Urban Expansion Simulation and Early Warning based on Geospatial Partition and FLUS Model

Linfeng ZHAO; Xiaoping LIU; Penghua LIU; Guangzhao CHEN; Jialv HE

doi:10.12082/dqxxkx.2020.190477

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Journal of Geo-information Science
Vol. 22, Issue 3, 517 (2020)

Urban Expansion Simulation and Early Warning based on Geospatial Partition and FLUS Model

Linfeng ZHAO^{1、1、2、2}, Xiaoping LIU^{1、1、2、2、*}, Penghua LIU^{1、1、2、2}, Guangzhao CHEN^{1、1、2、2}, and Jialv HE^{1、1、2、2}

Author Affiliations

¹School of Geography and Planning, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China

¹中山大学地理科学与规划学院,广州 510275

²Guangdong Provincial Key Laboratory of Urbanization and Geo-simulation, Guangzhou 510275, China

²广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室,广州510275

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DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190477 Cite this Article

Linfeng ZHAO, Xiaoping LIU, Penghua LIU, Guangzhao CHEN, Jialv HE. Urban Expansion Simulation and Early Warning based on Geospatial Partition and FLUS Model[J]. Journal of Geo-information Science, 2020, 22(3): 517 Copy Citation Text

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Fig. 1. The location of Pearl River Delta

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Fig. 2. Spatial variables of urban expansion simulation in Pearl River Delta

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Fig. 3. Geospatial partition based on township streets

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Fig. 4. Geospatial partition based on grid

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Fig. 5. The framework of FLUS model

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Fig. 6. The structure of CA model in FLUS model

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Fig. 7. The geospatial partition result in Pearl River Delta

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Fig. 8. Comparison of simulation results in Pearl River Delta in 2015

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Fig. 9. Simulation of urban expansion for the years 2025, 2035 and 2045

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Fig. 10. Integrated early warning results of urban expansion in Pearl River Delta from 2025 to 2045

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影响层	指标层
城市扩张的形态影响	C（紧凑度）
	SHAPE_MN（城市斑块平均形状指数）
	FRAC_MN（城市斑块平均分维数）
	ENN_MN（城市斑块平均最近邻距离）
	PD（平均斑块密度）
	AI（聚集指数）
城市扩张的生态影响	SHDI（香农多样性指数）
	F_ AREA_MN（林地斑块平均面积指数）
	W_AREA_MN（水体斑块平均面积指数）
	C_MNN（耕地斑块平均最近邻距离指数）
	F_MNN（林地斑块平均最近邻距离指数）
	FGW_AR（林地、草地及水体面积占比率）
	U_FGW_AR（侵占林地、草地及水体的总面积占新增城市用地的面积比率）
	FGW_CR（林地、草地及水体面积变化率）
	U_C_AR（侵占耕地面积占新增城市用地面积的比率）
	U_EPZ_AR（侵占生态保护区面积占新增城市用地面积的比率）
	U_PCF_AR（侵占永久基本农田占新增城市用地面积的比率）
城市扩张的强度影响	AREA_MN（城市斑块平均面积指数）
	PERIMETER_MN（城市斑块平均周长指数）
	UEI（城市用地扩张速率指数）
	UH_MN（城市扩张用地平均高程）
	US_MN（城市扩张用地平均坡度）

Table 1. Early warning indicators for urban expansion in Pearl River Delta

影响层	权重	指标层	权重
城市扩张的形态影响	0.3	C	0.06
		SHAPE_MN	0.15
		FRAC_MN	0.10
		ENN_MN	0.34
		PD	0.28
		AI	0.07
城市扩张的生态影响	0.5	SHDI	0.04
		F_ AREA_MN	0.05
		W_AREA_MN	0.04
		C_MNN	0.10
		F_MNN	0.09
		FGW_AR	0.02
		U_FGW_AR	0.13
		FGW_CR	0.08
		U_C_AR	0.07
		U_EPZ_AR	0.24
		U_PCF_AR	0.14
城市扩张的强度影响	0.2	AREA_MN	0.12
		PERIMETER_MN	0.21
		UEI	0.48
		UH_MN	0.07
		US_MN	0.12

Table 2. Weights of early warning indicators for urban expansion in Pearl River Delta

区域	分区			未分区
区域	OA/%	Kappa	FoM	OA/%	Kappa	FoM
分区1	92.81	0.8826	0.1617	93.37	0.8915	0.1466
分区2	89.68	0.8570	0.3289	88.47	0.8407	0.2625
分区3	83.17	0.7532	0.3824	79.97	0.7044	0.3466
分区4	87.82	0.8351	0.3621	88.24	0.8410	0.3231
分区5	91.76	0.8619	0.1280	90.55	0.8416	0.0899
分区6	94.43	0.8262	0.0722	95.05	0.8412	0.0735
分区7	87.40	0.8166	0.1411	88.11	0.8262	0.0858
分区8	93.65	0.8520	0.1141	94.36	0.8674	0.1011
分区9	82.37	0.7443	0.2414	82.80	0.7493	0.2505
分区10	91.07	0.8409	0.1697	91.50	0.8477	0.1430
珠江三角洲	90.04	0.8418	0.2329	90.32	0.8463	0.2127

Table 3. Accuracy comparison of simulation results under partitioned and unpartitioned scenarios in Pearl River Delta

区域	耕地	林地	草地	水体	城市	未利用地
分区1	1830.90	3387.38	282.44	455.70	441.32	0.20
分区2	584.14	792.71	17.38	301.18	500.54	0.48
分区3	1301.88	470.40	6.45	473.43	1921.88	0.95
分区4	1216.81	1142.58	45.45	556.39	992.84	0.28
分区5	856.72	2166.74	52.45	380.71	335.75	0.00
分区6	1401.23	8739.94	306.72	172.99	208.79	0.32
分区7	1054.23	1528.16	63.32	414.65	547.31	1.44
分区8	1366.78	4665.10	142.02	126.71	189.26	0.67
分区9	863.18	1678.80	74.20	407.43	2593.18	0.47
分区10	1448.89	4059.79	177.35	235.21	818.44	0.94
珠江三角洲	11 924.76	28 631.60	1167.79	3524.40	8549.33	5.74

Table 4. Area of land use type in Pearl River Delta in 2025 (km²)

区域	耕地	林地	草地	水体	城市	未利用地
分区1	1810.13	3318.92	304.97	483.88	479.93	0.11
分区2	552.09	770.63	19.61	297.85	555.94	0.31
分区3	1229.49	450.24	6.08	436.91	2051.36	0.91
分区4	1184.11	1116.49	44.41	526.61	1082.45	0.28
分区5	843.89	2143.37	56.27	374.93	373.90	0.00
分区6	1397.98	8679.47	347.34	173.19	231.68	0.33
分区7	988.42	1505.87	62.17	421.24	630.28	1.13
分区8	1352.80	4634.83	156.18	133.51	212.58	0.63
分区9	757.94	1623.29	67.79	402.38	2765.34	0.52
分区10	1384.17	3996.43	176.81	244.53	937.76	0.93
珠江三角洲	11 501.03	28 239.53	1241.64	3495.03	9321.22	5.15

Table 5. Area of land use type in Pearl River Delta in 2035 (km²)

区域	耕地	林地	草地	水体	城市	未利用地
分区1	1794.87	3256.80	323.86	510.33	511.99	0.10
分区2	527.24	751.38	21.45	293.51	602.62	0.23
分区3	1171.35	434.01	5.79	409.46	2153.51	0.87
分区4	1156.35	1093.35	43.51	503.71	1157.15	0.28
分区5	834.13	2121.45	59.40	370.11	407.29	0.00
分区6	1398.02	8626.52	381.33	173.46	250.33	0.34
分区7	939.43	1484.33	61.14	424.71	698.48	1.02
分区8	1343.34	4607.75	168.14	139.59	231.10	0.61
分区9	690.54	1580.65	63.09	397.12	2885.30	0.56
分区10	1334.29	3938.84	176.26	253.11	1037.20	0.92
珠江三角洲	11 189.56	27 895.08	1303.97	3475.12	9934.97	4.92

Table 6. Area of land use type in Pearl River Delta in 2045 (km²)

区域	2025年	2035年	2045年
分区1	中警	中警	重警
分区2	轻警	中警	中警
分区3	轻警	轻警	中警
分区4	轻警	轻警	中警
分区5	轻警	无警	中警
分区6	轻警	轻警	中警
分区7	轻警	中警	中警
分区8	中警	中警	重警
分区9	中警	中警	重警
分区10	无警	轻警	中警

Table 7. Early warning level of urban expansion in each sub-region

城市	2025年	2035年	2045年
广州	轻警	轻警	中警
佛山	无警	轻警	中警
肇庆	无警	无警	中警
深圳	轻警	轻警	中警
东莞	重警	重警	重警
惠州	无警	无警	无警
珠海	轻警	轻警	中警
中山	轻警	中警	中警
江门	轻警	轻警	中警

Table 8. Early warning level of urban expansion in each city

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