一种基于“天-地-生”的城市群土地环境影响评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于“天-地-生”的城市群土地环境影响评价方法。从土地环境立体三维连续时空的角度出发，建立了土地环境影响要素耦合系统的评价指标体系，再从土地环境天、地、生3个方面，采用改进的灰色关联分析，构建基于“天－地－生”模式的城市群土地环境要素交互作用的关联耦合模型，最后定量分析城市群土地环境系统天、地、生要素的耦合特征，进行城市群土地环境影响评价。本发明专利技术的优点是建立基于“天－地－生”模式的土地环境演变要素耦合关联模型，充分考虑土地环境时空连续拓扑特性，评价结果更能客观反映城市群土地环境的演化阶段，为解决土地环境影响评价单一尺度研究导致的限制土地利用科学规划与决策问题提供一种可行的方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。从土地环境立体三维连续时空的角度出发，建立了土地环境影响要素耦合系统的评价指标体系，再从土地环境天、地、生3个方面，采用改进的灰色关联分析，构建基于“天－地－生”模式的城市群土地环境要素交互作用的关联耦合模型，最后定量分析城市群土地环境系统天、地、生要素的耦合特征，进行城市群土地环境影响评价。本专利技术的优点是建立基于“天－地－生”模式的土地环境演变要素耦合关联模型，充分考虑土地环境时空连续拓扑特性，评价结果更能客观反映城市群土地环境的演化阶段，为解决土地环境影响评价单一尺度研究导致的限制土地利用科学规划与决策问题提供一种可行的方法。【专利说明】—种基于“天-地-生”的城市群土地环境影响评价方法
本专利技术属于地理信息系统(GIS)
，特别涉及。该方法从土地环境天、地、生方面，为土地环境质量评价提供一种结合地理信息系统(GIS)技术、代数学和几何学方法的基于“天-地-生”模式的城市群土地环境评价方法。
技术介绍
随着城市化进程的加速推进，我国的城市空间形态开始由单体型城市向都市圈、城市带等组合城市形态转换，城市群概念被越来越广泛地加以使用。目前城市群土地环境的研究现状中，学者们的研究多围绕在城市群地域结构、空间格局、空间承载力、城市竞争力等方面开展应用型土地利用变化规律的研究，理论和方法常采用地理学中的景观论与区位论、社会学中的行为论以及相关经济学理论等；而随着数学与计算机技术的普及，定量化研究土地利用变化也形成热点，模型大多侧重于土地利用空间变化机制研究。由于土地环境具有几大基本特性:整体性、区域性、动态性和相对稳定性，其环境要素类型较多且较复杂，具有较强的时空连续拓扑性。因此，如何从土地环境的连续时空拓扑特性出发，构建科学的土地环境时空演变影响因子体系，提出全面的土地环境影响评价方法，从而提高政府决策的科学化程度，是土地环境评价亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前对土地环境演变的自然、经济社会要素的时空单一性研究问题，克服缺少考虑土地环境的整体性、区域性、动态性和时空连续拓扑性的不足，提供。本专利技术的思路:从土地环境立体三维连续时空的角度出发，以定性与定量分析相结合的方法建立土地环境影响要素耦合系统的评价指标体系，从土地环境天、地、生3个方面，构建基于“天-地-生”模式的城市群土地环境要素交互作用的关联度模型和耦合度模型，定量揭示出城市群土地环境系统天、地、生要素的耦合特征，进行城市群土地环境影响评价。本专利技术是这样实现的:耦合是指两个或两个以上体系通过相互作用从一个向另一个传输能量的现象；概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。而土地环境作为一个相对完整且联系紧密的生态和地理系统，是一个立体的三维空间连续实体。其立体空间构成物质可大致划分为:地上层气候、小气候、部分植物、微生物和动物等；地表层有陆地水文、土壤、浅层地下水、部分植物、动物和微生物、人类活动的结果等；地下层有土壤层之下的岩石和深层地下水等。土地环境是各种自然的物理、化学、生物过程及人类的社会经济活动的结果，并使之成为一个立体的三维连续空间。因此，可以把土地环境与其影响要素子系统通过各自的耦合要素产生相互作用关系而彼此影响的现象假定为土地环境影响要素耦合。基于土地环境天、地、生三个层面出发，其中“天”是指土地上层的大气环境、气候环境等天文气象条件；“地”是指土地地表层的地形、地貌、水环境、地质构造、植被、水文、土壤等地理条件；“生”是指土地环境中的人类经济发展模式、人口、社会经济、土地利用方式、交通状况和文化特征等人文社会条件，按照其相互作用的耦合程度，从而构建土地环境演变的“天-地-生”模式。在土地环境系统中，天、地、生要素交互耦合关系为:土地要素变化作用于土地环境，而土地环境又产生反作用促使土地要素随时空发生变化。例如人类活动的主要方式就是土地利用，土地利用在改变土地环境因子、景观格局与物质能量循环的同时，影响了土壤的有机碳成分、土壤的养分循环和生态变化过程，也影响着区域土地环境系统服务功能；土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用(植被)、气象(降雨)、地形、土壤、人为活动等诸因子综合作用的结果。在土地环境系统循环中，只有各要素相互作用才能驱动区域土地环境向良性的方向演化与发展，这种复杂作用关系由土地环境的多维影响要素来关联。“天-地-生”模式揭示出土地环境演变中人地相互作用的循环链接关系，构成模式的基本层面；天、地、生各链节点的概念内涵总和构成准则层，并通过基本层面达到土地环境的整体演变。因此，“天-地-生”模式框架强调人与自然环境系统的整体性、和谐性、永续性以及时空的连续性，是一个纵向时空3层面、横向成链式、彼此紧密联系的循环框架体系。土地环境时空演变是由多重尺度上的土地环境多维要素(天、地、生)等多因子综合作用的结果，而“天、地、生”土地环境要素与土地环境时空演变同时存在内在关联性和规律性。将土地环境作为因变量Y，天、地、生综合要素分别作为A、E、L，则Y随时空变化的总量表达为:Y = f (A, E, L) + μ 其中，μ为随机误差项，A、E、L分别土地环境天、地、生影响综合值，反映城市群土地环境各天、地、生要素总和对其环境演变的耦合作用。本专利技术方法的具体步骤为:(I)在遵循科学性、综合性、可操作性、完备性、动态性、定性及定量分析原则的基础上，采用文献统计综合分析的方法，从人地关系理论出发，按照土地环境的连续立体三维空间特性，形成由天、地、生三个不同层面的一级指标，并将该子层面系统分别进行聚类分析与评价，确定土地环境演变的影响二级指标结构。(2)由于不同要素的数据具有不同的单位和量纲，因而其数值的差异会很大，对分类结果产生影响，因此对指标要素进行标准化处理，以消除指标之间变化趋势、量纲的不一致及数量级的差异现象，通过比重法计算进行指标的标准化处理，设有η个定量评价指标(Χι?Χ2?......，xn)，且已取得m个参评对象的指标的数据XijQ=U,......，m;j=l,2,......,η)为原始数据。【权利要求】1.，其特征在于具体步骤为: (1)在遵循科学性、综合性、可操作性、完备性、动态性、定性及定量分析原则的基础上，采用文献统计综合分析的方法，从人地关系理论出发，按照土地环境的连续立体三维空间特性，形成由天、地、生三个不同层面的一级指标，并将该子层面系统分别进行聚类分析与评价，确定土地环境演变的影响二级指标结构； (2)由于不同要素的数据具有不同的单位和量纲，因而其数值的差异会很大，对分类结果产生影响，因此对指标要素进行标准化处理，以消除指标之间变化趋势、量纲的不一致及数量级的差异现象，通过比重法计算进行指标的标准化处理，设有η个定量评价指标(X1,X2?......，xn)，且已取得m个参评对象的指标的数据XijQ=U,......，m;j=l,2,......,η)为原始数据； 【文档编号】G06F19/00GK103514377SQ201310478273【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日 【专利技术者】李景文, 陆妍玲, 黄志英 申请本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于“天?地?生”的城市群土地环境影响评价方法，其特征在于具体步骤为：(1)在遵循科学性、综合性、可操作性、完备性、动态性、定性及定量分析原则的基础上，采用文献统计综合分析的方法，从人地关系理论出发，按照土地环境的连续立体三维空间特性，形成由天、地、生三个不同层面的一级指标，并将该子层面系统分别进行聚类分析与评价，确定土地环境演变的影响二级指标结构；(2)由于不同要素的数据具有不同的单位和量纲，因而其数值的差异会很大，对分类结果产生影响，因此对指标要素进行标准化处理，以消除指标之间变化趋势、量纲的不一致及数量级的差异现象，通过比重法计算进行指标的标准化处理，设有n个定量评价指标（X1，X2，……，Xn），且已取得m个参评对象的指标的数据Xij(i=1，2，……，m；j=1，2，……，n)为原始数据；mij=xij/Σi=1mxij;构成指标样本数据矩阵：M=m11m12Λm1jm21m22Λm2jMMMMmi1mi2Λmij;M的j个指标向量M1，M2，…Mj为线性组合，即综合指标向量为：Pk＝a1kX1+a2kX2+Λ+ajkXj；k=1，2，…j；其中，ak＝(a1k,a2k,Λajk)T，即ak为单位向量；(3)利用信息熵工具，计算各指标的权重第i个指标下第j个样本值的比重第i个指标的熵值其中k=1/ln?n；第i个指标的熵权Ci定义为最后综合评价值为：Wj是第j个样本值的综合评价值，利用 经过主成分分析筛选出来的指标之间的相关关系较弱，恰好可以避免信息的重复性，对筛选出来的指标利用熵值法计算出第j个样本综合评价值Wj；(4)通过对传统灰色关联分析法的改进，根据指标综合值的各比较数列集构成的曲线族，与参考数列构成的曲线间的几何相似程度来确定比较数列集与参考数列间的关联度，比较数列构成的曲线与参考数列构成的曲线的几何形状越相似，其关联度越大，因此，使其土地环境天、地、生三类综合指标要素两两进行比较参考，以此建立土地环境演化影响要素的关联模型与耦合模型；①两两数列参考比较参考数列为XO(k)＝{xo(1),xo(2),Λ,xo(n)}，m个比较数列为：X1(k)＝{x1(1),x1(2),Λ,x1(n)}；X2(k)＝{x2(1),x2(2),Λ,x2(n)}；……Xm(k)＝{xm(1),xm(2),Λ,xm(n)}；②对上述数值的无量纲化处理由于各指标的含义和单位不同，因而指标值通常具有不同的量纲和数量级，为进行科学比较，必须进行一下无量纲化处理，减少随机因素的干扰；ZXi=xi(k)-minxi(k)maxxi(k)-minxi(k),其中xi(k)=i=oi=1,2,Λm;③关联系数其中Δoi(k)为参考数列与比较数列之差，Δoi(k)＝|zxo(k)?zxi(k)|,Δmin＝minmin|zxo(k)?zxi(k)|,Δmax＝maxmax|zxo(k)?zxi(k)|,ρ为分辨系数，此处取值0.5，ξoi(k)为灰色关联系数；④关联度综合各点的关联系数，得到xo与xi的灰色关联度：其中wk为天、地、生各指标权重值；⑤耦合度从关联度矩阵中，对二级指标关联系数按行、列求均值，得到一级指标天、地、生(A?E?L)的关联系数；dAp=1pΣe=1pγoi‾,dEq=1qΣl=1qγoi‾,dlr=1rΣa=1rγoi‾;其中，分别为天、地、生之间的综合关联系数，进一步构建土地环境系统天?地?生耦合模型：CAEL=1p×q×rΣe=1pΣl=1qΣa=1rγoi;式中：p、q、r分别为土地环境天、地、生综合要素的指标数，CAEL为其系统的关联耦合度；各影响要素对城市群土地环境的约束作用主要表现在于地形地貌、气象气候、水土资源、能源和生物等天、地、生各综合主导因子对城市群的支撑、约束和限制；同时日渐恶劣的土地环境还对城市的选择、经济发展与规划产生排斥与驱赶，这便是土地环境对城市发展的负反馈；显然，在土地系统演化周期内，将经历低级协调共生、初级协调、中级协调、极限发展、上升发展阶段；由城市群各市土地环境交互关联耦合度，综合评价其土地环境影响要素交错作用类型，反映出时间域内城市群土地环境的发展阶段，以及和城市群自然能源、经济发展阶段紧密相连，人文作用调控下的土地环境演变的规律性。FDA0000395647570000013.jpg,FDA0000395647570000014.jpg,FDA0000395647570000015.jpg,FDA00003956...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李景文，陆妍玲，黄志英，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：