指導教授:莊翰華 組員:王思為、許景婷、方新芳、鍾寧

校園土地利用之地景變遷- 以中興大學台中校區為例

課程名稱:土地使用計劃

目錄

第一章 緒論 第二章 文獻回顧 第三章 研究方法 第四章 結果與討論

第一節-研究動機與目的

研究動機 土地利用變遷的趨勢對於規劃者而言，不僅為一重要的考量因素，除了能充分的展現

該土地數十年來的發展特性外，尚能提供地區土地利用面積 計劃，及未來的發展依據

研究目的 了解校園在不同時期的土地使用狀況及其配置的變化量，並輔以地景指數說明其地景

的變化過程

運用研究地景的馬可夫鏈，與半馬可夫鏈來探討校園地景的變遷，及探討未來土地利用分配的比例

第二節-研究範圍與限制

研究範圍

本研究的校園範圍界定，以航空

影像範圍左上角215500,2669500；右下角：217500, 2668000 為界；土地利用範圍東邊以國光路為界，包括女 宿至南門路及其旁的合作街，西邊及北邊以綠川為界，南到大里溪為界(請參見圖 1-1)

第二節-研究範圍與限制

研究限制 本研究嚐試以小範圍尺度探討地景的變遷程度，並且以都市地區地景變動較小的校園，

了解校園地景變動的情形﹔其校園外大尺度的南區甚至台中市的範圍因時間、經費的限制，因此不在本研究討論的範圍內

研究對象 以歷年校園之土地使用為主要內容，從中分析出逐漸或立即影響 校園土地利用改變的

因素，並且針對未來土地利用的分配權重，作一建設性的探討，以達到環境的土地使用平衡，並了解適合校園的土地利用分配

第三節 研究流程

第一節 地景變遷之概念

地景是由地景單元所組成在地景生態學研究中，地景有三項重要的研究特性：

1.地景結構

2.地景功能

3.地景變遷

在地景研究中是以研究地景結構，及地景功能的指標與因子，再）

延伸為地景變遷問題，並為所有一切土地使用的基本。而地景變遷又分成兩方面：

1.地景穩定性（landscape stability）

2.地景格局變遷（change of landscape pattern

每一地景要素的面積轉移可以用來觀察地景的穩定性，此轉置機率是以不隨時間變化的前提下為假設，其轉置矩陣計算可以一種機率模式――馬可夫鏈的數學過程來描述

土地使用與馬可夫理論於地景變遷分析之個案研究

第二節 地景變遷與地景生態

以地景型態或結構變遷的計量方法描述土地利用變遷，藉著地理資訊

系統的電腦運算，可由系統中資料查詢及套疊分析之功能獲得結果。其主要原因是為分析土地利用在不同空間單元，不同時期上的幾何變化狀況，透過空間上的指標運算，以數量化的計量方式呈現

土地利用變遷與地景生態學於地景變遷研究之個案研究

第三節 地景變遷之馬可夫鏈模式與半馬可夫鏈模式

馬可夫鏈有2個前提假設特性： 1.轉置機率為穩定性過程

2.每一狀態僅由上一狀態之機率變動影響

馬可夫鏈之所以被廣泛運用於分析土地使用變遷，其主要有 3 個特性：

1.土地利用變遷方式非單向過程

2.重複自乘的機率矩陣可得到平衡矩陣，可用來比較不同時期的土地利用變遷的程度

3.轉置矩陣理論趨勢值，必須在穩定假設下計算出來

馬可夫鏈的數學式表示方法如下：

式中的LU為土地使用變遷機率

A,B,C 土地使用類型

t , t+1 為各代表不同時期

a、b、c 為兩土地類型間的轉換

矩陣經過無限重複的自乘程序過程後，矩陣內所有數值最後將會達到穩定平衡，不再變化

馬可夫鏈與半馬可夫鏈的比較

馬可夫鏈：只考慮固定期間的變遷過程變遷過程，及其穩定狀況，並無討論變動

期間的變遷狀況即不考慮時間引響

半馬可夫鏈：將馬可夫鏈的轉置過程以時間分佈過程，來解決每一時期土地使

用變化量，只受前一時期的土地利用之影響的問題

第一節-研究架構

第二節-研究材料與方法

(一) 材料 1.數化底圖:校園航空影像圖及21μ掃描電腦檔，共23張。

2.數化工具:Arc Info 8.1、Arc View3.2

3.編修:以立體鏡加強數

4.統計分析軟體:EXCEL for Windows.

(二) 方法 基本理論方法:馬可夫鏈、半馬可夫鏈操作方法:地圖展示方式作為分析內容

第三節 土地利用變遷資料建立

第四節-馬可夫鏈、半馬可夫鏈運用理論及操作過程

(一) 馬可夫鏈 經由GIS操作軟體，將各年份的轉置矩陣算出，加入馬可夫鏈向量機率概念，求出穩定的轉置矩陣進而帶入半馬可夫鏈之操作過程

(二) 半馬可夫鏈 將土地利用型圖所計算出來的穩定矩陣，以Mathematica 數學軟體求出半馬可夫鏈的面積分配比例，進而討論地景變遷的過程，及探討校園於穩定時，土地利用可能分配的權重

第五節 地景結構指數 地景結構指數 意義

地景相似指標 地景類型的相似程度，作為土地利用開發類型的歸併，由此可看出其土地利用的類型。

嵌塊體密度 反應地景空間結構的複雜性，取決於土地覆蓋類型的多樣性和規模。

碎形維度 碎形維度為度量嵌塊體的形狀特徵，其值越趨近於2，則表示嵌塊體的形狀越複雜，在都市發展過程中，則越破碎，越都市化。

形狀指數 代表人為活動在景觀形成的干擾程度與自然特性限制人為活動的程度

最大嵌塊體指數 地景嵌塊體，在都市地景中越大，表示越經過人為規劃，將相同屬性的土地使用歸併。

平均嵌塊體大小 都市地景中嵌塊體越大，表示越經過人為規劃，將相同屬性的土地使用歸併，如規劃教學區、實驗林區等。

嵌塊體個數 地景中嵌塊體類別數目，嵌塊體越多表示地物類型越零散。

第一節-整體土地利用分析及討論

分析之前 數化的屬性資料作為分析數據 綠地 建物 道路 荒地 水體

1973-2001年校園數化

討論 校園土地利用的整體及各區變化

土地轉移量

一、校園整體面積變化分析

預先了解

歷年校園土地面積分配量

歷年校園土地面積改變趨勢

土地面積轉移狀況

→土地利用的轉變趨勢

看出趨勢→穩定

校園在都市化過程中

→1990年以後變動性不大

結論 土地利用規劃時，應順應土地利用的限制，創造出優良的環境土地使用

二、校園功能區分區面積變化分析

各分區以2001年航空影像圖做為分區標準

生活區

教學區

休閒區

停車區

實習區

運動區

行政區

三、土地利用轉置分析

維持綠地的量較多

轉移到建物者，或其他土地使用類型較少

整體來看轉變機率以西元1973年到1990的轉變較大，如綠地轉變到其他土地使用類型均為趨近穩定

建物的轉置機率：為轉移到道路、荒地、水體均趨於穩定

道路轉移則在1990-1995年間變化機率較大到2001年間轉置機率量則不超過30%

荒地轉移則為少量不穩定變化

水體變化機率則趨近於穩定變化量

結論 校園土地利用的轉移可以由1973 年原本綠地、建物、道路、荒地、水體等來看，其土地轉換以維持原來土地類型為主

此研究將每一筆校園土地面積的轉移面積比例，由表中可以得知各年份間的轉置矩陣分配

結論 面積分配比例已經呈穩定狀況，但土地利用之間還是有相互作用

轉移狀況卻無如預期，除維持原地轉移外，尚還有少部分的土地類型的轉移

→推論可能是土地利用型因不同時期的需求，其改變狀況亦不同

第二節-地景結構指數結果及討論

校園地景變遷 地景結構指數

地理資訊系統地景生態結構模組(Fragstats)

→校園年份整體的地景結構指數

指數數值變化，不討論指數生態性 嵌塊體類別項目（ＮＰ） 平均嵌塊體大小（ＭＰＳ） 最大嵌塊體指數（ＬＰＩ） 嵌塊體密度（ＬＰＩ） 地景相似指數（ＬＳＩＭ） 性狀指數（ＳＨＡＰＥＩ） 碎形維度指數（ＦＲＡＣＴ）

在1973 年到1990 年當中校區大興土木，因此，在當時土地利用，正處於轉換時期

其後1990~2001 時期嵌塊體趨於穩定狀況，重大工程建設較少，這時期土地利用較少變動

1973 年後，校園趨於穩定的配置

大興土木 重大工城建設少

1973 年~1990 年中土地利用型因校園公共工程而有所轉換，因此平均嵌塊體急速增大，這是將碎裂的嵌塊體經過規劃合併及整合，所以嵌塊體大小變大

經規劃後，又需在同一嵌塊體中劃分其他土地使用類型，所以同一土地使用類型中，還需兼具其他種土地類型的使用，因此平均嵌塊體變小了

校園公共工程 規劃後

校園土地使用經過規劃後，土地利用型較為集中歸併，因此最大嵌塊體則逐年變大，最後則土地利用形式變化趨於穩定，所以最大嵌塊體變動不大。

規劃後

校園在1973年的土地利用類型較為碎裂，可能是將田埂列為道路的定義中，使田埂將完整的稻田切割碎裂，導致土地利用較為分散

經過人為規劃後，將相同土地使用類型歸併，使其嵌塊體密度降低，且穩定的發展，這又可呼應土地利用面積分配比例的穩定性

田埂列為道路

規劃後

校園在1973年時地景以農田為主，其土地使用類型較單純，所以相似性指數較大，

而地景於1990 年代後相似性指數變動性較小，指土地利用被分割使用，如增加行政辦公區及中興湖休閒區等，因此相似性較少

這與土地利用面積分配比例趨於穩定相互呼應，其相似性的土地使用類型趨於多樣，因此，地景相似性值變小。

土地利用被分割 以農田為主

可能因為越都市化，其土地利用越趨近於人工發展，1973 年-1982 年形狀值變動大，可能是由農田轉變為其他用地，如休閒用地中興湖、圖書館等

經過人工規劃，所以土地利用碎塊漸趨於方正完整，因此其他年份的形狀值較小於1973 年的形狀值

農地轉變其他用地 人工規劃

1973年〜1982 年間可能校園興建工程的啟用，所以嵌塊體急速的碎裂，經過規劃後

1982~2001 年間，則地景破碎的情況變化不大，僅土地類型的轉變，所以嵌塊體的碎裂情況為穩定狀態。

大興土木

結論 校園地景結構變動趨於穩定

各土地使用類型間轉移變化量無法得知

第三節-地景穩定之馬可夫鏈結果與討論

在 P1973-2001的轉置矩陣

計算後，可看出P1995-2001穩定的轉置矩陣為適合的矩陣，所以本研究所取樣的年份矩陣為趨近穩定的轉置矩陣

半馬可夫鏈中所討論的穩定轉置矩陣是由馬可夫鏈穩定期間的轉置矩陣而來，然而各土地使用型達穩定狀態所需的時間，則無法由馬可夫鏈中求得，因此，在下節將討論各土地使用型達穩定狀態所需的時間落遲

第四節-穩定之半馬可夫鏈結果與討論

為了觀察每一土地使用類型在時間分布上的變化趨勢

→穩定趨勢

→符合馬可夫鏈

將馬可夫鏈所計算出的P1995-2001為主要的矩陣 帶入半馬可夫鏈之公式中 由Mathematica 推算出之穩定矩陣為半馬可夫鏈定義的穩定矩陣 最後的土地利用所佔的面積比例

經由時間加權的半馬可夫鏈計算出來的面積分配比例，可以看出綠地佔有將近54﹪，可能是因為原本綠地面積佔大比例的關係，及加上時間權重，使得綠地面積計算後佔較大比例

馬可夫鏈求出穩定向量機率 求出土地利用達穩定所需要的時間→

曲線的切線等於零 帶入半馬可夫鏈求出考慮時間穩定的

土地利用面積比例

結論 馬可夫鏈與半馬可夫鏈計算結果有差異

因於方程式中多乘上時間加權因子，因此使的半馬可夫鏈土地面積比例，與馬可夫鏈所算出的結果有所差異，由以上兩者不同結果，均可提供未來預測校園土地面積的參考依據

馬可夫鏈 半馬可夫鏈

差異 只考慮穩定狀態，土地使用面積的分配比例

尚考慮時間落遲於穩定狀態時的分布狀況

THE END