土地利用覆盖变化的空间模型
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① 确定参加空间分配的栅格单元。（“保护栅格”、 ELASU =1不参与分配运算） ② 计算各土地利用类型在每个栅格单元上的总概率。
③ 对各土地利用类型赋相同的迭代变量值，并按照每一栅格单元上各土地利用 类型分布的总概率从大到小对各栅格的土地利用变化进行初次分配。 ④ 对初次分配面积进行比较，若土地利用初次分配面积小于土地需求面积则 增大迭代变量值；反之，则减小迭代变量值，然后进行土地利用变化的第二 次分配。 ⑤ 重复步骤2-4，直到各土地利用类型的分配面积与土地需求面积相等为止， 然后保存该年的分配图，并开始下一年土地利用变化的分配。
4、空间特征
基于土地利用类型转变发生在其最有可能出现的位置的理论
驱动因子影响土地利用空间分布
利用Logistic回归方法计算各驱动因子对土地利用变化的影响， 形成各用地类型的空间分布率，即各种土地利用类型的空间分 布适宜性。 通过ROC曲线对回归方程进行检验
5、空间分配过程
方法： 迭代方法 过程
空间模型分类
GEOMOD模型
基于元胞自动机的土地利用/土地覆被变化的模 拟模型。
SLEUTH模型
由Clarke(1997)基于元胞自动机的城市增长模型 (UGM)和土地利用/土地覆盖模型（DLM）基础上的 集成。 ……..
CLUE-S模型
（the conversion of Land Use and its Effects at Small region extent）
三、土地利用变化的空间模型
近10多年来，LUCC模型发展从非空间模型转为以空间模型为主。 空间模型借助于计算机技术、遥感技术和GIS技术。 探索研究一定时空尺度的LUCC的空间显性分布和格局特征，并 分析研究自然、人类等驱动因子对LUCC影响的空间差异性。
CLUE-S模型
是在CLUE模型的基础上开发的土地利用变化模拟模型。
Βιβλιοθήκη Baidu
3.主要用于发现土地利用变化的热点地区。 3.不仅可以发现土地利用变化的 热点地区，还可以模拟近期土地 利用变化的情景。
CLUE-S模型的假设条件
一个地区的土地利用变化是受该地区的土地利用需求驱动 的，并且一个地区的土地利用分布格局总是和土地需求以 及该地区的自然环境和社会经济状况处在动态的平衡之中。
在此假设的基础上，CLUE-S模型运用系统论的方法处理 不同土地利用类型之间的竞争关系，实现对不同土地利 用变化的同步模拟。
非空间土地需求模块
CLUE-S模型
（概念层面）
土地利用变化空间分配模块 非空间模块
主要计算研究区内由土地需求驱动因素导致的土地利用类型数量的变化。 空间模块 把非空间土地需求模块计算出的土地需求结果分配到研究区的空间位 置上，达到空间模拟的目的。
CLUE-S模型模块的组成
1、土地利用类型转换规则
（受土地利用类型变化可逆性的影响） 土地利用类型转移弹性 表示：0~1的相对弹性系数（ELASU）。
表明转换可能性的大小。 数值越接近于1表示转移的可能性越小：如建设用 地向其他地类的转换；数值越接近于0表示转移的 可能性越大，如未利用地向其他地类的转换。
由荷兰瓦赫宁根大学的P.H. Verburg等科学家在CLUE模型的基础 上开发创建而成的。 在CLUE模型基础上，为在较小尺度上模拟土地利用变化及其环 境效应而进行的改造。
CLUE模型
CLUE模型是一种以系统理论，考虑社会经济和生物物理驱动
因子，并综合分析土地变化的多尺度动态模型。主要应用于国 家和大陆尺度的土地利用研究。 需求模块
土地利用变化空间分配步骤
CLUE-S模型的应用
应用技术路线
CLUE-S模型应用所需数据
基础地理数据
土地覆盖分布图 交通图 水系图 城镇分布图 DEM数据 ……
统计数据
来源于统计报告或统计年鉴等资料
CLUE-S模型的应用举例
1. 对所获取遥感数据进行预处理，并重新划分土地利用类型。
2. 在考虑相关性、可获得性和可用性的基础上选择驱动因子。
组成模块：
人口模块 产量模块
空间分布
土地利用类型转换驱动力
3方面
土地利用需求 土地利用转换系数
分析综合获得土地空间利用类型的分配
CLUE和CLUE-S模型的比较
CLUE模型
1.适用于大尺度的宏观研究。 2.模拟单元的土地利用特征用复合类型表 示，即不同土地利用类型所占的百分比。
CLUE-S模型
1.适用于较小尺度空间的研究。 2.模拟单元的土地利用特征用主 要的土地利用类型表示。
3. 通过回归模型进行计算得出回归系数，并用ROC曲线进行检验。
4. 进行需求分析，综合考虑土地利用状况及其未来的经济社会 发展，假定不同情境下的土地利用需求。
5. 土地利用变化弹性系数的确定。
CLUE-S模型的特点：
自然驱动因子与人文驱动因子的综合
综合性
空间分析与非空间分析的综合 基于经验的统计模型和基于过程的动态模型
提高CLUE-S模型对土地利用变化模拟的精度。
推广模型的应用范围，使其更广的研究领域得到应用， 如生态安全格局的构建、经济社会发展等。
CLUE-S模型需要改善的问题
• CLUE-S模型与其他模型，尤其是数学、经济学、 统计学领域模型的耦合度有待提高。 • 现实生活中土地利用变化和经济社会发展并不能 完全同步而引发的土地供给（空间分析模块）和 土地需求（费空间分析模块）之间的平衡假设问 题。 • 土地利用变化的规程效应问题。CLUE-S模型的模 拟只能反映“均衡”状态下某一时点的土地利用 格局，对状态前的类型变化过程和效应缺乏度量 手段。
土地利用类型转移次序
2、土地政策和限制区域
区域性限制因素 自然保护区、基本农田保护区
限定模拟结果中某一特定区域不发生变化
政策性限制因素 禁止采伐森林等
限定某一特定地类不发生转变
3、土地需求
通过外部模型进行计算或估算，如部门需求平衡、线性 回归、经济学模型等。
限定模拟过程中每种土地利用类型的变化量
开放性 空间性
驱动因子的开放性 土地需求计算的开放性
竞争效率性
模拟多种同时发生的土地利用方式变化
CLUE-S模型的应用方式：
1. 直接运用CLUE-S模型。
2. 将CLUE-S模型与其它模型结合使用， 通过其它模型外推土地需求。 3. 对CLUE-S模型进行改进，使其更完善、 能适应特定区域。
CLUE-S模型的发展趋势
③ 对各土地利用类型赋相同的迭代变量值，并按照每一栅格单元上各土地利用 类型分布的总概率从大到小对各栅格的土地利用变化进行初次分配。 ④ 对初次分配面积进行比较，若土地利用初次分配面积小于土地需求面积则 增大迭代变量值；反之，则减小迭代变量值，然后进行土地利用变化的第二 次分配。 ⑤ 重复步骤2-4，直到各土地利用类型的分配面积与土地需求面积相等为止， 然后保存该年的分配图，并开始下一年土地利用变化的分配。
4、空间特征
基于土地利用类型转变发生在其最有可能出现的位置的理论
驱动因子影响土地利用空间分布
利用Logistic回归方法计算各驱动因子对土地利用变化的影响， 形成各用地类型的空间分布率，即各种土地利用类型的空间分 布适宜性。 通过ROC曲线对回归方程进行检验
5、空间分配过程
方法： 迭代方法 过程
空间模型分类
GEOMOD模型
基于元胞自动机的土地利用/土地覆被变化的模 拟模型。
SLEUTH模型
由Clarke(1997)基于元胞自动机的城市增长模型 (UGM)和土地利用/土地覆盖模型（DLM）基础上的 集成。 ……..
CLUE-S模型
（the conversion of Land Use and its Effects at Small region extent）
三、土地利用变化的空间模型
近10多年来，LUCC模型发展从非空间模型转为以空间模型为主。 空间模型借助于计算机技术、遥感技术和GIS技术。 探索研究一定时空尺度的LUCC的空间显性分布和格局特征，并 分析研究自然、人类等驱动因子对LUCC影响的空间差异性。
CLUE-S模型
是在CLUE模型的基础上开发的土地利用变化模拟模型。
Βιβλιοθήκη Baidu
3.主要用于发现土地利用变化的热点地区。 3.不仅可以发现土地利用变化的 热点地区，还可以模拟近期土地 利用变化的情景。
CLUE-S模型的假设条件
一个地区的土地利用变化是受该地区的土地利用需求驱动 的，并且一个地区的土地利用分布格局总是和土地需求以 及该地区的自然环境和社会经济状况处在动态的平衡之中。
在此假设的基础上，CLUE-S模型运用系统论的方法处理 不同土地利用类型之间的竞争关系，实现对不同土地利 用变化的同步模拟。
非空间土地需求模块
CLUE-S模型
（概念层面）
土地利用变化空间分配模块 非空间模块
主要计算研究区内由土地需求驱动因素导致的土地利用类型数量的变化。 空间模块 把非空间土地需求模块计算出的土地需求结果分配到研究区的空间位 置上，达到空间模拟的目的。
CLUE-S模型模块的组成
1、土地利用类型转换规则
（受土地利用类型变化可逆性的影响） 土地利用类型转移弹性 表示：0~1的相对弹性系数（ELASU）。
表明转换可能性的大小。 数值越接近于1表示转移的可能性越小：如建设用 地向其他地类的转换；数值越接近于0表示转移的 可能性越大，如未利用地向其他地类的转换。
由荷兰瓦赫宁根大学的P.H. Verburg等科学家在CLUE模型的基础 上开发创建而成的。 在CLUE模型基础上，为在较小尺度上模拟土地利用变化及其环 境效应而进行的改造。
CLUE模型
CLUE模型是一种以系统理论，考虑社会经济和生物物理驱动
因子，并综合分析土地变化的多尺度动态模型。主要应用于国 家和大陆尺度的土地利用研究。 需求模块
土地利用变化空间分配步骤
CLUE-S模型的应用
应用技术路线
CLUE-S模型应用所需数据
基础地理数据
土地覆盖分布图 交通图 水系图 城镇分布图 DEM数据 ……
统计数据
来源于统计报告或统计年鉴等资料
CLUE-S模型的应用举例
1. 对所获取遥感数据进行预处理，并重新划分土地利用类型。
2. 在考虑相关性、可获得性和可用性的基础上选择驱动因子。
组成模块：
人口模块 产量模块
空间分布
土地利用类型转换驱动力
3方面
土地利用需求 土地利用转换系数
分析综合获得土地空间利用类型的分配
CLUE和CLUE-S模型的比较
CLUE模型
1.适用于大尺度的宏观研究。 2.模拟单元的土地利用特征用复合类型表 示，即不同土地利用类型所占的百分比。
CLUE-S模型
1.适用于较小尺度空间的研究。 2.模拟单元的土地利用特征用主 要的土地利用类型表示。
3. 通过回归模型进行计算得出回归系数，并用ROC曲线进行检验。
4. 进行需求分析，综合考虑土地利用状况及其未来的经济社会 发展，假定不同情境下的土地利用需求。
5. 土地利用变化弹性系数的确定。
CLUE-S模型的特点：
自然驱动因子与人文驱动因子的综合
综合性
空间分析与非空间分析的综合 基于经验的统计模型和基于过程的动态模型
提高CLUE-S模型对土地利用变化模拟的精度。
推广模型的应用范围，使其更广的研究领域得到应用， 如生态安全格局的构建、经济社会发展等。
CLUE-S模型需要改善的问题
• CLUE-S模型与其他模型，尤其是数学、经济学、 统计学领域模型的耦合度有待提高。 • 现实生活中土地利用变化和经济社会发展并不能 完全同步而引发的土地供给（空间分析模块）和 土地需求（费空间分析模块）之间的平衡假设问 题。 • 土地利用变化的规程效应问题。CLUE-S模型的模 拟只能反映“均衡”状态下某一时点的土地利用 格局，对状态前的类型变化过程和效应缺乏度量 手段。
土地利用类型转移次序
2、土地政策和限制区域
区域性限制因素 自然保护区、基本农田保护区
限定模拟结果中某一特定区域不发生变化
政策性限制因素 禁止采伐森林等
限定某一特定地类不发生转变
3、土地需求
通过外部模型进行计算或估算，如部门需求平衡、线性 回归、经济学模型等。
限定模拟过程中每种土地利用类型的变化量
开放性 空间性
驱动因子的开放性 土地需求计算的开放性
竞争效率性
模拟多种同时发生的土地利用方式变化
CLUE-S模型的应用方式：
1. 直接运用CLUE-S模型。
2. 将CLUE-S模型与其它模型结合使用， 通过其它模型外推土地需求。 3. 对CLUE-S模型进行改进，使其更完善、 能适应特定区域。
CLUE-S模型的发展趋势