馬云雷

阜新市彰武縣自然資源事務(wù)服務(wù)中心 遼寧阜新 123000

1 模型原理及檢核標(biāo)準(zhǔn)

1.1 元胞自動(dòng)機(jī)理論

元胞自動(dòng)機(jī)（Cellular automaton，CA）是一個(gè)具有離散和有限狀態(tài)特征的元胞，在其構(gòu)成的元胞空間中，按照一定的轉(zhuǎn)化規(guī)則，在離散的時(shí)間維度上演化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其組成如圖1所示。

1.2 CA-Markov模型

1987年，美國(guó)克拉克大學(xué)實(shí)驗(yàn)室提出基于IDRISI軟件下的CA-Markov模型。CA-Markov模型不僅具有GIS系統(tǒng)所具備的功能，還具有圖像處理功能，是兩個(gè)功能板塊有機(jī)結(jié)合，其功能模塊高達(dá)200多塊，能夠從數(shù)量和空間兩個(gè)方向進(jìn)行模擬研究。

本文利用IDRISI軟件中的CA-Markov模型對(duì)彰武縣土地利用變化進(jìn)行模擬，模擬的過(guò)程不僅包括了CA創(chuàng)建轉(zhuǎn)化規(guī)則、CA創(chuàng)建濾波器、CA確定循環(huán)次數(shù)等，還包含了狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣的計(jì)算、狀態(tài)轉(zhuǎn)移面積的計(jì)算、轉(zhuǎn)移概率圖的生成等。最終使兩個(gè)模型的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最佳，使其優(yōu)勢(shì)得到有機(jī)結(jié)合[1]。

2 基于CA-Markov模型的彰武縣土地利用變化模擬

2.1 預(yù)測(cè)模型建立

（1）生成Markov轉(zhuǎn)移矩陣。IDRISI軟件所處理的數(shù)據(jù)格式與ArcGIS軟件所處理的數(shù)據(jù)格式不同，前者數(shù)據(jù)格式必須是.rst格式的柵格數(shù)據(jù)，后者數(shù)據(jù)格式是.shp格式的矢量數(shù)據(jù)或.img等格式的柵格數(shù)據(jù)，因此需要將已有的.shp格式的矢量數(shù)據(jù)或.img格式的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IDRISI軟件所需的.Arst格式的柵格數(shù)據(jù)。

（2）生成適宜性圖集。前面的規(guī)則制定為適宜性圖集的制作提供理論依據(jù)，在IDRISI中則是通過(guò)MCE模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。在MCE模塊中通過(guò)加權(quán)線性合并法分別得到各地類適應(yīng)性圖，然后通過(guò)集合編輯器將適應(yīng)性圖按順序排列，得到最后的土地利用轉(zhuǎn)變適宜性圖集。

2.2 2015年土地利用模擬及Kappa指數(shù)檢驗(yàn)

模型所需要的數(shù)據(jù)都是有IDRISI軟件中生成的，其中包括1990年、2000年和2015年土地利用現(xiàn)狀圖：1990～2000年和2000～2015年土地利用類型轉(zhuǎn)移面積矩陣。利用這些數(shù)據(jù)，在CA-Markov模型中生成土地利用模擬預(yù)測(cè)圖。

本文分為三期數(shù)據(jù)1990年、2000年和2015年土地利用現(xiàn)狀圖，由1990年和2000年土地利用現(xiàn)狀圖生成轉(zhuǎn)移概率矩陣和轉(zhuǎn)移面積矩陣，markovtransition-probabilities和markovtransitionareas；2000年土地利用現(xiàn)狀圖作為基礎(chǔ)年份的土地利用數(shù)據(jù)；以十五年為模擬周期，即迭代次數(shù)為15；CA模擬的濾波器，在此選擇5＊5的濾波器，打開(kāi)CA-Markov模型，按上述所說(shuō)的將參數(shù)調(diào)整好，然后運(yùn)行即可。

本次實(shí)驗(yàn)在IDRISI軟件的Validate模塊的支持下，將CAMarkov模型預(yù)測(cè)模擬出來(lái)的2015年的彰武縣土地利用狀況圖與遙感解譯得到的2015年土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行對(duì)比分析，得到各個(gè)Kappa系數(shù)均大于80%，說(shuō)明由CA-Markov模型模擬出的2015年土地利用狀況圖與遙感解譯得到的2015年土地利用現(xiàn)狀圖具有較高的一致性，可信度高，模擬效果好。同時(shí)也表明用模型對(duì)未來(lái)的土地利用狀況進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)是可行的[2]。

3 結(jié)語(yǔ)

基于彰武縣1990年、2000年、2015年土地利用數(shù)據(jù)，通過(guò)CA-Markov模型對(duì)彰武縣1990～2015年土地利用變化進(jìn)行研究，并運(yùn)用IDRIS軟件中CROSSRAB模塊，在空間上對(duì)2015年實(shí)際和預(yù)測(cè)的土地利用現(xiàn)狀圖做空間疊加分析；利用得到的Kappa指數(shù)來(lái)評(píng)定空間上模擬精度，并模擬和預(yù)測(cè)未來(lái)2025年彰武縣土地利用變化情況，得出結(jié)論如下：

（1）1990～2015年，彰武縣土地利用變化明顯。1990～2015年，草地面積大量減少，林地、耕地面積大量增加，耕地、草地、林地三者之間的相互轉(zhuǎn)化最為頻繁，草地是林地、耕地的主要轉(zhuǎn)入來(lái)源。

（2）總體規(guī)律上，呈現(xiàn)出以草地面積的縮減為代價(jià)，支撐其它各類土地利用類型擴(kuò)張；同時(shí)，森林面積有所減少；水體濕地面積有所增加，其增加主要由草地和荒漠轉(zhuǎn)換而來(lái)。在該時(shí)期，荒漠面積增加，主要是由于人口的持續(xù)增加，人類活動(dòng)強(qiáng)度增大對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)造成了較大的壓力。與其它各類土地利用類型擴(kuò)張相比，彰武縣1990～2000年間城鎮(zhèn)擴(kuò)張面積規(guī)模較小。這期間土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于自然因素(氣候的暖干化)和人類活動(dòng)(人口的持續(xù)增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展)。2000～2015年彰武縣草地被侵占的現(xiàn)象更為明顯，面積縮減最多，是動(dòng)態(tài)變化最為強(qiáng)烈的土地利用類型，草地轉(zhuǎn)換成森林、農(nóng)田和荒漠的比例較高。除此之外，森林面積有小幅度增加，荒漠轉(zhuǎn)化為草地面積占比較高，水體濕地面積呈基本穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)[3]。