第３１卷第５期 山东国土资源 ２Ｏ１５年５月 逻辑回归的ＣＡ模型的重庆市沙坪坝区 土地利用变化模拟研究 张矗矗 ，密长林 ，张中银。，王荣华 （１．国土资源部信．ｇ－中心；北京 １００８１２；２．临沂市国土资源局，山东临沂 ２７６００１；３．重庆师范大学地理与 旅游学院，重庆４０００４７） 摘要：以重庆市沙坪坝区为研究区，利用２０１０年、２０１２年的数据得出土地利用变化信息，利用基于逻辑回归的ＣＡ 模型理论对土地利用变化、城市扩展进行模拟研究，并结合实际的对其发展变化过程和生态环境影响进行分 析与比较。结果显示该研究区域内在今后一个时期，建设用地将持续增加，耕地资源将因城市建设而继续减少。 关键词：ＣＡ模型；逻辑回归；城市扩展模拟；重庆市沙坪坝区 中图分类号：Ｐ２０９；Ｆ３０１．２ 文献标识码：Ｂ 引文格式：张矗壶，密长林，张中银，等．基于逻辑回归的ＣＡ模型的重庆市沙坪坝区土地利用变化模拟研究ＶＪ３．山 东国土资源，２０１５，３１（５）：８６—９Ｏ．ＺＨＡＮＧ Ｙａｏｙａｏ，ＭＩ Ｃｈａｎｇｌｉｎ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｏｎｇｙｉｎ，ｅｔｃ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｏｇｉｓｔｉｃ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ＣＡ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ Ｓｈａｐｉｎｇｂａ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ＣｉｔｙＥＪ］．Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｌａｎｄ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ。２０１５。３１（５）：８６—９０． 未来城市空间扩展研究目前主要应用与ＧＩＳ 结合的元胞自动机（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ａｕｔｏｍａｔａ，ＣＡ）模型 来开展。ＣＡ模型既可以模拟不同时空的城市模 型，也可以反映城市规划发展的某些具体场景＿１］。 单纯的ＣＡ模拟还仍然是一种近似模拟［２］，本身也 镇，面积约３９６ ｋｍ 。东面与江北区、渝北区隔江相 望，东北方向与北碚区相连，东南方向与渝中区接 壤，西与壁山县相邻，南面与九龙坡区相接。 该研究区内的主要特点：人多地少，人均土地资 源占有量仅约０．０５６ ｈｍ ，其中人均耕地面积仅为 ０．０２１ ｈｍ。，约占全市人均耕地面积的３１．５ ；平地 少，丘陵多，全区丘陵地区面积约占总面积的 具有一定的局限性，主要原因就是数据源误差、操作 或转换误差、城市ＣＡ建模中模型不同的影响，该次 研究基于逻辑回归的ＣＡ模型基本上可以避免以上 因素的影响。该研究以重庆市沙坪坝区为例，运用 ＣＡ模型模拟重庆市沙坪坝区城市空间扩展的过 程，及预测研究区未来不同情景下的城市发展变化 ６７．３ ；农业后备可利用资源有限，区域城市化率相 对较高；土地利用生态效应较低等。 １．２数据准备 格局，从而为区域可持续发展提供有效决策支持。 数据源包括２个时相的遥感影像（２０１０年、 ２０１２年）、道路现状图、以及高程图ｅｌｅｖ。利用Ａｒｃ— ＧＩＳ软件平台对数据进行处理及格式转换，转换为 二进制文件（．ｔｘｔ），使之能在ＧｅｏＳＯＳ中进行相应 的模拟操作。首先，将２０１０年、２０１２年的土地利用 图像按土地利用类型分类进行格式转换，土地利用 类型有农田、森林、城市用地、果园和水域５大类型。 其次，从道路现状图中提取普通公路（Ｒｏａｄ）、快速 １研究数据及研究方法 １．１ 研究区 该文以重庆市沙坪坝区为对象进行模拟研究。 该研究区位于重庆市主城区西部，是重庆市科教文 化区。区内辖小龙坎等１１个街道，覃家岗等１２个 收稿日期：２０１４—１０—２０；修订日期：２０１５一Ｏ２—０９；编辑：王敏 作者简介：张壶矗（１９７８－－），女，北京市人，助理研究员，主要从事国土资源信息化建设和应用；Ｅ ・ ８６ ・ 第３１卷第５期 技术方法 法求解Ｌｏｇｉｓｔｉｃ回归系数 ］。 １．５基于逻辑回归的转换规则定义 ２０１５年５月 道路（ｆａｓｔＲｏａｄ）２个二进制文件。坡度影响因子从 高程图ｅｌｅｖ中提取并转换，镇点分布图直接进 行转换。在进行处理及格式转换过程中，要进行投 城市化过程就是社会经济变化过程，城市用地 不断向非城市用地扩展，逻辑回归ＣＡ模型基本的 影转换，统一投影，保持投影及研究范围的一致性。 １．３ ＣＡ模型 思想：若给地理元胞｛０为非城市化，１为城市化），通 过在Ｅｔ，ｔ＋１］时刻间赋值的变化，就可知道该地理 元胞是否已城市化。 城市的发展状况是由一系列变量和因变量 元胞自动机（ＣＡ）是利用动态模拟方法建立城 市土地利用的微观规划模型，因其可以简洁的模拟 出城市土地利用变化过程，特别是在城市扩张过程 中土地利用格局演变过程的模拟中具有明显优势。 因此许多学者都基于ＣＡ对城市系统动态进行研 究，同时运用新理论（分形理论、人工神经网络、多因 子评价模型等）、新方法（Ｌｏｇｉｓｔｉｃ模拟、马尔柯夫链 等）和新技术（３Ｓ技术）不断地扩展标准ＣＡ的基 础，构建城市扩展ＣＡ模型。通过扩展ＣＡ模型利 用情景（Ｓｃｅｎａｒｉｏ）模拟方法，实现对未来的发展趋 势的预测；用于各种决策和实施城市规划评估； 产生不同城市增长类型或者优化的城市形态和城市 空间结构；与多智能体系统的公共建模平台相结合， 对未来城市扩展进行模拟和预测，评估未来城市扩 展所带来的一系列生态环境效应，为城市规划和土 地规划提供依据＿３］。 元胞自动机（ＣＡ）模型应用的思路为“自下而 上”式，其模型的核心是转换规则变量参数值 ］，数 值的选取合适与否对建立ＣＡ模型至关重要，定义 转换规则寻找适合研究区参数值方法很多，比如可 以通过转换矩阵、人工神经网络模型、决策树、遗传 算法、灰度、主成分分析、多准则判断、层次分析法、 自适应模型等方法来确定的＿５］。 １．４逻辑回归 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ模型是针对二分类或多分类响应变量 而建立起来的回归模型，其自变量可为定性数据或 定量数据假设，其模型表达式可以描述为： Ｐ＝ ㈩ Ｐ（时间发生的概率）为因变量，后面的变量依 次为自变量为ｚ１，Ｌｚ ，……ｚ ｐ ； ，……卢 为待求 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ回归系数。通过对（１）式进行Ｌｏｇｉｓｔｉｃ变 换，求的Ｌｏｇｉｓｔｉｃ系数，得到一个线性形式为： Ｚ—Ｉｎ Ｅｐ／（１一ｐ）－１一 ＋Ｊ８ ＋卢ｚ ＋……＋卢 （２） 由于（２）式存在异方差性，常用加权最小二乘方 组成，变量包括城市的地理因素及交通情况等 因素；因变量是将土地利用分为０（非城市化）与１ （城市化），因这种状况不满足正态分布的条件，所以 可以用逻辑回归分析。利用逻辑回归技术对ＣＡ的 转换规则进行校正，则有ｔ时刻地理元胞（ｉ，Ｊ）的城 市化最终发展概率为： Ｐ ，Ｊ（Ｓ。 一 ｒ６ｎ ）一 １ １＋ｅｘｐ（一Ｚｉ， ） × ｃｏｎ（ｓ ， ）×Ｉ２ ．Ｊ×ｙ （３） 式中：Ｓ 是地理元胞（ ，Ｊ）的状态，只有０（非城市 化）和１（城市化）两种状态； 是描述地理元胞（ｉ， ｋ ）开发特征的向量，ｚ—ａ＋ ｂ ｋｘ 是一个常量；６ 是逻辑回归模型的系数；ｃｏｎ（）为约束条件，其值∈ ［Ｏ，１］； ；． 为领域影响，表示ｔ时刻地理元胞（ｉ，Ｊ） 的３×３窗口内的开发强度；ｙ为随机变量，其值大 于１。 样本选取以能反映被调查事物总体为准，按照 逻辑回归技术定义转换规则，样本数量可按照总体 数据２０ 的来采集。获取到一定样本量的空间变 量与土地利用变化的历史经验数据后，再利用逻辑 回归得到合适的模拟权重参数 ］。 ２结果与分析 ２．１ 城市扩展与土地利用变化趋势 利用基于逻辑回归的ＣＡ模型对重庆市沙坪坝 区２０１０—２０１２年城市扩展情况的模拟，定义农田、 果园可转换为城市用地，森林、水域不可转换为城市 用地，自动计算各空间变量的回归系数（图１）。 设置转换总量为１００万个栅格单元，迭代次数 为２次，模拟结果精度为９５．２ ，得到的结果利用 ＡｒｃＧＩＳ分析，把从遥感手段得到的２０１０年的影像 数据与基于逻辑回归的ＣＡ模型模拟的结果图像进 行对比，发现结果是极其接近的，具体如图２～图４ ・ ８７ ・ 第３１卷第５期 山东国土资源 ２Ｏ１５年５月 Ｉ－２］尹长林，张鸿辉．元胞自动机城市增长模型的空间尺度特征分 ［７］聂婷，肖荣波，王国恩，等．基于Ｌｏｇｉｓｔｉｃ回归的ＣＡ模型改进方 析［Ｊ］．测绘科学，２００８，３３（５）：７８—８０． 法——以广州为例［Ｊ］．地理研究，２０１０，２９（１０）：１９０９—１９１９． ［３］吴晓青，胡远满，贺红士，等．沈阳市城市扩展与土地利用变化 ［８］黄庆旭，何春阳，史培军，等．城市扩展多尺度驱动机制分析 多情景模拟［Ｊ］．地理研究，２００９，２８（５）：１２６４—１２７５．——以北京为例［Ｊ］．经济地理，２００９，２９（５）：７１４—７２１． ［４］刘小平，黎夏．Ｆｉｓｈｅｒ判别及自动获取元胞自动机的转换规则 ［９］李开宇．行政区划调整对城市空间扩展的影响研究［Ｊ］．经济地 ［Ｊ］．测绘学报，２０Ｏ７，３６（１）：１１２—１１８． 理，２Ｏ１０，３０（１）：２２—２６． ［５］周嵩山，李红波．元胞自动机（ｃＡ）模型在土地利用领域的研究 ，１１０］黎夏，叶嘉安，刘小平，等．地理模拟系统：元胞自动机与多智 综述［Ｊ］．地理信息世界，２０１２，（５）：６—１０． 能体［Ｍ］．北京：科学出版社，２００７． ［６］姜文亮，张晓通，李霖，等．基于ＧＩＳ和空间逻辑回归模型的城 ［１１］密长林，孙景广，王荣华，等．临沂市国土资源行政许可审批系 市空间扩展预测——以深圳市龙岗区为例［Ｊ］．测绘科学， 统的设计与实现［Ｊ］．山东国土资源，２０１３，２９（１）：５２—５５． ２００８，３３（４）：１７２—１７４． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｌａｎｄ Ｕｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｏｇｉｓｔｉｃ Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ＣＡ Ｍｏｄｅｌ ｉｎ Ｓｈａｐｉｎｇｂａ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｃｉｔｙ ＺＨＡＮＧ Ｙａｏｙａｏ ，ＭＩ Ｃｈａｎｇｌｉｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｏｎｇｙｉｎ。，ＷＡＮＧ Ｒｏｎｇｈｕａ。 （１．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｌａｎｄ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８１２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｌｉｎｙｉ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｌａｎｄ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｌｉｎｙｉ ２７６００１，Ｃｈｉｎａ；３．Ｇｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ｔｏｕｒｉｓｍ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ Ｓｈａｐｉｎｇｂａ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｃｉｔｙ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｄａｔａｓ ｉｎ ２０１０ ａｎｄ ２０１２， ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｇａｉｎｅｄ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＣＡ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏｇｉｓｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ，ｓｉｍｕ— ｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｌａｎｄ ｕｓｅ ｃｈａｎｇｅ ａｎｄ ｕｒｂａｎ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｃｔｕａｌ ｐｏｌｉｃｉｅｓ， ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｍｐａｃｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈｉｎ ａ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｔｉｍｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ。ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｌａｎｄ ｗｉｌ１ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ，ｗｈｉｌｅ １ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｗｉｌ１ ｃｏｎｔｉｎｕｅ ｔｏ ｄｅｃｌｉｎｅ ｄｕｅ ｔｏ ｕｒｂａｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＣＡ ｍｏｄｅｌ；ｌｏｇｉｓｔｉｃ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ；ｃｉｔｙ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；Ｓｈａｐｉｎｇｂａ ｄｉｓｔｒｉｃｔ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｃｉｔｙ 海阳、招远两市数字城市地理空间框架建设项目通过省厅验收 日前，山东省国土资源厅组织专家分别在海阳和招远召开数字城市地理空间框架建设项目验收暨成果推广会。国家测 绘局地理信息局国土测绘司、山东省测绘地理信息局曲伟刚副、烟台市国土资源局于和平总规划师以及海阳市 、招远市有关领导分别出席项目验收与成果推广会。 验收会上，专家组分别听取了项目建设单位的工作汇报和技术总结，审阅了文档资料，观看了成果演示，经质询和讨论 后，同意数字海阳、数字招远地理空间框架建设项目通过验收。成果推广会上，“数字海阳地理信息公共平台”、“数字招远地理 信息公共平台”正式启动，标志着海阳市、招远市基础地理信息服务模式的彻底改变。 数字海阳、数字招远地理空间框架建设项目分别是国家级试点和省级推广项目。项目的建设，形成了内容丰富、品种齐 全、现势性强的基础地理信息资源，建立了统一的地理空间数据共享服务平台，并在地税、旅游、规划、土地执法等多个领域开 展了示范应用。 数字海阳、数字招远地理空间框架建设项目所构建的地理信息共享服务平台，推进了部门间信息资源的共享机制建 设，为城市建设和管理提供了有力的辅助决策支持，为宏观决策、应急管理、社会公益服务提供了一站式地理信息综合服 务，全面提升了信息化条件下地理信息公共服务能力和水平。此次海阳、招远两市数字城市建设项目通过省测绘地理信息局 组织的验收，标志着烟台市数字城市地理空间框架建设工作又向前迈出了坚实的一步，为实现该市基础测绘“十二五”规划目 标迈出了坚实的一步。 （烟台局 李焕民） ・ ９Ｏ ・
