基于改进元胞自动机的成都城市扩张仿真模拟

为了改善在高速发展的城镇化带来的中国城市无序蔓延、土地利用不合理、生态环境破坏严重等问题,引导城市朝向更加可持续发展的方向演进,更客观地模拟城市空间发展,基于城市元胞自动机理论,在GIS平台基础上,通过引入居民主体建立了改进的城市空间发展动态模型.模型利用逻辑回归分析方法描述了自然条件因子对城市元胞状态转换的影响度,同时利用梯度函数定义了城市元胞宜居度计算方法,进而设计了城市元胞自动机转化规则.利用成都市1959年及1992年的土地利用数据对模型进行了验证和校准后,对成都市2015和2020年的城市用地状况进行了预测,并据此对成都城市空间未来的发展进行了趋势分析,提出了城市扩张建议.     

多情景下浙中城市群建设用地空间扩张模拟

选取浙中城市群2005、2010、2015和2019年四期土地利用遥感影像,以高程、人口、经济、距城镇距离等9个影响因素作为驱动因子,基于地理模拟与优化系统(GeoSOS)模拟未来浙中城市群在惯性发展、经济优先和生态优先情景下建设用地空间扩张情况.结果 显示:(1)土地利用空间模拟结果较好,神经网络-元胞自动机模型(ANN-CA)适用于浙中城市群建设用地空间扩张模拟;(2)生态优先情景下的研究区土地利用空间格局较惯性发展情景和经济优先情景更适合研究区建设用地空间规划模拟;(3)生态优先情景下,婺城区、金东区、义乌市、永康市和东阳市作为主要扩张地区引导浙中城市群建设用地空间扩张,2015-2030年浙中城市群总体建设用地扩张面积处于增加状态,增长逐渐变缓.     

基于元胞自动机模型的广州市用地变化模拟研究

基于2000年及2009年广州市TM影像解译得到的土地利用类型图,生成城市用地类型数据,选取道路、水系、城镇政府机构以及城市用地现状等影响因子,借助元胞自动机技术,构建城市用地变化的逻辑回归元胞自动机模型,模拟2009年广州市的城市用地变化,并验证预测结果;再基于2009年城市用地类型图,预测2018年广州城市用地情形．结果显示元胞自动机模型在城市用地变化的预测方面是可行的;若按照前一时段的发展趋势,至2018年时,建设用地面积将达25．215％,超过最新一轮城市规划拟定的指标,表明未来城市发展过程中,城市节约集约利用土地的必要性、迫切性;研究还表明,元胞状态发生转变的概率阈值的进一步研究是十分有价值的．     

基于优化地理模拟的长沙市城镇开发边界划定

城镇开发边界划定方法的合理性、科学性研究对未来国家国土空间优化发展具有重要意义。然而目前国内城镇开发边界划定方法的研究缺乏对建设用地驱动因子的模拟和探讨。通过1990—2018年四期土地利用数据,利用土地利用转移矩阵、地理探测器,深入探讨长沙市建设用地变化的成因,并从建设用地驱动机制视角下优化混合元胞自动机模型(mixed-cell cellular automata, MCCA),预测多情景下的长沙市2030年的土地利用结构变化,最终结合城镇用地适宜性评价划定多情景下的城镇开发边界。结果表明:(1)优化后的地理模拟比未优化的模拟结果相比,Kappa系数提高了1.44%,总体精度提高了3.00%,相对熵降低了1.11%;(2)长沙市刚性城镇开发边界面积为7 028.20 km~2,占全域土地总量的59.31%,主要分布在长沙市中心城区;(3)常规情景和一体化情景下长沙市2030年弹性城镇开发边界面积分别为1 021.23 km~2和1 158.60 km~2,且其边界差异主要分布在长沙县。基于建设用地驱动机制优化后的模拟将有助于真实的预测未来土地利用变化,为城镇开发边界的科学划定与土地决策提供技术支撑。     

生态安全条件下的土地利用格局优化模拟研究——以中国北方农牧交错带为例

在综合使用“自上而下”的灰色线性规划（GLP）方法和“自下而上”的元胞自动机（CA）方法的基础上，建立了土地利用格局优化模拟LUOS（land use pattern optimizing simulation model）模型，进行了中国北方农牧交错带生态安全条件下的土地利用格局优化模拟研究.通过GLP方法8个方面共11个生态安全约束条件的限定与单纯形法求解，得出6种情景下的总量控制优化方案；以宏观用地总量需求和微观土地供给相平衡为原则，利用具有复杂空间演变能力的CA模型，完成土地空间分配.模拟结果表明，与当前土地利用格局相比，在2010年林地和草地增加、耕地减少、城镇用地增加的优化情景下，研究区可同时获得满意的生态效益、经济效益和社会效益.     

基于MCE-CA的东莞市紧凑城市形态模拟

针对快速城市化引起的城市蔓延问题,利用多准则判断元胞自动机(MCE-CA)模型模拟紧凑的城市空间形态。该模型主要考虑城市发展区位和农业适宜性条件,通过AHP方法确定参数权重。以广东省东莞市为实验区,在准确模拟东莞市2001-2005年的实际城市形态的基础上预测了2010和2020年城市形态。进一步模拟了用地更为紧凑、优质农田损失更少的紧凑城市形态。通过比较发现,后者的城市形态避免了用地分散、凌乱的问题,也节约了更多的优质农田。     

Wolfram第Ⅰ等级总和规则元胞自动机的Langton参数相空间斑图

针对状态数k=3,相邻半径r=2的一维总和规则元胞自动机,引入两个推广的Langton参数λ1和λ2,研究Wolfram第Ⅰ等级元胞自动机的规则空间,得到了参数λ1和λ2与规则R的关系图及相空间斑图.结果表明,利用两个参数λ1和λ2描述k=3,r=2的一维元胞自动机的总和规则空间,可以得到较详细的Wolfram第Ⅰ等级的相空间结构.     

宝鸡市区土地利用变化分析

目的揭示宝鸡市区近几十年城市化过程中土地利用变化的机制和规律。方法集成RS与GIS技术,通过对1990,2002,2006,2010和2014年宝鸡市区的Landsat TM/ETM+遥感影像进行处理、计算,研究分析宝鸡市区近20多年土地利用类型的数量、结构变化。结果 11990-2014年,耕地面积减少了117.67km2,建设用地面积增加了105.43km2。2土地利用类型变化呈现出3种变化模式:1990-2002年城市空间区域快速扩张,2002-2006年相对稳定,2006-2014年城市空间扩张和城市建设并重发展(其中,2006-2010年扩张快于建设,2010-2014年建设快于扩张)。结论城市土地利用变化特征能够揭示城市化的过程机制。     

面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型

为模拟灾害蔓延而建立的元胞自动机模型种类繁多,但尚无一种通用的建模方法。基于此提出了一种面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型。首先,通过解析灾害蔓延机理和理论模型,根据灾害动态发展变化过程的相似性,将灾害蔓延分解为灾害量集、时空邻域集、判定规则集、更新规则集4个部分;其次,采用元胞自动机的建模方法将4个部分重新组合,构建灾害蔓延的元胞自动机参数计算仿真模型;最后,利用所提方法改进了A.Ohgai的城市火灾蔓延模型,并进行了实例验证分析。研究结果表明：所提模型只需输入环境数据和灾害起始扰动,就能得到灾害模型中的各项动态参数,可为多种灾害蔓延仿真提供通用建模方法和实现模式。     

银川市2000-2020年土地利用时空变化特征及预测

为探究银川市土地利用的时空变化特征,基于2000、2010、2020年3期土地利用数据,通过土地利用变化、景观生态学和元胞自动机(cellular automata, CA)-Markov模型,定量研究了20年间银川市土地利用景观格局变化特征,并对土地利用变化进行模拟预测。结果表明:耕地、林地、水域和未利用土地面积减小,草地和城乡工矿居民用地面积增加,各土地利用类型之间转换较为强烈,土地利用变化结构的主体为草地和城乡工矿居民用地,土地利用程度不断加深但具有区域差异性特征;土地利用景观形状的复杂程度增加,城市空间不断扩张,整体景观都趋于平均,景观异质程度增强,景观向多样化方向发展趋势;CA-Markov模型能有效模拟银川市土地利用变化情况且具有较高精度,Kappa系数为0.828 5;2030年耕地、林地和未利用土地面积减少,草地和城乡工矿居民用地面积增加。人口数量与结构、国内生产总值(gross domestic product, GDP)、经济增长以及区域宏观政策是研究区各类土地利用类型变化的主要驱动因素。