摘 要

土地利用和覆盖变化(LUCC)总是伴随着生态环境和社会经济的变化，不合理的土地利用方式，给人类带来了巨大的环境代价。土地利用演化的数学模型是LUCC的核心部分，在理解和解释人类-环境的复杂关系中发挥着重要作用。清江流域山地众多，耕地资源相对贫乏，近些年来，随着清江流域的经济发展模式由传统的农业转向旅游业，该地区的土地利用方式发生了显著的变化。本研究以清江中下游地区的2000、2008和2015年的遥感影像数据为基础，先分析了该地区的土地利用变化现状和趋势，再通过CA-Markov模型，考虑自然、社会经济等因子的影响，预测了2022年的土地利用情况，结果表明2022年的土地利用情况符合清江流域的生态旅游发展模式。本研究揭示了清江流域土地利用动态变化趋势，为清江流域生态建设、环境保护及区域可持续发展提供了参考依据。

关键词：清江流域；土地利用变化；CA-Markov模型；土地利用演化特征

Abstract

Land use and land cover change (LUCC) always accompanied by the ecological and socio-economic changes, improper land use brought a huge cost to deal with environment. The mathematical model on the simulation of land use is a core part of LUCC, which plays an important role in understanding and explaining the complex human-environment relation. Qingjiang River basin has large mountain area but lack of cultivated land resources. In recent years, its economic development mode shift from traditional agriculture to tourism and the pattern of land use in this area is changing significantly. This study based on territory remote sensing image data of the Qingjiang River basin in 2000, 2008 and 2015. Firstly, analysis the current situation and tendency of land use change in Qingjiang River basin. Then considering the effect of natural and socioeconomic factor, through the CA-Markov model to predict the land use in 2022 year of the middle and lower reaches of Qingjiang River, the result show that the land use of 2022 accords with the development mode in Qingjiang River basin which is development odor ecological tourism. This study revealed the trends of land use dynamic change in Qingjiang River basin, can provide scientific basis of ecological construction, environmental protection and sustainable development of Qingjiang River basin.

Key Words：The Qingjiang river valley, land use change, CA-Markov model, characteristics of land use evolvement

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究进展 1

1.2.1国外研究进展 2

1.2.2国内研究进展 2

1.2.3 CA-Markov研究进展 3

1.3研究目标 3

1.4研究内容 3

1.5技术路线 4

第2章 研究方法概述 6

2.1马尔科夫模型(Markov) 6

2.1.1几个基本概念 6

2.1.2状态转移概率的计算 7

2.2元胞自动机模型概述 7

2.2.1元胞自动机的概念 7

2.2.2元胞自动机的构成 8

2.3 CA-Markov模型 9

第3章 清江流域概况与数据处理 11

3.1清江流域概况 11

3.1.1地理位置 11

3.1.2自然条件 12

3.1.3经济社会条件 13

3.2 数据收集 14

3.2.1栅格数据收集 14

3.2.2矢量数据收集 15

3.3数据处理 15

3.3.1影像数据预处理与分类 15

3.3.2坡度数据处理 20

第4章 清江中下游土地利用时空变化特征分析 21

4.1 影像数据初步分析 21

4.2 土地利用类型面积变化 21

4.3 土地利用演化特征分析 23

4.3.1 土地利用动态度 23

4.3.2 土地利用程度指数 25

4.3.3 转换空间特征表现 26

第5章 基于CA和Markov模型的土地利用预测分析 28

5.1 CA-Markov模型的构建 28

5.1.1 元胞、元胞空间和元胞状态的定义 28

5.1.2 邻域的定义 28

5.1.3 转换规则的定义 28

5.1.4 时间的定义 28

5.2 土地变化的面积转移矩阵和转移概率矩阵 29

5.3 土地利用变化的适宜性图集建立 29

5.3.1约束条件的确定 30

5.3.2适宜性图集的生成 32

5.4 模型验证与预测 32

5.5 预测结果分析 35

5.6 清江中下游地区未来土地利用发展建议 36

第6章 结论与展望 38

6.1研究结论 38

6.2问题与展望 39

参考文献 40

致谢 42

第1章 绪论

1.1研究背景

人类生活在一个人与环境相互作用的复杂的地球系统中，人类全部生存在土地上，绝大部分的生产也必须依赖土地，土地系统是“人类-环境”相互作用的纽带和桥梁^[1]。土地利用和土地覆盖变化(LUCC)总是伴随着世界人口和生态环境的变化，国内外的大量研究表明，LUCC对生态环境因素产生直接或间接的影响，这些影响反馈作用于生态、社会和经济环境，进而影响区域和全球的可持续发展。

人类的生活生产，特别是近一百年来，随着技术和经济的高速增长，剧烈地改变着地球表层的土地利用方式和土地覆被；但同时，不合理的土地利用，给人类带来了巨大的环境代价。在生态环境急剧恶化的情况下，人类又需要花费巨大的经济代价去改善生态环境，从而再次去改变土地利用和覆盖。为了到达一个良性循环，就必须要对LUCC的影响因子、变化机制进行研究。