空间分析在土地利用变化研究中的应用

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1、空间分析在土地利用变化研究中的应用摘要：对土地利用变化研究进展进行了梳理，将土地利用变化研究分为土地利用变化和成因研究、土地利用变化趋势研究和土地利用变化影响研究三大部分，并分别阐述空间分析在土地利用变化研究中的应用情况。关键词：土地利用变化空间分析应用0引言90年代以来，人们逐渐意识到土地利用变化对全球气候、环境的强烈影响，并开始研究土地利用变化的规律和其对地表自然、人文系统的影响。在IGBP和IHDP的推动下，LUCC项目的启动和相关研究如火如荼，取得了相当的成果和进展。[1-3]土地利用变化包括时间变化、空间变化和质量变化三个方面，其中空间变化

2、反映土地利用变化的空间类型、变化类型的空间分布及区域差异，是土地管理和规划关注的焦点。[4]空间分析是对空间数据进行各种处理，从中获得信息、线索和只是的过程。在土地利用变化研究中，运用空间分析方法能有效获取土地利用空间变化信息、对这些信息进行处理，并以此为基础进行模拟、预测和评价。[5]空间分析方法在土地利用变化研究中具有广泛应用。[6-8]本文通过搜集、比较研究LUCC相关论文，文献，将土地利用变化研究分为三大部分，并逐一阐述其研究模式及空间分析在其中的应用。这三大部分分别为：第一，近三百年来人类因素导致的土地利用变化及其成因；第二，未来50年土地

3、利用的变化趋势；第三，土地利用变化对全球气候、生态乃至人类系统的影响。1空间分析方法的特点和分类1.1空间分析的对象时间、空间和属性，是地理信息的三个不可分割的基本要素。空间分析的研究对象即是空间维上的地理信息，他既包括对地理信息的静态的形状、大小，位置的研究，也包括地理信息在空间维中的过程研究，而地理实体在空间维上变化的时候，往往伴随着时间和属性的变化，并受到这种变化的强烈影响。1.2空间分析的特点空间数据的特殊性空间数据既含有空间信息，即空间位置信息；又含有跟位置相关的属性信息，所以空间信息表现出很强的多维性。空间信息之间具有强烈的相互关系。比如

4、空间自相关，即在空间上相邻的两个空间实体在属性上也具有相似性；网络空间的连通性等。分析手段的特殊性空间数据间并非独立，与经典统计学的观测值的独立性相违背。空间分析的主要思想源于地理学第一定律，即在地理空间邻近的现象比距离远的现象更相似。因此，几乎所有空间数据都具有空间依赖或空间自相关特征，即一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值是与邻近区域单元上同一现象或属性值相关的。地球只有一个，大多数空间问题仅有一组（空间分布不规则的）观测值，而无重复观测数据。这就造成了空间统计分析的很难进行验证，所以很多传统统计方法，特别是建立在独立样本上的统计方法，不适合

5、分析空间数据。1.3空间分析的分类学界对空间分析的分类尚无定论。。Long等[9]将空间分析的类型划分为：可视化分析，空间数据描述分析、空间优化与假设检验，空间建模等。王劲峰等[10]对空间分析的理论体系做了梳理，提出了新的及内容体系，包括空间关联成因、空间关联表达、空间信息分析模型、动力模型等，并总结了五种建模途径。本文为了描述需要，将空间分析分为类，分别为：空间可视化分析、空间几何分析、空间统计分析和空间复杂模型。其中：空间可视化分析包括地图制图、三维可视化和虚拟地理环境等；空间几何分析包括缓冲区分析、叠加分析、距离分析、网络分析和地图代数等；空

6、间统计包括常规数理统计、空间回归、聚类分析、自相关系数等；空间复杂模型包括元胞自动机、神经网络、人工智能等。2空间分析在土地利用变化研究中的应用2.1空间分析在土地利用变化情况及其成因研究中的应用土地利用变化情况的研究分为两部分，一部分是土地利用的空间变化研究，另一部分为这些空间变化和驱动因子之间的关联研究。第一部分的一般步骤为，获取两期土地利用现状图层进行叠加分析，然后通过这些土地利用现状图进行土地利用变化描述。土地利用现状数据的获取通常采用遥感解译的方法，由于遥感解译的结果对土地利用数据的质量影响很大，所以这个步骤对后期的土地利用变化分析非常关键

7、，通常采用机器解译与人工解译结合的方法，有时还必须加入辅助数据以提高解译精度。获取到土地利用图后，通过空间常规数理统计即可得到可以得到土地利用数量变化、强度变化，这些；通过空间几何分析可以得到土地利用类型的景观指数以研究其基本空间格局。第二部分的一般方法为，首先获取各驱动因子在空间上的分布情况，一般以栅格数据作为表现形式，对不是栅格形式的数据转为栅格数据。然后以土地利用变化情况为因变量，以驱动因子为自变量，通过线性回归、主成分分析或logistic回归等方法建立起变量之间的关联。筛选驱动因子时，通常通过空间几何分析来获取驱动因子在研究区的空间分布情况

8、。常规土地利用变化模型，通常是把研究区细分为许多栅格单元，用一系列自然和社会经济变量来描述这些单元，并通过回