基于GeoSOS系统的土地利用变化模拟分析——以云南省曲靖市为例

张琳

天津市市政工程设计研究院 天津 300000

引言

随着城市现代化进程的加快，城市用地也在不断扩张。伴随着城市用地的不断增多，大量农田、林地、草地等土地不断转化为城乡建设用地。为防止城市无序蔓延，出现“摊大饼”式的发展模式，应有效控制城市增长边界，提高土地利用率，倡导可持续发展。

因此城市的土地动态模拟应运而生。在众多研究中，元胞自动机模型其强大的运算能力和准确性得到了广大学者的认同。并被应用到城市扩张、城市灾难、城市交通等相关内容模拟中，并取得了很好的成效。黎夏等人在对元胞自动机模型和地理模拟系统展开深入研究的基础上，构建了地理模拟优化系统（GeoSOS），并模拟了东莞的扩张过程以及长株潭城市群的开发边界，模拟结果准确性很高。

本文基于GeoSOS系统，采用元胞自动机模型算法构建城乡建设用地动态模型，并以云南省曲靖市为实证对象，模拟了云南省曲靖市近几年的土地利用变化，预测2025年云南省曲靖市土地利用动态演变结果。探寻云南省曲靖市的土地利用变化规律及发展趋势，为城市的开发、规划提供辅助决策依据。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

曲靖位于云南省东部、珠江源头，东与贵州省、广西壮族自治区毗邻，南与文山州、红河州接壤，西接昆明市，北临昭通市，素有“滇黔锁钥”“云南咽喉”之称。国土面积2.89万平方千米，辖3区1市5县和1个国家级经济技术开发区，常住人口661万，有彝、回、苗、壮、布依、水、瑶族等世居少数民族。市域东西最大横距175km，南北最大纵距302km，占云南省面积的13.63%，是长江和珠江两大水系的上游分水岭地带，又是珠江的发源地，自古有“入滇锁钥”之称。

1.2 约束条件

构建要素评价系统，分为全局约束条件要素和局部约束条件要素。对各项要素评价进行归一化处理，各项要素均为正向影响，即其值越接近1越有可能转为城乡建设用地，反之可能性越小。采用层次分析法，逐一确定各项要素影响权重后，再进行综合评判。

（1）局部约束条件。结合曲靖市城市发展以及各项基础设施建设等进行影响因素考虑，结合实际情况选取了城镇临近因素、交通临近因素为局部影响因素。这些要素均为正向影响，即与这些要素越临近说明越有可能转化为城乡建设用地[1]。

（2）全局约束条件。考虑曲靖市的地形地貌特征以及上位规划，选取高程、坡度、地形起伏度以及建设适宜分区为全局约束条件。其中，用地如有下列情况之一的，均不允许转为城乡建设用地：禁止建设区内；坡度大于25°；高程大于5000m；地形起伏度大于200m。

1.3 数据预处理

（1）数据源。①GlobeLand30全球地理信息公共产品是一个全面开源的信息平台，同时也是中国向联合国提供的首个全球地理信息公共产品，被国际同行专家誉为“对地观测与地理信息开放共享的里程碑”。本文研究从此网站申请获取了云南省曲靖市2010年和2020年的地表覆盖数据。②从地理空间数据云网站申请下载了SRTMDEM 90M 分辨率的原始高程数据。③从OpenStreetMap（开源地图）网站下载了铁路、公路、市中心、城镇等矢量数据。④从《曲靖市城市总体规划（2017-2035年）》获取了上位规划等相关内容。

（2）数据处理。①首先对全部栅格数据进行重采样，统一转化为90m*90m的栅格数据。并且对所有数据的坐标系进行统一，均投影变换为WGS1984-UTM48N平面投影坐标系。②根据GlobeLand30的用地分类，对栅格进行重分类。③利用ArcGis中的欧氏距离工具，生成到市中心、各乡镇中心、铁路、主要道路、高速等要素的可达性变量，并数据归一化为0-1。④生成约束控制要素的栅格数据。其中，值为0代表不能转为城乡建设用地，值为1代表可以转为城乡建设用地。

全局约束变量一览表

局部约束变量一览表

1.4 地理优化系统介绍

GeoSOS地理优化系统是以元胞自动机和多智能体系统模型为基础，对城市用地进行模拟分析的工具。基于现状用地情况，以及各类影响因子，快速模拟出未来时刻的土地利用情况，为城市化地区的空间管制和土地利用规划提供引导、调控、优化[2]。同时，GeoSOS可以集成在ArcGis平台上，方便与“国土一张图”等规划成果有效结合。杨文龙利用GeoSOS系统对佛山顺德区村镇城市建设用地扩张过程及规划模拟分析[3]，管超、哈斯学者利用GeoSOS系统对旅顺口区的城市扩展趋势进行了探究[4]，史焱文，李小建，许家伟等人利用GeoSOS系统对河南省长垣县的工业化地区的土地变化进行了探究[5]。众多学者利用GeoSOS系统探究了不同城市土地利用的变化情况，均取得了不错的效果[6]。

2 预测结果

土地利用模拟结果图

利用GeoSOS系统模拟了2025年云南省曲靖市的土地利用情况。根据《曲靖市城市总体规划（2017-2035年）》的内容，2025年，城乡建设用地控制在445平方公里以内。经10迭代计算后，得出模拟结果，且准确度为82.3%。

分类用地转移矩阵

根据模拟结果可知，曲靖市城乡建设用地的变化仍主要以中心城区即麒麟老城区周边的建设为主，多数乡镇也有向外扩张的趋势。

麒麟区老城区的扩展趋势为向西扩张，即现在的曲靖市经开区，以及沾益区的南部。建设向外扩张建设方向均是基于老城区的，可见麒麟区老城区以及其周边区域将会是云南省曲靖市的发展重点[7]。

3 结束语

本文基于2010年和2020年土地覆盖数据，预测了云南省曲靖市2025年的土地利用情况。通过模拟不同类型用地在不同时间内的演变过程，可以判别未来城市的发展方向和建设重点。

另外，一些刚性的政策对城市的建设影响作用也是不容忽视的。比如，新建开发区的设立，保护区的设立，一些重大基础设施的建设等。现实规划过程中需要考虑这些因素的影响，并将其进行落位和结合，这也是用地模拟无法代替的部分。

但是，总体来说GeoSOS系统对于制定规划方案具有一定的参考价值。可以作为规划工作的前期分析借鉴，为城乡规划的制定提供一种思路。