5.3 动态变化分析

5.3.1 空间动态变化

按照人类参与的程度可将空间动态变化分为自然动态变化和人文动态变化两大类。

自然动态变化主要涉及地球运动、热力环流、大气运动、水循环、地壳的物质循环、自然环境的整体性和差异性等；

人文动态变化主要包括人口空间过程（人口迁移）、经济空间过程（经济活动的聚集与扩散）、基础设施过程（基础设施网络的空间拓展，如交通建设）和社会文化空间成果（宗教、文化等的传播与扩散），其他还包括人口增长类型变化、城市化、人地协调等。

5.3.2 土地利用动态变化分析

土地利用动态变化包括土地资源的数量、质量随时间的变化，也包括土地利用的空间变化及土地利用类型组合方式的变化，同时还包括未来土地资源需求量的变化。深入地了解土地利用动态变化规律，能更好地阐明土地利用变化与自然和社会经济等方面的驱动因子之间的关系，以及模拟与预测未来土地利用变化状况，为土地利用规划及政策的制定提供可靠的依据。

土地利用动态变化分析的一般流程为：

首先，利用遥感手段获取研究区两个（或更多）时期的影像，并进行现状分类以及分类后处理，得到研究区两期土地利用分类数据。

接着，利用GIS技术对两期土地利用分类结果进行叠加分析和频数统计，得到两个时期内研究区的土地利用转移矩阵。该矩阵反映了研究区土地利用类型在数量上的变化以及各土地利用类型之间的相互转换关系，对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势具有重要的作用。

最后，在转移矩阵的基础上结合相关预测模型，如马尔科夫(Markov)模型，CLUE-S模型，线性回归模型、元胞自动机（Cellular Automata，CA）模型等，对未来土地利用变化的趋势进行预测。

5.3.2.1数据准备

1．分类体系的确定

分类体系的确定是进行土地利用动态变化的基础，是遥感影像数据进行分类的前提。若有国家标准或行业标准，应遵从这些标准的要求；若没有相关标准，应参照国家和行业标准。

我国在不同时间也有多个不同的土地利用分类体系。《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2017）将土地利用类型分为耕地、园地、林地、草地等12个一级类、72个二级类，适用于土地调查、规划、审批、供应、整治、执法、评价、统计、登记及信息化管理等。

2．数据的获取与处理

（1）遥感影像数据

（2）土地利用变更调查数据

5.3.2.2叠加分析

利用GIS的空间叠加分析工具对前后两个时期的土地利用数据进行叠加切割后，产生新的图斑，这些新的图斑不仅生成了新的空间关系还综合了参与叠加运算图层的所有属性数据，通过比较叠加生成的数据中前后土地类型是否一致，即可判断该地块是否发生用途转变。

5.3.2.3统计分析

利用ArcGIS空间统计分析功能，对叠加后的属性数据进行统计运算，研究土地利用的数量变化和结构变化特点。

1．土地利用的数量变化

土地利用数量变化是指不同土地利用类型在面积总量上的变化。它反映了土地利用变化总的态势以及人类对土地资源利用变化的强弱程度。

2．土地利用的结构变化

土地利用结构变化是区域土地利用变化的重要方面，反映不同土地利用类型相互转化的幅度和速度，从而可以揭示土地利用变化过程和变化趋势，为土地资源的可持续利用提供数据基础。土地利用结构变化常常利用土地利用动态度来衡量。

（1）单一土地利用动态度

（2）综合土地利用动态度

5.3.2.4 转移矩阵的制作与分析

在土地利用的动态变化研究中，土地利用转移矩阵将土地利用变化的类型转移面积以矩阵的形式加以列出，作为用地结构与变化方向分析的基础，可细致地反映各地类之间的相互转化关系，进而了解转移前后各地类的结构特征，在土地利用变化分析和地类模拟方面具有重要作用，并且应用广泛。

土地利用转移矩阵包括：一是研究时段内由一种土地利用类型转变为其它土地利用类型的面积，即转出的面积；二是研究时段内由其它土地利用类型转变为此土地利用类型的面积，即转入面积。根据土地利用类型的转移矩阵，可分析研究期内各种土地利用类型的转移状况。

1．矢量数据转移矩阵的制作

若前后两个时期的土地利用数据是矢量数据，可采用以下过程来制作转移矩阵。

（1）叠加。

（2）面积重算。

（3）分类汇总与填表。

（4）转移矩阵统计与分析。 

2．栅格数据转移矩阵的制作

（1）组合运算。组合运算将前后两个时期的土地类型进行组合，同一个组合给定一个唯一值，并记录这种组合的像元数量。

（2）面积制表。面积制表是用来统计分区数据（ZoneRas）的每一个类型区内、被统计数据中的每个类型的像元数量，并将结果以表格的形式输出。

5.3.3 生物种群迁移分析

以藏羚羊的迁移为例：

藏羚羊是国家一级保护动物，它的迁移是世界上最为恢弘的3种有蹄类动物大迁徙之一。每年夏季来临时，雌性藏羚羊成群结队迁徙至水草丰美的地区产羔，7月母羊率羊羔返回原栖息地与雄羊合群。

藏羚羊迁移空间分析研究的主要内容包括以下几个方面：实时获取和监测其位置变化信息；研究迁移的原因；盗猎的风险防范；分析迁移线路的年际变化；研究自然及人类活动对其迁移的影响；模拟环境变化对藏羚羊迁移的影响，预测迁移线路等。

具体来讲，通过卫星导航系统（GPS、北斗等），将定位模块绑定在藏羚羊身上，实时准确获取和传输位置数据至基站，再通过GIS的追踪分析功能，实时显示迁移的过程，并可采用分层抽样、函数模拟等统计技术对迁移的路线、速度等信息进行分析计算，进一步得出藏羚羊的迁徙路线和活动范围等。此外，也可通过无人机遥感技术获取迁移线路。对迁移的路线与地形、气候、草地、水源（湖泊与河流）等信息进行地理相关分析、叠加分析等，研究迁移线路形成的原因；根据迁移线路、盗猎发生位置等信息，为保护人员制定迁移护送方案、防范盗猎风险提供依据；将不同年份的迁移线路进行对比，分析迁移线路的变化，与其他因子进行空间叠加，分析影响迁移线路改变的原因；探讨自然环境的变化（气温和降水的变化、草场的变化等）、人类活动（如公路、铁路等的建设）对其迁移的影响；在弄清迁移影响机制的情况下，通过建立迁移模型，模拟或预测不同情景下的迁移变化，为合理调控、科学保护藏羚羊提供决策支持。