一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，包括如下步骤：筛选SDGs和美丽指标，建立地区可持续发展指标体系；分析地区SDGs可持续发展程度，建立可持续发展指标指示板；构建面向SDGs和美丽指标的土地利用系统动力学模型；预测可持续情景下未来土地利用需求量；选择空间变量；利用神经网络计算土地利用地类转移的初始概率；计算土地利用地类转移综合转变概率；基于土地利用地类转移综合转变概率实施空间化；得到区域土地利用空间化序列结果。本发明专利技术对地区多情景下土地利用演变进行研究，集成了SDGs和美丽中国指标，具备实现生产高分辨率长三角区域LUCC产品的能力，为可持续发展政策影响下未来长三角地区土地利用模拟研究提供方法助力。

【技术实现步骤摘要】
一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法
本专利技术涉及土地利用建模领域，具体涉及一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法。
技术介绍
自然资源是指自然界中人类可以直接获得用于生产和生活的物质。人与自然是生命共同体，要求人类要尊重自然、顺应自然、保护自然，合理使用自然资源，实现自然资源的可持续利用。联合国可持续发展峰会通过了决议草案《改变我们的世界：2030年可持续发展议程》，这是继联合国“千年发展目标”(MillenniumDevelopmentGoals,MDGs)之后，联合国通过的更具有普适性和综合性的可持续发展目标。2030发展议程中的“可持续发展目标”(SustainableDevelopmentGoals,SDGs)包含了17个可持续发展目标和169个具体目标，每个具体目标给出了若干个具体指标，涵盖了经济、环境和社会三个方面，旨在实现经济发展、环境友好、社会进步的全方面可持续发展目标。目前，SDGs的研究多数为构建本土化的SDGs指标体系，对区域可持续发展程度进行定量化评估与检测，目前缺乏面向SDGs的指标演化模型与模拟，分析未来的区域可持续发展程度。土地利用变化是自然资源可持续发展的重要组成部分，土地可持续利用也是SDGs的重要方面，但目前尚缺乏面向SDGs的土地利用可持续性分析、结合SDGs指标可持续程度的情景设定和多情景下的土地利用演化模型构建等方面的研究。基于SDGs的可持续性研究处于指标体系的构建方法研究和城市尺度试点的阶段，缺乏城市群的区域尺度的探讨，面临全球指标体系的科学理解、海量时空数据的融合处理、顾及地理视角的SDGs指标计算等诸多技术难题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其集成SDGs和美丽中国指标应用于区域尺度土地利用建模与模拟，推动SDGs和美丽中国相关指标的应用研究，为可持续背景下区域土地利用模拟提供新思路。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，包括如下步骤：S1：筛选SDGs和美丽指标，建立地区可持续发展指标体系；S2：根据地区可持续发展指标体系，分析地区SDGs可持续发展程度，建立可持续发展指标指示板；S3：基于可持续发展指标，构建面向SDGs和美丽指标的土地利用系统动力学模型；S4：设置多种可持续发展情景，预测可持续情景下未来土地利用需求量；S5：综合考虑驱动土地利用变化的影响因素，选择空间变量；S6：根据空间变量，利用神经网络计算土地利用地类转移的初始概率；S7：根据初始概率，计算土地利用地类转移综合转变概率；S8：基于土地利用地类转移综合转变概率实施空间化；S9：针对未来发展情景，得到区域土地利用空间化序列结果。进一步地，所述步骤S1中在建立地区可持续发展指标体系之前，对筛选出的SDGs指标进行本土化、定量化处理。进一步地，所述步骤S2中可持续发展指标指示板的建立方法为：将地区可持续发展指标体系中每个二级指标及其对应的一级指标的指数划分为Green、Yellow、Orange、Red四个等级，每个指标的值域范围被划分为四段，确定包含最大值max与最小值min在内的五个阈值。进一步地，所述步骤S3中土地利用系统动力学模型包含人口子系统、经济子系统、社会生态子系统和土地利用子系统。进一步地，所述步骤S4中共设置四种可持续发展情景，分别为经济发展情景、环境友好情景、社会进步情景以及基准情景，情景变量包含：GDP增长率、空气质量因子、污染治理因子、基础设施因子、医疗因子和教育因子六个指标。进一步地，所述步骤S5中空间变量的数量为12个，分别为到主要城市点的距离、到铁路的距离、到道路的距离、土壤含黏土比例、土壤含沙比例、土壤含泥比例、坡度数据、人口数据、DEM数据、温度与降水、PH数据和12类栅格数据。进一步地，所述步骤S6中土地利用地类转移的初始概率的计算方法为：使用神经网络获取初始地类转变概率，该神经网络为ANN网络，一个输入层、一个输出层和一个隐藏层，输入层为土地利用数据和空间驱动因子，输出结果为转变为用地类型的概率。进一步地，所述步骤S7中土地利用地类转移综合转变概率的计算方法为：结合初始概率、邻域效应、转换权重矩阵，计算区域土地利用类型的组合概率，计算方法见公式(1)：其中是元胞i在t时刻转变为地类k的组合概率；是ANN模型训练得到的元胞i在t时刻转变为地类k的初始转移概率；代表邻域对当前元胞的影响，该值在迭代过程中计算；Pcons表示模型转换规则的条件约束；r为0到1之间的随机变量。进一步地，所述步骤S8中实施空间化具体为：根据系统动力学提供的未来不同发展情景下的面积变化预测序列，综合神经网络提供的初始土地类型转变概率、随模拟年份动态变化的土地类型转变权重矩阵，以及邻域对未来的土地利用影响，进行不同情景下的区域土地利用与土地覆被空间化。有益效果：本专利技术与现有技术相比，依据经济发展、环境友好、社会进步等不同情景下的土地利用需求量约束，结合神经网络模型及元胞自动机方法，对地区多情景下土地利用演变进行研究，集成了SDGs和美丽中国指标，具备实现生产高分辨率长三角区域LUCC产品的能力，为可持续发展政策影响下未来长三角地区土地利用模拟研究提供方法助力。附图说明图1为本专利技术方法的基本框架结构示意图；图2为长三角可持续分析框架图；图3为土地利用系统动力学模型框架图；图4为江苏省土地利用系统动力学流图；图5为土地利用演变多情景模拟模型流程图；图6ANN模型结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。本专利技术提供一种土地利用建模与模拟方法，本实施例中将本专利技术方法应用于长三角地区，提供一种集成SDGs和美丽中国指标的长三角土地利用建模与模拟方法，如图1所示，该方法一共分为三部分，第一部分为SDGs和美丽中国指标数据筛选及预处理，建立长三角地区可持续发展指标体系；第二部分为可持续情景下长三角地区未来土地利用需求预测；最后部分为可持续情景下长三角地区土地利用模拟。结合三部分，本实施例中一种集成SDGs和美丽中国指标的长三角土地利用建模与模拟方法的步骤如下：(1)集成SDGs和美丽中国指标的长三角地区可持续发展指标构建(11)综合考虑SDGs与美丽中国指标体系，采取直接选取、改进、扩展或替代四种方法，以长三角地区土地利用多情景模拟为目标，对现有指标体系进行本土化研究。(12)构建面向SDGs和美丽中国的长三角地区土地利用可持续分析指标体系分为人口、经济、社会和环境四个方面，涉及与土地利用直接或间接相关的10个二级目标，具体指标和来源如表1所示。(13)将长三角地区可持续发展指标体系中每个二级指标及其对应的一级指标的指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：筛选SDGs和美丽指标，建立地区可持续发展指标体系；/nS2：根据地区可持续发展指标体系，分析地区SDGs可持续发展程度，建立可持续发展指标指示板；/nS3：基于可持续发展指标，构建面向SDGs和美丽指标的土地利用系统动力学模型；/nS4：设置多种可持续发展情景，预测可持续情景下未来土地利用需求量；/nS5：综合考虑驱动土地利用变化的影响因素，选择空间变量；/nS6：根据空间变量，利用神经网络计算土地利用地类转移的初始概率；/nS7：根据初始概率，计算土地利用地类转移综合转变概率；/nS8：基于土地利用地类转移综合转变概率实施空间化；/nS9：针对未来发展情景，得到区域土地利用空间化序列结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：筛选SDGs和美丽指标，建立地区可持续发展指标体系；
S2：根据地区可持续发展指标体系，分析地区SDGs可持续发展程度，建立可持续发展指标指示板；
S3：基于可持续发展指标，构建面向SDGs和美丽指标的土地利用系统动力学模型；
S4：设置多种可持续发展情景，预测可持续情景下未来土地利用需求量；
S5：综合考虑驱动土地利用变化的影响因素，选择空间变量；
S6：根据空间变量，利用神经网络计算土地利用地类转移的初始概率；
S7：根据初始概率，计算土地利用地类转移综合转变概率；
S8：基于土地利用地类转移综合转变概率实施空间化；
S9：针对未来发展情景，得到区域土地利用空间化序列结果。


2.根据权利要求1所述的一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中在建立地区可持续发展指标体系之前，对筛选出的SDGs指标进行本土化、定量化处理。


3.根据权利要求1所述的一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其特征在于：所述步骤S2中可持续发展指标指示板的建立方法为：将地区可持续发展指标体系中每个二级指标及其对应的一级指标的指数划分为Green、Yellow、Orange、Red四个等级，每个指标的值域范围被划分为四段，确定包含最大值max与最小值min在内的五个阈值。


4.根据权利要求1所述的一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其特征在于：所述步骤S3中土地利用系统动力学模型包含人口子系统、经济子系统、社会生态子系统和土地利用子系统。


5.根据权利要求1所述的一种集成SDGs和美丽指标的土地利用建模与模拟方法，其特征在于：所述步骤S4中共设置四种可持续发展情景，分别为经济发...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹敏，陈旻，马尚靖，梁莹，赵子竣，吴凯，胡雪，常丽姣，
申请(专利权)人：深圳市数字城市工程研究中心，南京师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44