恐怕向后者的转向是必然选择。本文基于政治经济学和空间经济学的思考,从分析人类的空间创利、逐利和寻租等空间行为切入,阐释空间趋利的基本特征与形式,及其体现的空间福利效应;剖析了生态文明转向趋势下功效空间组织和空间行为约束的必要性和机制;探索了可持续发展的空间行为模式、范式,进而导出功效空间建构与组织的基本准则。     

基于可达性分析的高速公路投资空间溢出效应简

基于可达性分析方法,探讨新建交通基础设施投资给邻近地区带来的空间溢出效应及其特征。以2005-2009年江苏省各市新建高速公路为例,通过GIS 空间分析模型、经济潜力指数及情景分析法,得到江苏各市新建高速公路投资建设带来的经济潜力收益值,并在此基础上应用平均溢出效应模型得到区际可达性溢出矩阵,结合各地交通投资与溢出效应货币化模型将区际溢出矩阵货币化,得到区际交通投资矩阵来重新分配各市交通投资成本,以此表示交通投资空间溢出效应。结果显示：可达性溢出效应传递基本上随着到新建高速公路距离增加而衰减,然而各市新建高速公路在邻近地区产生非均衡性的溢出效应,新建高速公路方向、区位以及高速公路网络体系影响了溢出效应强度分布。中间地区交通建设更有助于推动边缘地区可达性水平提高,其交通投资溢出效应普遍比边缘地区规模大,溢出投资占实际投资比重高,区域边缘地区多数为溢出效应的输入地区。     

清代西南地区森林空间格局网格化重建简

基于遥感土地利用数据和全球潜在植被数据,确定了中国西南地区土地垦殖前森林植被可能的分布范围,并通过量化地形（海拔、坡度）和气候生产潜力（光照、温度、水分）与农林地分布间的关系,构建了土地宜垦性评估模型和历史森林面积网格化分配模型,重建了清代西南地区5个时点、分辨率为10 km×10 km的森林空间格局。结果表明：①本文设计的森林空间格局网格化重建方法具有一定的可行性,其结果能较好地反映森林变迁历史过程的基本特征;②西南地区森林覆被率从雍正二年（1724年）的54.7%下降至宣统三年（1911年）的27.8%,其减少地区主要分布在四川盆地、云南中南部以及贵州大部;③从网格占比的变化趋势看,1724-1911年,西南地区森林覆被率小于10%的网格占比上升了约31个百分点,而覆被率大于80%的网格占比则下降了约13个百分点。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析简

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

汶川地震灾区滑坡空间特征变化分析简

“5.12”汶川大地震触发了大量滑坡,给人民群众生命财产和社会经济发展造成了巨大损失。基于GIS空间分析方法,结合震前和震后的滑坡编目数据,对滑坡与坡度、坡向、高程、岩土类型、道路、河流和断裂带等7个孕灾环境因素的空间分布关系进行统计分析。结果表明：滑坡与孕灾环境因素的空间分布关系受地震的影响比较大。相比于震前,震后滑坡发生的优势坡度、优势岩土类型、优势距离缓冲区等均发生了很大的变化;并且坡向、距道路距离、距河流距离等因素对滑坡有明显地趋势性影响。     

基于空间集聚的中国入境旅游区域经济效应分析简

运用残差空间自回归模型、地理权重回归模型及基尼系数等空间分析方法,探讨了2001-2010年中国地市入境旅游的区域经济效应及其空间差异变化。在提升区域经济水平上,中国地市入境旅游对区域经济总体上具不断增强的促进效应,且存在持续而显著的空间集聚作用;局部上具显著促进效应的地市集中分布在东部沿海地带及其邻近地区,且表现为促进效应不断增强、集聚范围不断扩大的态势。在调整区域经济差异上,入境旅游具扩大区域经济差异的总体效应,但局部上集聚范围的扩大表明其总体上的扩大效应在逐渐减弱;基于空间集中性的分析也表明,不仅在总体上也在各地带的内部区域上,这种扩大效应存在且具不断减弱的趋势。研究表明,地市入境旅游区域经济效应的发挥主要体现了市场经济运行规律的作用,而其变化趋势也反映了政府宏观调整与区域旅游发展政策及规划的战略取向。     

Calibrating cellular automata based on landscape metrics by using genetic algorithms

Landscape metrics have been widely used to characterize geographical patterns which are important for many geographical and ecological analyses. Cellular automata (CA) are attractive for simulating settlement development, landscape evolution, urban dynamics, and land-use changes. Although various methods have been developed to calibrate CA, landscape metrics have not been explicitly used to ensure the simulated pattern best fitted to the actual one. This article presents a pattern-calibrated method which is based on a number of landscape metrics for implementing CA by using genetic algorithms (GAs). A Pattern-calibrated GA–CA is proposed by incorporating percentage of landscape (PLAND), patch metric (LPI), and landscape division (D) into the fitness function of GA. The sensitivity analysis can allow the users to explore various combinations of weights and examine their effects. The comparison between Logistic- CA, Cell-calibrated GA–CA, and Pattern-calibrated GA–CA indicates that the last method can yield the best results for calibrating CA, according to both the training and validation data. For example, Logistic-CA has the average simulation error of 27.7%, but Pattern-calibrated GA–CA (the proposed method) can reduce this error to only 7.2% by using the training data set in 2003. The validation is further carried out by using new validation data in 2008 and additional landscape metrics (e.g., Landscape shape index, edge density, and aggregation index) which have not been incorporated for calibrating CA models. The comparison shows that this pattern-calibrated CA has better performance than the other two conventional models.     

Testing local spatial autocorrelation using k-order neighbours

The analysis of local spatial autocorrelation for spatial attributes has been an important concern in geographical inquiry. In this paper, we propose a concept and algorithm of k-order neighbours based on Delaunay's triangulated irregular networks and redefine Getis and Ord's (1992) local spatial autocorrelation statistic as G_i(k) with weight coefficient w_ij(k) based on k-order neighbours for the study of local patterns in spatial attributes. To test the validity of these statistics, an experiment is performed using spatial data of the elderly population in Ichikawa City, Chiba Prefecture, Japan. The difference between the weight coefficients of the k-order neighbours and distance parameter to measure the spatial proximity of districts located in the city centre and near the city limits is found by Monte-Carlo simulation.     

基于Moran统计量的空间自相关理论发展和方法改进

本文旨在发展基于Moran指数的空间自相关分析理论和方法。首先,利用线性代数知识对基于Moran统计量的空间自相关过程的数学表示进行规范化整理;其次,基于变换中的不变性思想给出Moran指数的理论解释;第三,对空间权重矩阵的数理性质、建设方法和应用范围提出新的见解。总结并发展了Moran指数的三种计算方法——三步求值法、矩阵标度法和回归分析法,将空间权重矩阵划分为四种基本类型——局域关联型、准局域关联型、准长程关联型和长程关联型。以河南省鹤壁市乡镇体系为实证对象,以本文改进的理论和方法为依据,提供了一个空间自相关分析的简明案例。     

基于社会属性的北京市居民群体空间自相关分析

以北京市各街道居民为调查研究对象,利用问卷调查数据,使用因子生态分析和空间自相关分析技术,将被调查人群综合性地分为五类,即低潜力差现状型人群、高潜力差现状型人群、高潜力中现状型人群、中潜力中现状型人群和高潜力优现状型人群。通过对不同类人群的总体和局部空间自相关分析,得出结论:居民群体空间聚集现象明显。其中低潜力差现状型人群在通州、黑庄户等街道聚集,高潜力差现状型人群在以东直门街道为圆心的一个扇形区域聚集,中潜力中现状型人群多居住于中心城区,高潜力中现状型人群多在天通苑、四季青一带和南苑街道附近聚集,高潜力优现状型人群主要聚集在四季青至永定路街道的区域。     

基于遗传算法自动获取CA模型的参数

本文提出了基于遗传算法来寻找CA模型最佳参数的方法。CA被越来越多地应用于城市和土地利用等复杂系统的动态模拟。CA模型中变量的参数值对模拟结果有非常重要的影响。如何获取理想的参数值是模型的关键。传统的逻辑回归模型运算简单,常常用来获取模型的参数值,要求解释变量间线性无关,所以获取的城市CA模型参数具有一定的局限性。遗传算法在参数优化组合、快速搜索参数值方面有很大的优势。本文利用遗传算法来自动获取优化的CA模型参数值,并获得了纠正后的CA模型。将该模型应用于东莞1988~2004年的城市发展的模拟中,得到了较好的效果。研究结果表明,遗传算法可以有效地自动获取CA模型的参数,其模拟的结果要比传统的逻辑回归校正的CA模型模拟精度高。     

Weight matrices and spatial autocorrelation statistics using a topological vector data model

Abstract

This paper reports on software to construct alternative weight matrices and to compute spatial autocorrelation statistics, namely the Moran coefficient and the Geary coefficient using Arc/Info’s data structure. As such it is an addition to recent efforts in linking GIS with exploratory spatial data analysis. The software is interfaced with Arc/Info via the Arc Macro Language (AML) so that it can be run in the ARC environment. This allows the user to perform exploratory analysis within GIS which may provide insights in subsequent spatial analysis and modelling.     

GIS and genetic algorithms for HAZMAT route planning with security considerations

Singapore is the third largest oil-refining centre in the world, with a large petrochemical hub located at Jurong Island. In view of the increasing concern for transportation security, there is an urgent need to improve the way trucks carrying hazardous materials (HAZMATs) are being routed on urban and suburban road networks. Routing of such vehicles should not only ensure the safety of travelers in the network but also consider the risk of the HAZMAT being used as weapon of mass destruction. This paper explores a novel approach to evaluating the risk of HAZMAT transportation by integrating Geographic Information Systems (GISs) and Genetic Algorithms (GAs). A set of evaluation criteria that are used to route the HAZMAT vehicles was identified and assessed. The criteria considered are related to safety, costs and, more importantly, security. A GIS was employed to quantify the factors on each link in the network that contribute to the evaluation criteria for a possible route, while a GA was applied to efficiently determine the weights of the different factors in the hierarchical form, allowing for the computation of the relative total costs of the alternate routes. Therefore, each route can be quantified by a generalized cost function from which the suitability of the routes for HAZMAT transportation can be compared. The proposed route evaluation method was demonstrated on a typical portion of the road network in Singapore.     

基于空间聚类方法的京津冀城市群多层级空间结构研究

在京津冀协同发展战略背景下,以建设京津冀世界级城市群为引领,遵循城市发展规律,优化城市空间布局,明确京津冀城市群等级结构及其空间特征具有重要意义。本文以京津冀城市群156个区县为研究对象,从经济中心性、交通中心性、信息中心性、人口中心性4个角度,利用4种空间聚类方法进行5个等级的聚类分析,并基于克氏中心地理论对京津冀城市群等级划分结果进行空间结构分析。结果显示,自组织特征映射神经网络算法(SOM)较适合京津冀城市群的等级划分;京津冀城市群正从以北京城区为单核心的圈层空间结构向3条带型空间结构转变,其中京津都市发展走廊发育成熟,沿海都市发展带也初具规模,而包括雄安新区在内的京石都市发展带正在孕育。