基于地理加权回归的土地利用格局模拟研究

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土地利用/覆被变化(LUCC)研究是对土地利用的数量、质量和空间布局等变化的综合分析,是当前全球变化研究的核心主题之一。了解土地利用格局动态变化过程及其驱动机制并进行空间模拟是土地利用/覆被变化研究的重要内容。而研究土地利用格局与其驱动因子之间的定量关系及其空间相关性特征,被作为土地利用格局模拟的基础。但是基于数理统计的回归分析与相关分析方法在研究土地利用格局及其驱动因子的定量关系时,对各驱动因子进行全局的参数估计,并未考虑土地利用格局存在的空间不稳定性和空间异质性,忽略了驱动力因子对土地利用格局影响的空间分异特征。  本研究以浙江省桐庐县为研究区,以空间统计学理论为支撑,以GIS技术为手段,在土地利用格局模拟的回归建模中考虑驱动因子对土地利用格局影响的空间分异,建立并实现了基于地理加权回归的土地利用格局模拟模型,并进行了模拟试验研究和模型检验。论文的主要研究内容和结论包括:  (1)土地利用格局分析。运用全局空间自相关、局部空间自相关、景观格局指数、半变异函数等理论和方法,对区域土地利用格局进行空间关联分析、空间异质性的各向同性和各向异性分析,得出土地利用格局具有显著的空间不稳定性和空间异质性,指出运用OLS Logistic的建模方法虽然可以得到土地利用格局与其驱动因子的定量关系,但是无法体现驱动因子对土地利用格局影响的空间分异,无法得到回归系数在空间上的变化。  (2)土地利用格局模拟模型的建立。应用逐步回归的方法进行土地利用格局影响驱动因子的筛选,将最后进入方程的驱动因子视为影响某种土地利用类型变化的显著因素。考虑土地利用格局的空间不稳定性,建立土地利用格局与其驱动因子的地理加权回归模型,计算各土地利用类型适宜性概率分布。以模拟结果与各土地利用类型分布概率相符为优化目标,在一定土地利用规模约束、土地利用政策约束区等约束条件下进行空间优化和模拟,建立基于地理加权回归的土地利用格局模拟模型。  (3)模型实现与研究区土地利用格局模拟。探讨了上述基于地理加权回归的区域土地利用格局模拟模型的实现方法,并以浙江省桐庐县为例进行区域土地利用格局模拟试验研究,并与基于OLS Logistic的回归建模方法进行比较分析和模型验证。  综上所述,论文以浙江省桐庐县为研究区,对土地利用格局的分析、建模方法进行了研究。研究结果表明,土地利用格局具有显著的空间关联性、空间不稳定性和空间异质性,基于地理加权回归的土地利用格局模拟模型不但可以获得更好的拟合优度和更高的模拟准确率,而且可以获得驱动因子每个栅格单元均不相同的回归系数,以反映自然和经济社会因子在不同空间位置对土地利用格局影响程度的变化,GWR Logistic的回归系数在空间上提供了比OLS Logistic更可信的解释。同时,模拟结果也可以为桐庐县的土地利用规划决策提供科学依据。
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