基于GeoSOS系統的土地利用變化模擬分析
——以云南省曲靖市為例

張琳

天津市市政工程設計研究院 天津 300000

引言

隨著城市現代化進程的加快，城市用地也在不斷擴張。伴隨著城市用地的不斷增多，大量農田、林地、草地等土地不斷轉化為城鄉建設用地。為防止城市無序蔓延，出現“攤大餅”式的發展模式，應有效控制城市增長邊界，提高土地利用率，倡導可持續發展。

因此城市的土地動態模擬應運而生。在眾多研究中，元胞自動機模型其強大的運算能力和準確性得到了廣大學者的認同。并被應用到城市擴張、城市災難、城市交通等相關內容模擬中，并取得了很好的成效。黎夏等人在對元胞自動機模型和地理模擬系統展開深入研究的基礎上，構建了地理模擬優化系統（GeoSOS），并模擬了東莞的擴張過程以及長株潭城市群的開發邊界，模擬結果準確性很高。

本文基于GeoSOS系統，采用元胞自動機模型算法構建城鄉建設用地動態模型，并以云南省曲靖市為實證對象，模擬了云南省曲靖市近幾年的土地利用變化，預測2025年云南省曲靖市土地利用動態演變結果。探尋云南省曲靖市的土地利用變化規律及發展趨勢，為城市的開發、規劃提供輔助決策依據。

1 研究方法

1.1 研究區域概況

曲靖位于云南省東部、珠江源頭，東與貴州省、廣西壯族自治區毗鄰，南與文山州、紅河州接壤，西接昆明市，北臨昭通市，素有“滇黔鎖鑰”“云南咽喉”之稱。國土面積2.89萬平方千米，轄3區1市5縣和1個國家級經濟技術開發區，常住人口661萬，有彝、回、苗、壯、布依、水、瑤族等世居少數民族。市域東西最大橫距175km，南北最大縱距302km，占云南省面積的13.63%，是長江和珠江兩大水系的上游分水嶺地帶，又是珠江的發源地，自古有“入滇鎖鑰”之稱。

1.2 約束條件

構建要素評價系統，分為全局約束條件要素和局部約束條件要素。對各項要素評價進行歸一化處理，各項要素均為正向影響，即其值越接近1越有可能轉為城鄉建設用地，反之可能性越小。采用層次分析法，逐一確定各項要素影響權重后，再進行綜合評判。

（1）局部約束條件。結合曲靖市城市發展以及各項基礎設施建設等進行影響因素考慮，結合實際情況選取了城鎮臨近因素、交通臨近因素為局部影響因素。這些要素均為正向影響，即與這些要素越臨近說明越有可能轉化為城鄉建設用地[1]。

（2）全局約束條件。考慮曲靖市的地形地貌特征以及上位規劃，選取高程、坡度、地形起伏度以及建設適宜分區為全局約束條件。其中，用地如有下列情況之一的，均不允許轉為城鄉建設用地：禁止建設區內；坡度大于25°；高程大于5000m；地形起伏度大于200m。

1.3 數據預處理

（1）數據源。①GlobeLand30全球地理信息公共產品是一個全面開源的信息平臺，同時也是中國向聯合國提供的首個全球地理信息公共產品，被國際同行專家譽為“對地觀測與地理信息開放共享的里程碑”。本文研究從此網站申請獲取了云南省曲靖市2010年和2020年的地表覆蓋數據。②從地理空間數據云網站申請下載了SRTMDEM 90M 分辨率的原始高程數據。③從OpenStreetMap（開源地圖）網站下載了鐵路、公路、市中心、城鎮等矢量數據。④從《曲靖市城市總體規劃（2017-2035年）》獲取了上位規劃等相關內容。

（2）數據處理。①首先對全部柵格數據進行重采樣，統一轉化為90m*90m的柵格數據。并且對所有數據的坐標系進行統一，均投影變換為WGS1984-UTM48N平面投影坐標系。②根據GlobeLand30的用地分類，對柵格進行重分類。③利用ArcGis中的歐氏距離工具，生成到市中心、各鄉鎮中心、鐵路、主要道路、高速等要素的可達性變量，并數據歸一化為0-1。④生成約束控制要素的柵格數據。其中，值為0代表不能轉為城鄉建設用地，值為1代表可以轉為城鄉建設用地。

全局約束變量一覽表

局部約束變量一覽表

1.4 地理優化系統介紹

GeoSOS地理優化系統是以元胞自動機和多智能體系統模型為基礎，對城市用地進行模擬分析的工具。基于現狀用地情況，以及各類影響因子，快速模擬出未來時刻的土地利用情況，為城市化地區的空間管制和土地利用規劃提供引導、調控、優化[2]。同時，GeoSOS可以集成在ArcGis平臺上，方便與“國土一張圖”等規劃成果有效結合。楊文龍利用GeoSOS系統對佛山順德區村鎮城市建設用地擴張過程及規劃模擬分析[3]，管超、哈斯學者利用GeoSOS系統對旅順口區的城市擴展趨勢進行了探究[4]，史焱文，李小建，許家偉等人利用GeoSOS系統對河南省長垣縣的工業化地區的土地變化進行了探究[5]。眾多學者利用GeoSOS系統探究了不同城市土地利用的變化情況，均取得了不錯的效果[6]。

2 預測結果

土地利用模擬結果圖

利用GeoSOS系統模擬了2025年云南省曲靖市的土地利用情況。根據《曲靖市城市總體規劃（2017-2035年）》的內容，2025年，城鄉建設用地控制在445平方公里以內。經10迭代計算后，得出模擬結果，且準確度為82.3%。

分類用地轉移矩陣

根據模擬結果可知，曲靖市城鄉建設用地的變化仍主要以中心城區即麒麟老城區周邊的建設為主，多數鄉鎮也有向外擴張的趨勢。

麒麟區老城區的擴展趨勢為向西擴張，即現在的曲靖市經開區，以及沾益區的南部。建設向外擴張建設方向均是基于老城區的，可見麒麟區老城區以及其周邊區域將會是云南省曲靖市的發展重點[7]。

3 結束語

本文基于2010年和2020年土地覆蓋數據，預測了云南省曲靖市2025年的土地利用情況。通過模擬不同類型用地在不同時間內的演變過程，可以判別未來城市的發展方向和建設重點。

另外，一些剛性的政策對城市的建設影響作用也是不容忽視的。比如，新建開發區的設立，保護區的設立，一些重大基礎設施的建設等。現實規劃過程中需要考慮這些因素的影響，并將其進行落位和結合，這也是用地模擬無法代替的部分。

但是，總體來說GeoSOS系統對于制定規劃方案具有一定的參考價值。可以作為規劃工作的前期分析借鑒，為城鄉規劃的制定提供一種思路。