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基于SLEUTH模型的区域空间演变模拟

作　者: 代娟
导　师: 薛重生
学　校: 中国地质大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 区域空间演变 SLEUTH模型元胞自动机
分类号: P208
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

新世纪我国步入城市化时代,城市的可持续发展要求城市空间的合理成长。然而,目前我国城市空间发展的理论研究却滞后于实际的规划。同时,伴随着城市化进程的加快以及城市人口和用地规模的不断扩大,城市土地利用结构也将随之变化。城市空间结构的演化体现出了科技的进步以及社会结构、经济结构和政治结构的变革。城市区域空间结构的研究揭示了空间结构演化的形态和机制,探讨了相应的调控理论、调控模式及措施。城市系统的研究重点在于揭示客观事物的演化历程和动力机制、预测城市空间的未来发展和演化路径。本文从地理时空模拟的角度出发,基于SLEUTH模型综合运用GIS、Markov理论、元胞自动机和空间经济学,构建区域空间演变模型。在模型中,以城市范围、交通等时空数据为基础,根据区域地理空间历史变化提取演变规则；利用基于元胞自动机的SLEUTH模型和随机方法模拟区域地理元胞的生长、繁殖和消亡。并分别对河北省保定市和唐山市的区域时空演变模拟进行实证研究,对其演变过程及区域空间演变机理进行深入分析,探讨了保定市和唐山市区域空间结构优化的设想和策略。第一部分是绪论部分。对研究背景意义、国内外的研究现状进行论述,并对区域空间演变模拟的可行性进行了分析。第二部分介绍区域空间结构演变的理论基础。介绍地理模拟系统和区域空间结构演变的联系,对元胞自动机的结构体系进行了系统的探讨。第三部分介绍城市空间扩展SLEUTH模型原理。分析介绍SLEUTH模型的理论方法和主要思路,以及模型构建所需的基本要素。第四部分基于SLEUTH模型,以河北省保定市遥感影像等数据为基础对区域空间演变模拟模型理论做初步的实证研究。论述和分析了保定市空间结构演变过程中城市化、边聚及群聚效应的扩展情况。通过区域空间结构演变及现状分析出县市合并有利于保定市区域空间发展。将城市周边的县级市纳入大城市行政区范围,有利于行政集权的整合和资源发展,为区域规划和协调发展创造条件。第五部分分析保定市区域空间结构演变机制及优化。根据未来保定市城市空间结构的优化设想和策略,提出了区域空间发展的相应对策。1、大城市化发展战略。大城市化过程中产生的规模经济效应将会带动区域内的整体发展；同时考虑优化中心城区用地布局,以提升中心城区实力。2、融入京、津、冀经济圈。保定城市化的发展过程中,需要通过产业结构升级和产业聚集度加速城市化进程,通过融入京津冀经济发展圈,实现资源共享、优势互补以及通过区域间的竞争提高自身的效率和竞争力优势。通过经济圈内核心城市的辐射以及扩散功能促进其城市化功能。3、促进区域协调发展。保定区域空间的发展趋势,为保定市空间的扩展奠定了坚实的基础,同时也为京津石的接轨打下了坚实的经济基础。4、优化生产力布局,提高产业聚集度。加强边缘区工业组团的建设,促进城市外围地区良性发展。第六部分以河北省唐山市遥感影像等数据为基础,基于地质灾害分布特征,运用SLEUTH模型对唐山市区域空间演变进行模拟和预测。模拟结果分析得出地形坡度对城市发展的巨大影响,唐山市的北部为山地、丘陵地带,滑坡等地质灾害频发,该区域的城市化速率远远小于其他区域。说明地形和地质灾害对城市化发展具有显著的影响。第七部分通过唐山市各时期城市规划,结合模型预测结果分析,探讨唐山区域空间发展的新趋势。唐山城市空间由过去的集中扎堆式,逐步形成空间总体发展的三大片模式；重点逐步转向沿海城市。根据城市发展进程中存在的地质灾害防治、土地利用规划和城镇发展问题的讨论,提出促进唐山区域空间发展的建议：1、优化产业格局。对区域空间进行合理的规划,通过对城镇群、冀东沿海地区、次级中心城市三个重点发展地区的规划,理顺中心城市与县城、建制镇、工业点相互之间的关系,逐步形成协调的区域空间格局。2、合理规划城镇群结构。建立以市区为中心、以县市和滨海新城为纽带、以建制镇为依托的组团式城市群。构造以中心区为主体、以南部沿海城市带及北部山前城市带为两翼的城市发展格局,促进大中小城市和小城镇的协调发展。3、加速城区间的道路建设。结合唐山市的布局特点对道路交通系统进行统一规划,完善各群体之间的道路交通系统及各城镇内部的道路交通系统规划。4、加强区域内协作。加强京津冀北地区协调发展,促进环渤海区域经济发展。通过协调发展,加速生产要素聚集,形成产业发展、双向开放的新优势；形成产业协调发展的格局。第八部分是结论和展望。总结了基于SLEUTH模型的区域空间演变模型的主要结论以及研究的不足之处。本研究的主要贡献在以下几个方面：1.借鉴地理学、经济学等多学科理论,在SLEUTH模型的基础上,引入系统科学及复杂性科学思想,模拟区域空间演化,为区域空间结构研究提供了新的研究视角和理论基础。2.将区域空间结构演变研究建立在城市化研究的基础上,对区域空间发展模式进行了探讨。理论研究与实证分析紧密结合,提出了一个较完整的研究思路并构建了一套新的区域空间结构研究框架。3.系统地论述了河北省保定市区域空间结构演变过程和机制,深入分析了城市空间结构转变的现状及存在的问题,提出了对保定市区域空间结构优化的对策和建议,具有一定的现实意义。4、在地质灾害分析的基础上,对唐山市区域空间演化进行了模拟预测。通过对唐山市各时期城市规划的分析并结合唐山市城市发展过程的现状,提出对唐山市区域空间发展的对策和建议。

全文目录

作者简介  5-6
摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
第一章绪论  14-23
  1.1 研究背景及意义  14-15
    1.1.1 研究背景  14-15
    1.1.2 研究意义  15
  1.2 区域空间演变的国内外研究现状  15-20
    1.2.1 国外研究进展  15-17
    1.2.2 国内研究进展  17-18
    1.2.3 区域空间演变的模型  18-20
  1.3 研究方法、技术路线  20-23
    1.3.1 研究方法  20-21
    1.3.2 技术路线  21-23
第二章区域空间演变模型的理论基础  23-30
  2.1 地理模拟系统  23-25
    2.1.1 地理模拟系统的发展  23-24
    2.1.2 地理模拟系统在地理研究中的重要性  24
    2.1.3 地理模拟系统的研究内容与手段  24
    2.1.4 地理模拟系统与GIS  24-25
  2.2 元胞自动机  25-30
    2.2.1 元胞自动机概述  25-26
    2.2.2 基于元胞自动机的地理模拟  26-30
第三章城市空间扩展模拟:SLEUTH模型  30-44
  3.1 SLEUTH模型原理  30-33
    3.1.1 SLEUTH模型  30-33
  3.2 SLEUTH模型的调试环境和调试过程  33-36
    3.2.1 编译软件和编译环境  33
    3.2.2 SLEUTH模型的调试  33-36
  3.3 模型的数据构成  36-44
    3.3.1 数据输入  36
    3.3.2 模式控制文件  36-37
    3.3.3 数据输出  37-38
    3.3.4 模型校准  38-39
    3.3.5 源码解析  39-44
第四章河北省保定市区域演化SLEUTH模型  44-58
  4.1 保定市概况  44-47
    4.1.1 自然地理概况  45
    4.1.2 社会经济概况  45-46
    4.1.3 现存问题  46-47
  4.2 研究区域选取  47
  4.3 区域一体化和研究思路  47-48
    4.3.1 撤县设区和区域一体化  47
    4.3.2 研究思路  47-48
  4.4 基础数据的收集与处理  48-53
    4.4.1 数据源  48
    4.4.2 数据处理  48-49
    4.4.3 输入数据的建立  49-53
    4.4.4 模型的运行环境  53
    4.4.5 自修改规则说明  53
  4.5 保定城市演化模拟  53-55
    4.5.1 演化预测  53-54
    4.5.2 结果分析  54-55
  4.6 保定市区域空间演化模拟  55-57
    4.6.1 演化预测结果  55-56
    4.6.2 结果分析  56-57
  4.7 结果对比分析  57-58
第五章保定市城市空间扩展动力机制研究与区域空间发展建议  58-63
  5.1 城市化研究  58-59
    5.1.1 城市化  58-59
  5.2 城市空间扩展研究  59-60
    5.2.1 城市空间扩展机制  59
    5.2.2 城市空间扩展模式  59
    5.2.3 城市建设空间扩展的动力机制  59-60
  5.3 保定市城市空间发展现状  60-62
    5.3.1 保定市城市化分析  60-62
  5.4 保定市城市空间发展建议与对策  62-63
第六章河北省唐山市区域概况与数据处理  63-77
  6.1 唐山市概况及研究区域选取  63-70
    6.1.1 自然地理概况  64-66
    6.1.2 区域地质构造背景和发震构造  66-68
    6.1.3 地质灾害  68-69
    6.1.4 社会经济概况  69-70
  6.2 唐山市地理数据的采集处理  70-74
    6.2.1 数据源  70-71
    6.2.2 数据处理  71
    6.2.3 输入数据集的建立  71-73
    6.2.4 模型的运行环境  73-74
  6.3 唐山市空间扩展时空动态模拟与预测演化预测  74-77
    6.3.1 演化结果  74-75
    6.3.2 结果分析  75-77
第七章唐山市区域空间扩展研究  77-82
  7.1 唐山市城市规划建设  77-80
    7.1.1 唐山市历年城市发展规划  77-79
    7.1.2 城市规划讨论分析  79-80
  7.2 唐山市区域空间发展对策分析  80-82
第八章结论与展望  82-84
  8.1 论文总结  82-83
  8.2 主要不足  83
  8.3 研究展望  83-84
致谢  84-85
参考文献  85-91

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