（摄影测量与遥感专业论文）陕西省土地利用动态变化及景观格局分析研究.pdf

摘要 全面、客观地反映土地利用动态变化以及土地利用空间格局可为制定长期、 可持续发展的土地管理和土地规划提供数据。本文从探索陕西省土地利用动态变 化和空间格局的角度出发，以陕西省1 9 9 0 年、1 9 9 6 年和2 0 0 0 年三个时段的土 地利用统计数据以及2 0 0 0 年l ：5 0 万的土地利用现状图为研究对象，根据土地 利用分析模型，采用灰色系统法、地统计分析功能和数掘挖掘算法a p r i o “及其 改进算法等方法，对陕西省土地利用动态变化和土地利用空间格局进行了分析， 得到了如下结论： 1 、陕西省土地利用动态变化分析 ( 1 ) 1 0 年来，随着城市化进程的加进，陕西省经济迅猛发展，大量耕地减 少，未利用土地被开发，园地、交通用地和居民点及工矿用地增加；而牧草地、 林地面积的增加则源于陕西省开展大规模的植树造林所致。 ( 2 ) 陕西省整体土地利用动态变化比较快，尤其是后4 年与前6 年相比， 变化速度是原来的3 倍。从整体上看，三阶段土地利用动态度在空间分布上是相 近的，都是在陕西中部经济发达的地区，土地利用动态度大，而比较落后的陕北 和陕南地区土地利用动态度比较小。 ( 3 ) 1 0 年来，耕地整体呈减少趋势；园地指数的空间变化规律在区域分碲 上具有明显的规律性，从总体上来看北部和南部变化比较微弱，中部相对剧烈； 林地指数的变化呈增加趋势，中部变化比较微弱，而北部和南部相对剧烈；居民 点及工矿用地和交通用地整体呈增加趋势；水域指数从整体上看，没有明显的变 化趋势，整个陕西省水域指数变化都很微弱；未利用土地指数从整体上看，呈减 少趋势，但减少幅度比较微弱。 ( 4 ) 陕西省1 9 9 0 、1 9 9 6 和2 0 0 0 年土地利用程度整体分布基本相同，都是 在陕西省中部经济发达的地区土地利用程度高，而陕南和陕北经济比较落后的地 区，土地利用程度低；市区土地利用程度最高，接着是近郊，最后是比较偏远的 县市，呈中心极化式分布格局。 ( 5 ) 运用灰色系统模拟和预测陕西省及各县市各种土地类型面积和土地利 用程度。 2 、运用地统计分析陕西省土地利用空间格局 ( 1 ) 陕北和陕南经济落后地区农用地斑块平均面积大，而关中地区经济发 达地区城市用地斑块平均面积大。 ( 2 ) 陕北和陕南地形复杂的地区耕地、林地、园地、交通用地破碎度大， 关中地势平坦、经济发达的地区城市和水域破碎度大。 ( 3 ) 多样性指数空间分布与均匀度指数空间分布趋势基本一致，陕北北部 摘要 以及关中西部地区多样性指数和均匀度指数相对高，景观优势度陕南地区比较 高。 ( 4 ) 陕西省林地分离度整体东部大于西部，南部高于北部：汉江谷地耕地 分离度高于其它地区；牧草地分离度西部大于东部；园地分离度关中地区及陕南 秦岭地区相刘高于其它地区；城市分离度秦巴山地比较高：交通用地分离度陕北 北部和秦巴山地相比其他地区比较高；水域分离度陕北南部相对其他地区比较 高；未利用土地分离度除了关中西部和汉江谷地比较低外，其他地区都比较高。 ( 5 ) 陕西省形状指数2 和形状指数1 ，陕北地区高于其它地区；形状指数4 与形状指数3 ，陕南的东部地区相对比较高。 ( 6 ) 多样性指数低的汉江谷地与其它县市的空间关联性最小，汉江谷地的 多样性指数都比较低。 3 、基于a p r i o r i 算法及改进算法的景观格局分析 ( 1 ) 对a p r i o r i 算法从修剪频繁集、优化连接和优化数据库三方面进行了改 进，提高了a p r j o r j 算法的运行效率。 ( 2 ) 陕西省的土地主要是耕地和林地，主要集中在陕北和陕南比较落后以 发展农业为主的地区，而关中东部和西部的耕地斑块面积比较大，形状规则，农 业发达。 ( 3 ) 陕西省林地主要是灌林地；耕地主要是灌溉水田和望天田；城市用地 主要集中在关中比较发达的地区以及陕北部分地区；园地主要有果园、桑园和茶 园。 关键词：土地利用动态变化、景观格局、灰色系统法、地统计分析、a p r i o t i 算 法 i l a b s t r a c t i tc a np r o v i d ed a t af o rc o n s t i t u t i n g 廿l e1 a n dm a l l a g e m e ma n dp r o g r a m m i n go f l o n ga i l ds u s t a i n a b l ed c v e l o p m e m t b a tc a nr e n e c tt h e1 a n du s ed y n a m i ct r a n s f o r m a t i o n a n dt h el a n du s es p a c ep a n e m t h ep 印e r h a se x p l o r e dl a n du s ed y n a m i cc h a n g e sa n d s p a c ep a t t e mo fs h a n x ip m v i n c ew i m 幽el a i l du s es t a t i s t i c a ld a t ao f19 9 0 、 19 9 6a n d 2 0 0 0i ns h a r l ) ( ia n d 山e1 a n du s ea c t u a l i t ym a po f2 0 0 0i ns h a n x i a c c o r d i n gt ot h e1 a n d u s ea n a l y s tm o d e l ，t h ep a p e rh a sa d o p t e dt h e 伊e ys y s t e mm e m o d 、t h eg e o s t a t i s t i c a l a n a l v s t 如l l c t i o na n da p r i o a n di t sa d v a n c e da r i t h m e t i ct oa i l a l v s tt h el a n du s c d v n a m j cc h a n g e sa n ds p a c ep a “e mi ns h a n x i ns h o w s ： 1 、l a n du s i n 2d v n 锄i cc h a n g e sa n a l v s i s ( 1 ) i nt h e1 0y e a r s ，a l o n gw i t ht h ec i t yc o l l r s e sp u s h i n gs h a n x i se c o n o m yc a n d e v e l o ps w i n l y ag r e a td e a lo fp l o u g hh a sb e e nr e d u c e d r h en o n u s el a n dh a sb e e n e x p l o i t e d t h e 篮a r d e np l o t 、t m m cl a n da n dr e s i d e m1 a i l dh a v eb e e ni n c r e a s e d t h c g r a s s l a n da n dw o o d l a n dh a v eb e e ni n c r e a s e db e c a u s es h a n x ip r o v i n c eh a su n f o l d e d m cl a r g e s c a l ef o r e s tp l a n t i n g ( 2 ) t h ew h o l e1 a n du s i n gd y n a m i ci ns h a n x ih a sc h a n g e dr e l a t i v e l yf a s t b y c o m p a r i n gm e l a t c r4y e a r st ot t l ef o n e r6y e a r s ，t h ec h a n g ef a t ei s3t i m e si nt h el a t e r 4y e a r st h a nt h ef o r 工n e r6y e a r s i ng e n e r a l ，t h el a n du s j n gd y n a n l i cd e g i - e eo ff h e 啦r e e s t a g e si sn e a ro nt 1 1 es p a c ed i s t r i b u t i o n t h e1 a n du s i n gd y n a m i cd e g r c eo ft h ct 1 1 r e e s t a 譬e si sz r e a t e ri nt h ec c o n o m ya d v a l l c e dr e g i o ni ns h a n x ic e n t r et h a nt h ec c o n o m y b a c k w a r dr e 色i o ni ns o u t hs h a n x ia n dn o r t hs h a n x i ( 3 ) i nt h e1 0y e a r s ，m ep l o u 曲h a sb e e nr e d u c e di nt h ew h 0 1 et h eg l r d e np l o t e x p o n e n t i a ls p a c ec h a n g er u l c i so b v i o u si nt h er e g i o nd i s t r i b u t i o n 1 ns h o r t ，t h e c h a n g ei sd e l i c a c yi nt h en o r t l la n ds o u t l lr e g i o na n da c u t ei nt h ec e n t r er eg i o n t h e f o r e s tl a i l di n d e xh a sb e e ni n c r e a s e d t h ec h a i l 2 ei sd e i i c a c yi nt h ec e n t r er e g i o na n d a c u t ei nt h en o r t ha n ds o u t hr e g i o n t h er e s i d e n tl a n dj n d e xh a sb e e ni n c r e a s e di nt h e w h 0 1 er r h et r a m cl a n di n d e xa n dt h ec i t vi n d e xa r es i m i l a ro nt h es d a c ed i s 砸b u t i o n t h cw a t e ri n d e xh a s n to b v i o u sc h a n g ei nt h ew h o l ea n dt h ec h a n g ei sd e l i c a c yt h e n o n u s el a n di n d e xh a sb e e ni n d u c e di nt h e 、以l o l ea 王l dt h ec h a n 譬ei sd e i i c a c v ( 4 ) t h el a n du s i n gd e g r e eo f1 9 9 0 、1 9 9 6a n d2 0 0 0o f s h a n x ii ss i m i l a ri nt h e w h o l ed i s t r i b u t i o n t h el a n du s i t l gd e g r e ei sh i g hi nt h ec e n t r es h a n x ia j l dl o wi nt h e s o u c ha 1 1 dn o 曲s h a i i t h el a n du s i n gd e g r e ei st h eh i 曲e s “n 也ec i t ya n di sh i 曲e r i nt h en e a rc i t va n di st h el o w e s ti nt h ef h r e rc “v t h ed i s t l i b u t i o ni st h ec e n t e r p o l a r i z a t i o np a t t e m ( 5 ) t h ep a p e rs i m u l a t c sa n df o r e c a s t st h ev a r i o u sj a n dc l a s s e sa r e a sa n dl a n d u s i n gd e 掣e eo f s h a n x ip r o v i n c e sv a r i o u sc o u n t ya 1 1 dc i t yb yt h eg r e ys y s t e mm e t h o d 2 、a n a l y s tl a t l du s i n gs p a c ep a t t e mw i t ht h eg e o s t a t i s t i c a la n a l v s t 如n c t i o n ( 1 ) t h ep l a q u e sa v e r a g ea r e ao f t h ep l o u g h 、t h eg a r d e np l o ta n dt h ef o r e s tl a n d i nt h ee c o n o m yb a c k w a r dr e g i o ni ns o u t hs h a n x ia n dn o r t hs h a n x ii sg r e a t e lt h e p l a q u e sa v e r a g ea r e ao fm er c s i d e n tl a n da n dt h et r a f f i c1 a n di nt h ee c o n o m y a d v a n c e dr e g i o ni ns h a t l x ic e n t r ei sg r e a t e l ( 2 ) t h ed e g r e eo ff r a g m e n t a t i o no “h ep l o u 曲、t h eg a r d e np l o t 、t h ef o r e s tl a n d i i 河海大学硕士论文 a n dt h et r a m cl a 上1 di nt i l el a n d f o r mc o m p l e xr e g i o ni ns o u t hs h a i l x ia n dn o r t hs h a n x ii s 盯e a t e lt h ed e g r e eo f 矗a g m e n t a t i o no ft h ec i t ya n dt h ew a t e ri nt l l ee c o n o m v a d v a n c e da n dt h et e a i nn a tr e g i o ni ns h a n x ic e n t r ei sg r e a t e l ( 3jt h es p a c ed i s t r i b u t i o no ft h ed i v e r s i t yi n d e xa n dt h ee q u a l i t vi n d e xi s u n i f b h n t h ed i v e r s i t yi n d e xa n dm ee q u a l i t yi n d e xi nt h en o n hs h a n x ia i l dt h ew e s t g u a n z h o n g i sh i 曲e lt h el a n d s c 印es u p e r i o r i t yi n 1 es o u t hs h a j l x ii sg r e a t e l ( 4 ) t h ed e g r e eo fs e p a r a t i o no ft h ef o r e s ti a n di nt h ee a s tr e g i o ni sg r e a t e r 廿1 a 1 1 t h a to ft h ew e s tr e g i o na n dt h a to fi nt h es o u t l lr e g i o ni sg r e a t e rt h a nt h a to fi nt h e n o r t hr e g i o n t h ed e g r e eo fs e p a m t i o no f m ep l o u 曲m h a n j i a n gv a l l e yi sg r e a t e rt h a l l t h eo t h e rr e g i o n t h ed e g r e eo fs e p a r a t i o no ft h eg r a s s l a n di nt h ew e s tf e g i o ni s 乒e a t e rt l a nt h a to ft h ee a s tr e g i o n t h ed e g r e eo fs e p a r a t i o no f 血eg a r d e n1 a n di nt h e g u a l l z h o n gr e g i o na 上1 dt h es o u t hs h a n x ii sg r e a t e rt h a nt 1 1 a to ft h en o r n ls h a l l x i t h e d e g r e eo fs e p a r a t i o no ft h et r a m cl a n di nt h en o n hr e g i o no fn o r t hs h a n x ia n dt h e q i n b am o m l t a i ni sg r e a t e rt h a nt l l eo t h e rr e g i o n t h ed e g r e eo fs e p a r a t i o no f t h ew a t e r i nt h es o u mr e g i o no fn o n hs h a n 妊i s 孕e a t e rt h a nt h eo t h e rr e g i o nt h ed e g r e eo f s e p a r a t i o no f i j l en o n u s el a n di nt h ew e s tg u a l l z h o n ga 1 1 dt h eh a n j i a n gv a l l e yi ss m a l l e r t h a l lt h eo t h e rr e g i o n ( 5 ) t h es p a c ed i s t r i b u t i o no fs h a p ei n d e x2a 1 1 ds h 印ei n d e xl i sg r e a t e ri nn o n h s h a n x i t h a ni nt h eo t h e rr e g i o n t h es p a c ed i s t r i b u t i o no fs h 印ei n d e x4a n ds h a p e i n d e x3i sg r e a t e ri nt h ee a s tr e g i o no f n o r t hs h a n x jt h a ni nt h eo t h e rr e g i o n ( 6 ) t h es p a c ec o n j u n c t i o ni sm el e a s tb e t w e e nh a n j i a n gv a l l e yw h o s ed i v e r s i t v i n d e xi ss m a l l e ra n dt h eo t h e rr e g i o ni ns h a l l x i 血a ts h o w st h ed i v e r s i t yi n d e xi n h a 玛i a n gv a l l e yi sa l w a y sl o w e r 3 、t h ea p r i o r ia l g o r i t h ma n di t s i m p m v e da l g o r i t h m 印p l yt ot h e1 a n d s c a p e p a t t e ma n a 】，r s i s ( 1 ) t h ep 印e ri m p m v e st h ea p r i o “a l g o r i t h mf r o mt h r e ea s p e c t so fc r o p p i n g 丘e q u e n ts e t 、o p t i m i z i n gj o i na n do p t i m i z i n gd a t ab a s ea n da d v a n c e st l l ew h e e l i n g e m c i e n c yo f t h ea p r i o “a l g o r i t h m ( 2 ) i ns h a n x i ，t h el a n d sa r em o s yt 1 1 ep l o u g ha n dt h ef o r e s tl a n d t h el a n d sa r e m o s n yj a i nj nt h ee c o n o m yb a c k ，a r dr e g j o ni ns o u t hs h a n x ja n dn o n hs h a n x j t h e p l o u 曲i nt h ee a s tg u a i l z h o n ga 1 1 dw e s tg u a n z h o n gi sg r e a t e rt h a nt h a to ft h eo t h e r r e g i o na n dt h el a n d ss h a p ei sm l e l ( 3 ) l ns h a r i ，m ew o o d l a n di sm o s t l yt h es l l r u bl a n d t h ep l o u g hi sm o s t l vt l l e i h i g a t e df i e l da n dw a n g t i a i 】t i a n t h eu r b a n1 a n di sm o s t l vt h et o w n 、 t h er u r a l r e s i d e m i a la 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地的利用方式和强度；土地利用动态变化在数量、方式、强度、结构和趋势等方 面存在很大的差异；土地利用动态变化反映了土地利用的发展变化趋势。全面、 客观地反映土地利用动态变化以及土地利用空问格局可为制定长期、可持续发展 的土地管理和土地规划提供数据。 1 1 研究背景与意义 土地是人类生存最重要的资源之一。当今世界，人口的迅速增长与人均耕地、 森林面积的下降已经成为全球变化中最重要的问题之一，这使得土地利用成为当 今国际上最为关注的热门课题之一。如何合理利用有限的土地资源，提高土地利 用率和土地生产力，实现土地的可持续利用已成为越来越重要的研究课题。 土地是自然、经济、历史综合体，是个很复杂的系统，如果其中某些组成因 素因不当利用而受到破坏，就会产生不良变化，从而影响到土地利用的最终目的。 土地利用是指人类根据土地的自然特点，按照一定的经济与社会目的，采取一系 列生物和技术手段，对其进行的长期成周期性的经营管理和治理改造的活动。由 于土地问题涉及到人类生存，生活和发展的方方面面，近几一卜年来，国际上土地 利用的研究发展迅速，美国、英国、澳大利亚、加拿大、荷兰、前苏联以及f a o ( 联合国粮农组织) 已经进行了大量的土地利用研究工作自从1 9 9 3 年国际科学 联合会与国际社会科学联合会联合成立了l u c c ( 土地利用土地覆被变化) 核 心项目计划委员会以来，一些参与全球环境变化研究的组织和国家纷纷启动了与 土地利用有关的研究项目。在中国，几千年来人类对土地的开发利用引起了土地 利用的巨大变化特别是目前随着经济的快速发展、人口的大量增加、城市化水平 的不断提高、对自然资源的需求量的激增，以及生存环境压力的加大，使得土地 利用的相关研究已经成为土地科学研究的重点。 我国地域辽阔，自然环境和社会经济发展的空间差异显著，决定了土地资源 的利用方式、区域土地利用结构、土地利用程度具有明显的地区差异。选择一定 空间范围的典型地区进行区域综合性和差异性研究，是深入分析土地利用土地 覆被时间和空间变化规律、驱动力及资源环境效益的有效手段。国内外学者在探 讨土地利用变化的一般规律、建立土地利用变化的全球和区域模型等方面取得了 很大的成绩，但对于陕西省地区经济迅速发展所导致的土地利用格局迅速变化方 面的研究相对欠缺。改革开放后尤其是“西部大开发”战略实施后，经济高速发 展，经济发展与土地利用的矛盾有其独特性，再结合历史发展，及时进行这方面 的研究可以为地方经济发展提供决策支持。 河海大学硕：l 论文 1 2 国内外研究进展 1 2 1 土地利用动态变化的研究进展 土地利用是指人类有目的地开发利用土地资源的一切活动，如农业用地、工 业用地、交通用地、居住用地等都是土地利用的概念；而土地覆被则是指地表自 然形成的或者人为引起的覆盖状况。例如与前面所述各种用地相关的物质现状包 括各类作物、森林、草地、房屋、水泥及沥青路面等。土地利用与土地覆被既有 密切联系又有本质区别，土地利用变化是土地覆被变化的原因，也是土地覆被变 化的响应。土地利用和土地覆被变化之间的相互作用是一个自然科学和社会科学 的交叉研究领域。由于土地利用变化对环境的影响主要是通过改变土地覆被状况 产生的，因此人们常把土地利用变化与土地覆被变化联系在一起，简称l u c c 。 1 2 1 1 国外研究进展 早在2 0 世纪9 0 年代以前，人们在土地利用研究的过程中，已经认识到土地 利用是一个动态过程随着社会经济和科学技术的发展，土地利用方式、结构 和水平都在不断变化。在这认识的基础上，开展了一些土地利用变化的研究， 例如利用m a r k o v 随机过程分析方法对土地利用变化趋势的分析，对农业土地利 用方式转化的分析等。其目的是通过综合分析影响土地利用各种因素的变化规律 及其空间联系，研究土地利用类型与区域变化规律，从而根据土地自然适宜性、 经济合理性和技术可能性，探讨远景土地利用的方向、结构、规律、布局及改善 途径，为远景土地利用规划和决策管理提供依据( 徐志康，郭焕成，1 9 9 0 ) 。这 一阶段的土地利用变化研究着眼于土地利用本身的规划和管理。 随着社会生产力的发展，土地利用结构与布局趋向复杂化。为了查明区域土 地利用现状特点、问题及开发利用方向，世界范围内的土地利用调查、分类、评 价、区划、规划等一系列工作先后开展起来。1 9 2 2 年，由索尔( c 盯l s a 喊- ) 领 导的美国密执安州土地经济调查，开创了小区域土地利用综合考察的先例2 ”。 1 9 3 1 年w 出b 开始对美国大平原的土地利用类型及变化进行了研究。英国于1 9 3 0 年成立了不列颠土地利用调查所，在斯坦普( l ，d s t 锄口) 主持下，从1 9 3 1 1 9 3 9 年开展了全国土地利用调查，取得了包括全国调查总报告、各部分报告及 土地利用专题图等一系列成果。在2 0 世纪3 0 到7 0 年代，土地利用的研究主要 集中在土地利用类型分类描述、制图及引起土地利用变化机理的初步研究，且主 要是从经济学的角度进行研究。在7 0 年代，随着世界范围的土地资源调查、评 价研究的广泛开展，以及遥感技术、计算机技术的发展，土地利用研究的一个显 著特点是开始运用遥感、计算机技术手段来解决地域性或某一领域土地利用的一 些具体问题。主要包括：( 1 ) 土地利用变化的分析与监测；( 2 ) 遥感技术支持的 土地利用调查与分类研究；( 3 ) 土地利用的空间格局与模式；( 4 ) 土地利用规划 第一章绪论 与制图。从8 0 年代起，g i s 技术开始应用于土地资源调查与土地资源评价、土 地利用模式、农业土地利用规划、农业土地利用及其变化研究。特别是1 9 9 2 年 世界环境与发展会议上2 1 世纪议程的颁布，大大推动了可持续发展的思想 和理念，实现土地资源可持续利用与管理，也成为新时期世界各国共同关注的目 标。特别是近年来，在土地利用与环境变化、土地利用规划模式、可持续土地评 价等方面开展了比较深入的研究，并已经取得了不少成果，这些研究主要有以下 几个特点： ( 1 ) 研究内容上多侧重于土地利用结构的动态变化的监测、分析和摸拟； ( 2 ) 空间尺度多侧重于全球大区域或国家尺度的研究，而针对较小区域如 省内地州一级区域的研究不多； ( 3 ) 从研究方向上，构建大量的模型深入研究土地利用结构现状的驱动力 和影响因子【1 ；| ，但就土地利用结构研究而言，大多局限于这方面的评价和统计分 析； ( 4 ) 对土地利用系统要素和结构的分析大多停留在定性的描述上，或采用 建模方法并结合g i s 技术对单一土地利用系统进行模拟和分析。而针对区域性土 地利用结构，进行定量分析的研究并不多见。 1 2 1 2 国内研究进展 我国有关土地利用土地覆被内容的研究由来已久，不过最初的研究主要集中 于分类、分区以及开发、管理等方面的研究工作，在2 0 世纪8 0 年代出版了l ： l o o 万中困七地利用图集，1 9 9 2 年出版了与之相关联的专著中国土地利用。 近年来跟随着国际上对土地利用土地覆被变化研究的热点，我国学者对土地利 用土地覆被开始加强，自2 0 世纪9 0 年代起，我国学者紧跟国际研究动态，开 展了一些对土地利用变化的监测与驱动力及土地利用空间格局研究。其中土地利 用动态变化方面的研究主要有“景观动态及其驱动因素和效应分析”( 岳天祥， 1 9 9 7 ) ，“深圳市土地利用变化机制分析”( 史培军，1 9 9 9 1 ，“喀斯特山区土地利 用变化的人类驱动力机制研究”( 蔡运龙，1 9 9 9 ) ，“基于g i s 的内蒙古耕地时空 变化研究”( 王秀兰，1 9 9 9 ) ，“北京土地利用覆被变化机制研究”( 顾朝林，1 9 9 9 ) ， “欧亚大陆桥土地利用变化机制及其对全球碳循环的影响”( 刘纪远，2 0 0 0 ) ，“环 渤海地区土地利用变化与土地可持续利用”( 傅伯杰，蔡运龙，李秀彬，朱会义， 2 0 0 0 ，2 0 0 1 ) ，“土地利用变化驱动力系统分析”( 摆万奇，赵士洞，2 0 0 1 ) ，“辽 河三角洲土地利用变化及规划预案研究”( 王凌，2 0 0 3 ) ，“黄河三角洲土地利用 变化及其可持续性评价”( 蔡为民，2 0 0 4 ) ，“基于g i s 的武汉市边缘区土地利用 变化研究以江夏区为例”( 阂敏，2 0 0 4 ) ，“北京市土地利用动态变化的研究” ( 洪敏，2 0 0 4 ) ，“青岛市土地利用土地覆被变化及驱动力研究”( 陈瑞琴，2 0 0 4 ) ， “围场县土地利用变化及其持续利用研究”( 甘超华，2 0 0 5 ) 。土地利用空问格局 河海大学硕士论文 方面的研究主要有“人类活动对北京东灵山区景观格局影响分析”( 傅伯杰， 1 9 9 9 ) ，“我国北方的土地利用与沙漠化”( 王涛，1 9 9 9 ) ，“区域土地利用结构及 其驱动因子的统计分析”( 张明，1 9 9 9 ) ，“烟台市城市景观空间格局分析”( 侯伟， 2 0 0 2 ) ，“基于g i s 技术的城市土地利用时空结构演变分析模型研究”( 张新长， 2 0 0 3 ) ，“西安城市边缘区土地利用研究”( 钱紫华，2 0 0 4 ) ，“济南市城区土地利 用空问格局演化与优化研究”( 王伟，2 0 0 4 ) ，“基于g i s 的大同市土地利用景观 格局研究”( 乔美华，2 0 0 5 ) 等。 近几年来，对于土地利用结构的研究逐渐增多，这些研究有两个明显的趋势： 1 ) 采用“3 s ”等先进技术f 2 卅；2 ) 引用各学科的理论和方法，如景观生态学、 经济学等等。就研究内容来看，国内学者主要探讨了以下几个方面的问题：1 ) 土地利用结构的动态变化，主要是通过各种模型来分析和模拟区域土地利用结构 的变化【5 。6 l ；2 ) 从驱动力和影响因子的角度来分析区域土地利用结构现状m ；3 ) 通过数量分析来研究区域土地利用结构从而探讨区域土地合理利用的途径；4 ) 运用不同的方法来分析区域土地利用的结构，如典型相关分析、灰色局势决策分 析等【9 】。但是，除了洪敏在“北京市土地利用动态变化的研究”中主要用地统计 分析功能分析了土地变化影响因子的空间分布情况外，用地统计分析功能分析土 地利用空问格局的研究几乎没有。并且引入数据挖掘思想，通过关联规则挖掘算 法a p r i o d 算法分析土地利用空间格局的研究还没有。 1 2 _ 2 景观格局分析方法的研究进展 白1 9 3 9 年德国区域地理学家1 b 1 1 第一次提出“景观生态学”以来，研究者 一直着重景观的三个特征( 结构、功能和变化) 的研究( 肖笃宁，1 9 9 1 ；许慧， 1 9 9 3 ；h a b 访l 【10 1 ，1 9 9 4 ；h u s l s h o f r r m i l 】，1 9 9 5 ；俞孔坚，1 9 9 8 ；j o h a 皿k 1 2 】， 1 9 9 9 ；k 曲r o mt 【1 3 l ，2 0 0 0 ；王仰麟，2 0 0 0 ) ，而景观的结构( 即组成单元的特征 及其空间格局) 的研究是景观功能和动态研究的基础( 邬建国，2 0 0 0 ) 。因此， 景观格局分析一直以来成为景观生态学研究的核心内容之一( r o b e nh m ，1 9 9 2 ； c a r o l y i lt 1 4 1 9 9 4 ：m a e e l lh r ，1 9 9 5 ；m a l l t h a r k 【1 5 】，1 9 9 9 ；s e l i n g l r 【1 6 1 ， 1 9 9 9 ；z h o uz a i z “”j ，2 0 0 0 ) ，它分析的主要内容是景观元素在空间分布中的数 量、位置、类型、形状、大小和方向，研究表明景观格局研究是揭示区域生态状 况及空间变异特征的有效手段( 许慧，1 9 9 3 ) 。而景观生态学中的空间格局分析 方法有多种，它们分别适应于不同的研究目的和数据类型。 八十年代初期开始，景观生态学家们在景观元素的基本特征参数的基础上， 提出了许多描述景观格局的参数( f o r n l 肌和g a r d n e r ，1 9 8 1 ；o n e i l l 【1 8 】，1 9 8 8 ) 。 这些景观格局参数的提出，大大丰富了景观结构描述和分析的途径，特别是在景 观元素组合、空间分布形式和相互关系分析方面，景观格局指数具有其它方法难 以替代的直观和准确的优点，因此成为了大多数学者进行景观结构描述的主要方 4 第一章绪论 法( l u q u e ，1 9 9 4 ；m i l l e r ，1 9 9 5 ；r e e d ，1 9 9 6 ；肖笃宁等，曾辉等，1 9 9 8 ；王献 礼，1 9 9 7 ；侯伟，2 0 0 2 ；角媛梅等，2 0 0 3 ；徐建华等，2 0 0 3 ：高峻等，2 0 0 3 ；陈 瑞琴，2 0 0 4 ：洪敏，2 0 0 4 ；乔美华，2 0 0 5 ) 。在不断用景观格局指标描述景观空 间结构的研究中，景观格局指标库不断得到完善，涌现了许多新指标( t u m e f 【l ， 1 9 9 0 ；l ih ，1 9 9 3 ；g u s t a f s o ne j 【2 0 1 ，1 9 9 4 ；s c h 啪a k e rn h 【2 ，1 9 9 6 ；d e z o n i a b 【2 ”，2 0 0 0 ) ，但新出现的指标基本上属于对现有指数的完善和修正，未出现新 的描述思路，并且研究者还不断探讨景观格局指标代表的实际意义，k u i p e rj ( 1 9 9 8 ) 分析了景观格局的三个指标( 多样性、相邻度、连续性) 及其代表的意 义；常学礼( 1 9 9 8 ) 用修改分维数( d m ) 分析荒漠化地区景观格局；研究表明 d m 比分维数d 能更好的描述景观格局；g u n i l l a a e 【2 驯( 2 0 0 0 ) 分析了景观格局 指标在植被类型变化中的意义。 但总的说来，都是通过引入各种景观指数，分析这些景观指数的空间分布来 研究土地的空间格局的，通过土地利用程度变化及各种垦殖指数、园地等指数变 化来研究土地动态变化的。 本文不仅利用各种景观指数分析了陕西省土地利用动态变化及其空问格局， 而且通过地统计分析功能详细地分析了各景观指数的空间分布，并且引入数据挖 掘思想，采用改进的关联规则挖掘算法a p r i o “算法分析了土地空间格局。 1 3 研究目标和内容 1 3 1 研究目标 本文的研究目标以陕西省为研究区域，探索陕西省地区经济迅速发展所导致 的土地利用动态变化以及土地利用空间格局，改革开放后尤其是“西部大开发” 战略实施后，经济高速发展，经济发展与土地利用的矛盾有其独特性，再结合历 史发展，提出土地优化利用建议，为陕西省经济发展提供决策支持。 1 3 2 研究内容 本文以陕西省为研究区域，利用陕西省2 0 0 0 年1 ：5 0 万的土地利用现状图， 以及不同时期陕西省土地利用统计数据等一系列资料，分析了陕西省1 9 9 0 1 9 9 6 年、1 9 9 6 2 0 0 0 年和1 9 9 0 2 0 0 0 年三个时段内土地利用变化特征和土地利用格 局及格局变化的原因。在分析陕西省土地利用空间格局时，除了用地统计分析功 能对陕西省各景观指数的空问分布规律进行分析外，还在分析空间分布规律之 前，用地统计分析功能对陕西省各景观指数是否是正态分布、是否有趋势效应和 各向异性影响以及空间自相关性进行分析，并通过地统计分析功能工具去除各项 影响。陕西省2 0 0 0 年1 ：5 0 万的土地利用现状图，按照土地类型和所属县市不 同，把陕西省分为2 0 0 0 0 多个地块，它们之间是如何分布的呢? 除了像前人一样 河海大学硕士论文 对土地利用空间格局分析时引入各种景观指数，对这些景观指数的分布特点进行 分析，还引入了数据挖掘的思想方法。运用关联规则挖掘算法a 鲥o r i 算法对陕 西省各地块所属的位置、土地类型、面积、形状指数及中心距( 地块中心点到所 在县市中心点的距离) 之间的关联规则进行挖掘。研究的具体内容为： 第一、根据土地分析模型用v b 语言编程求出各种景观指数，并利用地理信 息系统软件a r c g i s 9 o