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基于和分形理论的山西屯留县土地利用空间格局变化GIS余万军吴次芳关涛李学敏孙泰森1,1,1,2,3…浙江大学东南土地管理学院，杭山西省农业科学院玉米研究所，.
31002.…沂州.山西农业大学资源与环境学院，太〕034000;..030800摘要该文以分形理论为根底,在地理信息系统技术支持下,对山西省屯留县土地利用空间格局变化进展了研究通过对山西省屯留县土地利用数据库中空间数据的提取,运用面积-周长分形模型,分别计算出了1990年和2001年各种土地利用类型的分维数和稳定性指数该文还引入了景观生态学中的相关指数一斑块密度指数,景观斑块数破碎化指数,斑块形状破碎化指数及景观多样性指数,并进展了定量分析,进一步提醒了屯留县土地利用空间格局变化，以期为开展区域土地整理、促进土地合理利用以及保持区域景观格局的持续开展提供参考关键词:GIS;分形理论;土地利用;空间格局变化;屯留县中图分类号文献标识码文章编号A1002-0819200510-0064-06参考文献[
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6.2/5导言1分形几何是在分形理论的根底上形成的被广泛应用于各个领域的一个新的分支非线性的分形现象到处存在，分形特征是景观斑块十清楚显景观的研究与空间格局，都是土地利用的一个重要组成局部，而分形理论的优点在于对空间构造的分析因此，在景观的研究上运用分形理论十分有助于我们全面准确地示范和研究土地利用空间格局的改变本文以山西省屯留县为例研究区域概况2屯留县位于东经北纬占地面积人口112°28113°03;36°13;36°30—1142km2,
240.地势西高东低，平均海拔米，气候是典型的X103945大陆半湿润性气候，属于温带年平均气温是℃年平均降雨量为毫
9.2,620米屯留县拥有非常丰富的煤炭和天然气煤床达储量大约为亿吨938km2,虽然煤炭行业对屯留县的经济开展奉献十分大，但它也带来了空气污染，水土流失，地下水位下降，甚至山体滑坡，进而又导致了土地空间格局的改变因此，选择一个科学的方法来研究这种变化的趋势是非常必要和重要的，从而确保屯县开展的长期可持续性研究方法3用分形理论的方法来描述形状不规那么的自然物体，分形物体显示为以下属性
①它构造复杂，即它包含成分不一的细小颗粒
②形状不规那么，不能用传统的几何形状来描述和演算
③相似性，任意一件的物体，都和整个构造十分类似
④分形维数通常超过拓扑层面
⑤它会有一些有趣现象，例如复杂的构造似乎只是重复一个简单的构造无限次
⑥它通常是一种“自然〃的形状分形分析，在欧几里德概念被看作是一个过程这一过程的特点是以指标D称为分形维数有许多方法来衡量的分形维数在本文中，我们使用周边三维模型的方法其他方法包括分压器（指南针），网格〔盒）等需要指出的是，对于同一个问题并非所有类型的尺寸测量将可以给予同样的答案，周边三维模型的范围内采取修补二维平面的方法对于周边地区的关系，景观系数是由P KA”2给出的二A代表该地区某一景观格局；P代表周围的景观格局；K代表区域的大小两边同取对数lnP=DlnA/2+InKD=21nP/lnA该分形维数D是指景观格局的复杂性和连续性对于某些景观，开展价值较大的更为复杂的景观构造;d到达
1.5,它的一个特点类似布朗运动与最不持久性，以及接近15分形维数的利特勒持续的景观因此，持续指数（PI）可以被定义为下面PI=
1.5—D数据采集4本文分析的数据来自于屯留县土地利用数据库，该数据库是由最初的数据库和更新数据库双方最初的数据库和更新数据库包括空间数据库和属性数据库空间数据库的初步构建了以数字化数据的详细调查土地资源，1990年，其中存储在文件中在数字化过程包括以下步骤首先，收集，核对和处理土地利用现状图；其次，扫描得到的地图网格图；第三，把网格图矢量图形支持的ARC/INFO的;第四，正确的转化和协调;第五，提取土地类型及景观指数的空间数据实现空间数据库的更新首先，购置研究领域的卫星遥感图像;其次，翻译的图片矢量图形和遥感图像;第三，根据它的土地利用现状图，以确定在1990年的景观变化区域;第四，测量面积的变化和更新的初始空间数据库更新的数据库，用于研究2001年的土地数据库的属性数据，包括Visual Foxpro中表格数据和文字资料的管理空间数据RCTimeter,area Mapscan.Map check and Datacollection detailedsurveyof landpatch andcorrect classificationdata of land resourcein1990Layer TopologyCoordinate correctandOther outputsvectorizationcheck projectiontransformmaps,textsIndex ofIntegration editand Attributedat acheckResult ofSpatialoutput spatialdata graphcombination andclassificationdatabaseInitial4—Data Tabulationdatabasedictionary data和属性数据结合起来，通过共同的景观斑块数量详细的技术路线是图1所示—Attribute+Data input一databaseText-disposing_Text dataprogramLanduseLandsat ImageCompare withland useI dentifythedatabaseTM imagetranslation statusmap in1990change areaSpatialdata.____Divide andmerge landscape_Survey theupdate-patches on1p9a9tc0hemsaopn1990map.change areaUpdatedatabaseAttributedataModify changedpatches,attribute Attributeupdateandadd newpatches,attribute changerecordEig.I Dataacquisition andtechni|ue supportof thisstudy结果和讨论5土地利用格局的改变
5.1通过查询初始数据库（1990版）和更新数据库（2001年版），该地区在1990年和2001年的不同土地类型如表1所示A r—H，1III「Arable lanl
49337.
8049142.84-
194.96-
0.40Farih*n pint
2962.
553152.
03189.
476.
4019902.
4119465.77-
436.63Forrsl-
2.19Pasi urr
7282.
057315.
1833.
130.
45、Inliabilanl-iiiduyl i
7413.54772L
42307.
884.15and mining landT rafficlanl
136.
69154.
5517.
8613.
07202.87W alrrarea
1698.
611901.
4811.94I nusrllanl
23712.
3723604.53-
107.85-
0.45Tol al
112446.
01112457.
791490.664L33Area liaiignlChangr/Inn2ral io/%19902001Tabic1Dynamic changeoflanduse atTunliu countyNolrll isI hrsum ofI hrabsolulr vulurf racliland lypr arealiangr.不同土地类型的分形维数和持续指数可以和周边地区的土地数据的每个补丁按土地利用类型E3边层面和应用模型,计算使用的空间和土地的分类代码查询功能的土地利用数据库系统提供，我们分形维数每个土地修补程序可以计算出来的对于每一个土地类型，发生的统计分析软件该散点图可以绘制及其线性回归函数可以计算出来的并且污水的回归线SPSS,是平均分形维数的土地类型在屯留县，通过比拟分形维数和持续指数，我们可以得到容易理解的空间格局改变土地用途结果显示如下图和图所示的分别是231990年和年的散点图与回归路线，其线性方程组的山坡旱地通过同样的方式，我们2001也可以得到的其他土地类型年和年的回归函数，分形维数，scatterplots19902001坚持指数及其他统计参数的所有土地类型分别在从表至表中显示出来24研究土地利用格局变化的其他方法为全面了解屯留县的景观格局变化以及其他景观生态指标，如景观斑块密度,分散景观数量和形状，景观多样性应用1990年和2001年的土地利用类型分类如表5所示Scat terplot ofhillside dryland-ln/relationship in1990Fig.3Scat terplot ofhillside dryland In.4—\nP relationshipin2001结论6应用分形理论和科学的景观生态学的空间格局变化对屯留县全面研究通过比拟表3至表5的结果，我们可以得到以下结论从总体上看，分形指数从
1.2780上升至
1.3147,而持续指数从下降至
0.1953o研究土地类型有助于改变林地，水域，岩石和砂砾土地，山坡旱地和灌木林持续指数增加的土地类型是苗圃，草地，工业和山地，森林和河流，减少的是耕地，居民地，旱地，园地，灌木林，水池和水库，山坡旱地，林地和其他未利用土地，而林地，平原旱地和草原是不变的这种变化是由于工业构造改变，耕地保护政策和退耕还林政策的影响Tabic2Fractal dimension,persistence index,linear cquationandother statisticparameters ofall landtype in1990F railalLanduse lyp-B•{»r*ssi»n fuixlionR2E-Slalislits SHIHpl*sliin*nsion Persist*nT index尸-II illsil*iry land1IL4=
1.521In
0.
4920.
92713687.
0121411.
31490.1851Knup dryIUIKI1IL4=
1.60llnP-
0.
7860.
9049090.
579701.
24920.2508Plain lr!anl1n.4=\,5\4hiP-
0.
4410.
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3149931.
32100.1790ardcii plolIIL4=i.6451np-
1.
0920.
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055141.
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1.
5170.
92419494.
0116101.
16080.3392Shr ubl»Ty ilU=
1.7241nP-i.
4560.
9601672.
21711.
16010.3399Seal Irring w»ollaiil In.4=I.6261“〃-
0.
8350.
9311611.
371901.
23000.2700Spring M»!anl forestationland1n.4=i.6781np-
1.
2920.
9198220.
437311.
19190.
3081、ursrrv1IL4=i.462lnP-
0.
1780.
942484.
91961.
36800.132Crassla!il1ii/l=L52llnP-
0.
2950.
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8012821.
31490.1851InliMbilal ion1IL4=
1.5991np-
0.
7370.
96923634.
077541.
25080.2492linluslry andmining land1n.4=i.5691np-
0.
5870.
914341.
36661.
27470.2253B ivT1IL4=
1.050inP-
0.
7430.
917543.
281091.
90480.4048Po»l HIKIr*sT\iir ln.4=I.0621np+
2.
1190.
932323.
47811.
88320.3832U ash*g russlaiul1n.4=
1.5491nP-
0.
7430.
92812794.
2618471.
29120.20881n.4=
1.6411np-
1.
1340.
9334399.
104951.
21880.2812R kunl gruvrllaniOlhrr lani1IL4=
1.291+
0.
7840.
9452193.
463931.
54920.0492Table3Fractal dimension,persistence index,linear equationandother statisticparameters ofall landtype in2001K racial
1.and usr1y|»«*M,KIU R2F-Slal islics SamplfsPr rsislriicrindexHillside lryland ln.4=l.417ln/+
0.
1090.
93113583.
5319151.
41140.0886Knap dryian!lit!=
1.5911np-
0.
7230.
9119399.
869171.
25710.2429ln.4=i.514!nP-
0.
4440.
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4049011.
32100.1790Plain drylandGanieti plot1IL4=i.6O6I11P-
0.
8790.
9015431.
756021.
24530.2547For«,st ln.4=
1.7471np-
1.
6300.
93720565.
4713781.
14480.3552Shrubbery1IL4=
1.671In--L
2060.
947982.
901031.
19690.3031Seal Irringu ln.4=
1.504lnP-
0.
3320.
9281006.
051271.
32980.1702Springs oolanl for«*slutim hindiiU=
1.678inP-
1.
2920.
92612531.
5711071.
19190.
3081、lri.4=L5O3lnP-
0.
4030.
937714.
611101.
33070.1693ursrrxGrassland iiU=
1.5471nP-
0.
4880.
9219190.
3113451.
29280.2072Inhabilal ionln.4=
1.5941nP-
0.
7190.
96522005.
008001.
25470.2453liuluslry andmininglandhvl=
1.595inP-
0.
7180.
928960.
13771.
25390.2461B ivrrI nA=
1.051In-
0.
7430.
920337.
65731.
90290.4029Pool andr*sT\oir IILA=
1.026inP+
2.
3060.
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641371.
94930.4493U aslrg rass]anl In.4=I.549!n7,-
0.
7390.
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2518011.
29120.2088Ro-kandgruvt,l1IL4=
1.589inP-
0.
7430.
9423964.
514741.
25870.241301lirr iiniisrilIHIHI hi.4=i.264!11P+
0.
9280.9342!
29.
863691.
58230.0823Table4Comparisons offractal dimension,persistence indexand itsorder in1990and2001Frulal linirnsion0rlfr ofp«Tsisl•»••、,•use1199020011990200119902001K ivrr
1.
904890290.
40480.
4029121.
883294930.
38320.44932Po»l ati!rrsrrv»ir1Shrubbery
1.
160119690.
33990.303135Forest
1.
160814480.
33920.355243Springs K»i MIHIr»r*sMlKHI latul
1.
191919190.
30810.308154»arl*ii pl»l
1.
215824530.
28420.254766Kik unlgravel IUIHI
1.
218825870.
28120.2413710S-al l-r ingu llanli.
23032980.
2700.1702814Knap lrIMIHI
1.
249225710.
25080.242999hihalil HIion
1.
250825470.
24920.2453108lniustry anltnining lanl
1.
274725390.
22530.2461117N ash-grassluml
1.
291229120.
20880.208812iiiry lanii.
314941140.
18510.
088613161.
314929280.
18510.20721412»rasslanlPlain lryhiril
1.
321032100.
17900.
179015131.
368033070.
13200.16931615N iirsrrxOllirrunused landi.
549258230.
04920.08231717W liolrland
1.
278031470.
22200.1953——Table5Comparisons ofsome landscapeindex in1990and
2001、mnbrr ofpahhrs Fragtnriilalioninlrx FragmentalK»n iinlrxLanls*HpaI.MIHI use1yp«_per luularr»f,timnbrr»f anis-a|»,sha|«*、y inl*xdi rrsillanIs-a19902001199020011990200119902001Hillside lrylanl
0.
47320.
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17050.
11690.
34950.
36066.
88017.
03080.
33770.
32710.
07720.
05600.
29050.
29336.
37006.3208K naplr LHK!Plain dryland
0.
79040.
78760.
39760.
29920.
29580.
29647.
89857.8794farlt*n plot
0.
75910.
8100.
04090.
03670.
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23485.
63415.7938F»rrsl
0.
17700.
15550.
12820.
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6.
69266.
66800.
17460.
33730.
00560.
00630.
24970.
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69053.9730ShrubberyScull*ringwMllanl
0.
17510.
29930.
01510.
00780.
29300.
37784.
74774.2065Springs ioiuixl rr*stulion lanl
0.
22730.
22050.
05810.
06760.
30020.
29915.
87086.3205N urserv
1.
58731.
23360.
00760.
00670.
24530.
26353.
93724.735»rasslanl
0.
18950.
19580.
10200.
08210.
37320.
36916.
59096.6006Inhabilalion
0.
46850.
49200.
06000.
04880.
20570.
20825.
71415.8011Industry anlmining laud
1.9693I.
80130.
00520.
00470.
13050.
27813.
94884.0481Kivrr
0.
24980.
23520.
00860.
00450.
72470.
70464.
39283.9131PH»I HIHIrrsrrvoir
0.
37580.
41090.
00640.
00840.
56340.
63063.
62414.2K4IN as1•grassluixi
0.
20370.
20200.
14700.
10990.
44450.
44446.
78056.7700Kik unlgra\rl
0.
15390.
14640.
03930.
02890.
37910.
37695.
66245.6593Olhrr unusedland
0.
44990.
48380.
03120.
02250.
48850.
49925.
47865.4926W liolrlani
0.
32380.
32810.
00440.
00450.
33190.
34044.
20874.1325土地利用斑块密度是1990年每公顷和2001年每公顷这意味着在这个时期平均每斑块播种面积会下降土地类型的斑块密度变化比拟严重是苗圃，工业和采矿业的土地，灌木，山坡旱地和散射林地，其中前两者是有所下降，而其他三个是增加从景观指数来看，1990年的
0.3319增加到2001年的
0.3414,增幅
0.085这一变化趋势与分形指数是相应的所有土地利用类型的景观多样性指数是从
4.2087下降到
4.1325这意味着每个土地利用类型的改变是一个离散的趋势。
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