基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法，属于数据处理领域，包括如下步骤：一，获取城乡建设用地扩展空间的相关观测值；二，确定GWR模型回归方程及相关参数数据；三，将观测值代入GWR模型回归方程计算模拟值；四，计算学生化残差；五，根据残差分析城乡建设用地扩展空间细部特征。本发明专利技术以地理空间加权回归模型的残差空间分布为基础，通过模型残差表达观测值与模型模拟值之间的差别，分析城乡建设用地布局的发展热点和冷点区域，从微观的角度研究区域城乡建设用地扩展的空间细部特征，为城乡建设用地布局的调整提供决策的支持，以便城乡得到更好的规划和建设。

Analysis of spatial characteristics of urban and rural construction land expansion based on GWR

The invention discloses a method for GWR analysis of urban and rural construction land expansion based on the detail characteristics, belongs to the field of data processing, which comprises the following steps: first, access to relevant observation space of urban and rural construction land expansion value; two, determine the GWR regression model and related parameters according to the number of three; the observed value by GWR model simulated calculation equation; four, calculating the Studentized Residual; five, according to the residual analysis of urban and rural construction land expansion space features. The present invention based on geographic space weighted regression model based on residual space distribution, and the difference between the simulated values observed by model residual expression, analysis of regional development layout of hot and cold spots in the urban and rural construction, the space features of land expansion of urban and rural construction research area from microcosmic angle, for urban and rural construction land the adjustment of the layout and provide decision support, in order to get a better urban and rural planning and construction.

【技术实现步骤摘要】
基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法
本专利技术涉及数据处理领域，具体的涉及一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法。
技术介绍
城镇化的过程引起城乡用地及土地覆盖的剧烈变化，从而影响区域生态环境或通过影响区域生态环境以累积方式进一步影响城乡的发展。因此城乡建设用地的利用及其变化，近年来越来越引起人们的研究兴趣。国外早期的城乡形态研究多基于定性分析，近年来，GIS空间分析、数理统计、文献分析、系统动力学以及分形理论、自组织理论、景观生态学理论等的应用为城乡形态研究提供了定量分析平台。比较典型的研究方法包括城市形态的分形研究；基于元胞自动机的城乡边界生长和演化模拟；Andersson等利用基于马尔可夫随机场的改进模型重建了城乡形态的一系列重要特征，假设城乡扩展机理下城乡宏观状态的统计特征，并与基于先验知识和其他模型模拟结果进行比较；自组织理论在城乡形态研究中的应用主要集中在城市自组织与城市变革方面。在我国，利用卫星遥感影像进行城市扩展的分析模拟研究自80年代不断涌现，90年代之后成为研究热点。大量研究集中在城市及其周边用地扩展模式，城市边缘带扩展，大城市边缘区土地利用时空格局分析模拟，大城市土地利用类型的转变，城市扩展的驱动机制，城市扩展带来的生态环境效应等方面。目前，越来越多的学者开始关注应用多学科交叉的方法进行城市扩展，城市边缘区土地利用变化的研究，如贾华等基于灰色局势决策，从变化机制上对土地利用变化进行了模拟；张新长等借助地理信息系统工具，通过定性与定量相结合的方法研究土地利用变化情况；卓莉等提出基于夜间灯光图像像元灯光强度的时间变化特征划分城市用地空间扩展类型。综上所述，国内外关于城乡建设用地扩展的研究，多从宏观和趋势的角度进行，能够很好的从较小的尺度上揭示城乡建设用地扩展的规律和问题。但是，对局部的城乡建设用地扩展变化以及城乡建设用地扩展变化的内部突变的关注较少，从而影响到了城乡布局的微观决策。
技术实现思路
1.要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题在于提供一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法，其以地理空间加权回归模型的残差空间分布为基础，通过模型残差表达现状值与模型模拟值之间的差别，分析城乡建设用地布局的发展热点和冷点区域，从微观的角度研究区域城乡建设用地扩展的空间细部特征，为城乡建设用地布局的调整提供决策的支持。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术采取如下技术方案：GWR模型是一般的全局回归模型向局部回归模型的拓展，它的主要思想是空间上某一点的特征值受邻近观测点特征值的影响，并且这种影响会随着距离的增加逐渐降低，即距离近的观测点较之距离远的观测点对其影响大据此，在回归方程的建立过程中，GWR模型允许因变量和自变量在空间不同位置上存在不同的关系，并且这种关系在GWR模型中通过一个连续的参数表面进行描述。GWR模型的一个重要应用就是通过模型输出参数的分布来分析空间上的异质性或者局部趋势与全局趋势的关系。一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法，包括如下步骤：(1)收集土地利用数据、遥感影像数据、基础地理数据、专题规划数据，对上述数据进行预处理：包括纸质图件数字化、统计数据空间化、地形分析、及规划数据提取，获得观测值和相对固定参数；(2)建立GWR模型，其回归方程如下：其中，yi因变量在i点的观测值，xik是i点第k个自变量的观测值，(ui,vi)表示空间上的i点的坐标，βik(ui,vi)是连续函数βk(u,v)在点i处的一个值，即i点第k个自变量的系数,xi1,xi2,...,xip是点i处的自变量，εi是i点的误差值；式中误差项通常假设为均值为0、方差为常数的独立的正态分布，即εi～N(0,σ2)；(3)将观测值代入GWR模型的回归方程，计算模型模拟值；(4)利用学生化残差比较模型模拟值与观测值，所述学生化残差的计算公式如下：式中，ei＝residual(＝yi-y)，(5)根据学生化残差分析城乡用地拓展空间细部特征：残差的绝对值表示模型模拟值相对于观测值的偏离程度，残差绝对值越大，则表示相对于观测值的偏离越大，正的残差越大则表示“模拟不足”现象越突出，负的残差越小则表示“模拟过度”现象越显著。具体地，步骤(1)中所述观测值为城乡建设用地现状分布栅格数据，该数据通过分析土地利用数据、遥感影像数据获得，并基于城乡建设用地现状分布栅格数据和基础地理数据绘制城乡建设用地现状图；所述相对固定参数为城乡建设用地规模约束及城乡建设用地管制分区约束，它们通过分析专题规划数据获得。具体地，所述步骤(2)中代入了相对固定参数及GWR模型的回归参数，所述GWR模型的回归参数根据实际情况而确定。具体地，所述步骤(4)中以等于2的残差绝对值作为奇异值的分割点，绝对值大于2的学生化残差则代表观测点相对于周边位置的变化差异显著，是发展变化的突变点。具体地，所述步骤(5)中“模拟不足”现象代表城乡建设用地扩展较为剧烈的地带；“模拟过度”现象代表城乡建设用地扩展相对缓慢或者衰减的地带。3.有益效果(1)区域内各经济单元之间及其内部的城乡建设用地发展存在过冷或者过热的点，这对今后的城乡建设用地布局调整会产生一定的影响。本专利技术利用地理空间加权回归模型中的残差空间分布，对城乡建设用地布局的空间细部特征进行分析，分析城乡建设用地布局的发展过度区域和发展不足区域，为城乡建设用地布局的调整及之后的规划提供决策的支持。(2)基于利用GWR模型模拟区域城乡建设用地的扩展，利用“模拟不足”和“模拟过度”的现象，进行城乡建设用地细部空间差异的分析。可以发现GWR模型的模拟结果和输出参数能够有效用于城乡建设用地扩展的细部特征的识别：学生化残差可以用于分析和识别城乡建设用地扩展的局部奇异值，发现“发展过度”和“发展不足”地带。进而，从微观的角度为区域城乡建设用地扩展的空间细部特征进行研究，为今后城乡建设用地布局的调整产生决策上的支持。附图说明图1为本专利技术的步骤框图；图2为实施例中的土地利用规划数据处理结果图；其中，(a)为城乡建设用地管制分区图，(b)为城乡建设用地规划布局图；图3为实施例中的细部空间差异分析示意图；其中，(a)表示输入值，(b)表示模拟值，(c)为残差分布图；图4为实施例中的城乡建设用地指标示意图；图5为实施例中新增城乡建设用地布局图；图6为实施例中的GWR模型输入值图；图7为实施例中的GWR模型模拟结果图；图8为实施例中的城乡建设用地细部空间差异分布图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例根据图1所示，一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法，包括如下步骤：(1)收集土地利用数据、遥感影像数据、基础地理数据、专题规划数据，对上述数据进行预处理：包括纸质图件数字化、统计数据空间化、地形分析、及规划数据提取，获得观测值和相对固定参数；(2)建立GWR模型，其回归方程如下：其中，yi因变量在i点的观测值，xik是i点第k个自变量的观测值，(ui,vi)表示空间上的i点的坐标，βik(ui,vi)是连续函数βk(u,v)在点i处的一个值，即i点第k个自变量的系数,xi1,xi2,...,xip是点i处的自变量，εi是i点的误差值；式中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)收集土地利用数据、遥感影像数据、基础地理数据、专题规划数据，对上述数据进行预处理：包括纸质图件数字化、统计数据空间化、地形分析、及规划数据提取，获得观测值和相对固定参数；(2)建立GWR模型，其回归方程如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于GWR分析城乡建设用地扩展空间细部特征的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)收集土地利用数据、遥感影像数据、基础地理数据、专题规划数据，对上述数据进行预处理：包括纸质图件数字化、统计数据空间化、地形分析、及规划数据提取，获得观测值和相对固定参数；(2)建立GWR模型，其回归方程如下：其中，yi因变量在i点的观测值，xik是i点第k个自变量的观测值，(ui,vi)表示空间上的i点的坐标，βik(ui,vi)是连续函数βk(u,v)在点i处的一个值，即i点第k个自变量的系数,xi1,xi2,...,xip是点i处的自变量，εi是i点的误差值；式中误差项通常假设为均值为0、方差为常数的独立的正态分布，即εi～N(0,σ2)；(3)将观测值代入GWR模型的回归方程，计算模型模拟值；(4)利用学生化残差比较模型模拟值与观测值，所述学生化残差的计算公式如下：式中，ei＝residual(＝yi-y)，(5)根据学生化残差分析城乡用地拓展空间细部特征：残差的绝对值表示模型模拟值相对于观测值的偏离程度，残差绝对值越大，则表示相对于观测值的偏离越大，正的残差越大则表示“模拟不足”现象越突出，负的残差越小则表示“...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡栋，
申请(专利权)人：江苏警官学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32