[發(fā)明專利]基于GWR分析城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展空間細部特征的方法

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• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107169653A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡棟
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇警官學院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/26
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11590
• 代理人: 林輝輪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，具體的涉及一種基于GWR分析城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展空間細部特征的方法。

背景技術(shù)

城鎮(zhèn)化的過程引起城鄉(xiāng)用地及土地覆蓋的劇烈變化，從而影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境或通過影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境以累積方式進一步影響城鄉(xiāng)的發(fā)展。因此城鄉(xiāng)建設(shè)用地的利用及其變化，近年來越來越引起人們的研究興趣。

國外早期的城鄉(xiāng)形態(tài)研究多基于定性分析，近年來，GIS空間分析、數(shù)理統(tǒng)計、文獻分析、系統(tǒng)動力學以及分形理論、自組織理論、景觀生態(tài)學理論等的應用為城鄉(xiāng)形態(tài)研究提供了定量分析平臺。比較典型的研究方法包括城市形態(tài)的分形研究；基于元胞自動機的城鄉(xiāng)邊界生長和演化模擬；Andersson等利用基于馬爾可夫隨機場的改進模型重建了城鄉(xiāng)形態(tài)的一系列重要特征，假設(shè)城鄉(xiāng)擴展機理下城鄉(xiāng)宏觀狀態(tài)的統(tǒng)計特征，并與基于先驗知識和其他模型模擬結(jié)果進行比較；自組織理論在城鄉(xiāng)形態(tài)研究中的應用主要集中在城市自組織與城市變革方面。

在我國，利用衛(wèi)星遙感影像進行城市擴展的分析模擬研究自80年代不斷涌現(xiàn)，90年代之后成為研究熱點。大量研究集中在城市及其周邊用地擴展模式，城市邊緣帶擴展，大城市邊緣區(qū)土地利用時空格局分析模擬，大城市土地利用類型的轉(zhuǎn)變，城市擴展的驅(qū)動機制，城市擴展帶來的生態(tài)環(huán)境效應等方面。目前，越來越多的學者開始關(guān)注應用多學科交叉的方法進行城市擴展，城市邊緣區(qū)土地利用變化的研究，如賈華等基于灰色局勢決策，從變化機制上對土地利用變化進行了模擬；張新長等借助地理信息系統(tǒng)工具，通過定性與定量相結(jié)合的方法研究土地利用變化情況；卓莉等提出基于夜間燈光圖像像元燈光強度的時間變化特征劃分城市用地空間擴展類型。

綜上所述，國內(nèi)外關(guān)于城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展的研究，多從宏觀和趨勢的角度進行，能夠很好的從較小的尺度上揭示城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展的規(guī)律和問題。但是，對局部的城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展變化以及城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展變化的內(nèi)部突變的關(guān)注較少，從而影響到了城鄉(xiāng)布局的微觀決策。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于GWR分析城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展空間細部特征的方法，其以地理空間加權(quán)回歸模型的殘差空間分布為基礎(chǔ)，通過模型殘差表達現(xiàn)狀值與模型模擬值之間的差別，分析城鄉(xiāng)建設(shè)用地布局的發(fā)展熱點和冷點區(qū)域，從微觀的角度研究區(qū)域城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展的空間細部特征，為城鄉(xiāng)建設(shè)用地布局的調(diào)整提供決策的支持。

2.技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

GWR模型是一般的全局回歸模型向局部回歸模型的拓展，它的主要思想是空間上某一點的特征值受鄰近觀測點特征值的影響，并且這種影響會隨著距離的增加逐漸降低，即距離近的觀測點較之距離遠的觀測點對其影響大據(jù)此，在回歸方程的建立過程中，GWR模型允許因變量和自變量在空間不同位置上存在不同的關(guān)系，并且這種關(guān)系在GWR模型中通過一個連續(xù)的參數(shù)表面進行描述。GWR模型的一個重要應用就是通過模型輸出參數(shù)的分布來分析空間上的異質(zhì)性或者局部趨勢與全局趨勢的關(guān)系。

一種基于GWR分析城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴展空間細部特征的方法，包括如下步驟：

(1)收集土地利用數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題規(guī)劃數(shù)據(jù)，對上述數(shù)據(jù)進行預處理：包括紙質(zhì)圖件數(shù)字化、統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間化、地形分析、及規(guī)劃數(shù)據(jù)提取，獲得觀測值和相對固定參數(shù)；

(2)建立GWR模型，其回歸方程如下：

其中，y_i因變量在i點的觀測值，x_ik是i點第k個自變量的觀測值，(u_i,v_i)表示空間上的i點的坐標，β_ik(u_i,v_i)是連續(xù)函數(shù)β_k(u,v)在點i處的一個值，即i點第k個自變量的系數(shù),x_i1,x_i2,...,x_ip是點i處的自變量，ε_i是i點的誤差值；式中誤差項通常假設(shè)為均值為0、方差為常數(shù)的獨立的正態(tài)分布，即ε_i～N(0,σ²)；

(3)將觀測值代入GWR模型的回歸方程，計算模型模擬值；

(4)利用學生化殘差比較模型模擬值與觀測值，所述學生化殘差的計算公式如下：

式中，e_i＝residual(＝y(tǒng)_i-y)，