基于元胞自动机模型的城市空间变化模拟研究进展

元胞自动机(CA)是一种时间、空间、状态都离散,空间的相互作用及时间上的因果关系皆局部的网格动力学模型,其“自下而上”的研究思路,强大的复杂计算功能、固有的平行计算能力、高度动态以及具有空间概念等特征,使得它在模拟空间复杂系统的时空动态演变方面具有很强的能力.在城市空间动态变化的模拟研究方面,CA模型已应用到除非洲、南极洲的所有大洲的城市模拟研究当中.CA模型和G IS的集成,一方面增强G IS的空间模型运算及分析能力,另一方面,G IS提供的强大空间处理能力可以为CA模型准备数据和定义有效的元胞转换规则以及对模拟结果进行可视化.同时CA模型还可以与神经网络、主成分分析、遗传算法、模糊逻辑以及其他研究方法相结合,以增强其在城市空间变化模拟研究方面的能力.将CA与MAS技术相结合,建立一个能够模拟多个不同参与因子(自然系统)、不同决策者(人文系统)共同影响下的城市发展模型,以此来模拟与预测城市发展的真实状况,将是CA模型在城市空间变化模拟与预测研究中的未来发展趋势.     

元胞自动机与神经网络相结合的土地演变模拟

提出了将数据挖掘技术应用于元胞自动机（CA）进行地理模拟的新方法.基于CA原理,利用学习矢量量化神经网络,从不同时相遥感数据中挖掘土地利用演变的内在规律,自动找到土地利用元胞的转换规则,并以该规则反演和预测土地利用格局.在上海市区典型边缘带的应用显示,挖掘出的元胞转换规则,与同期上海城市发展状况相吻合.表明该模型可以满足土地利用演变模拟预测的要求,大大缩短了建立CA转换规则所需时间.     

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．     

基于元胞自动机模型的开采沉陷模拟

 开采沉陷模拟对矿区的环境治理和生态恢复具有重要意义.本文将开采沉陷理论与地理元胞自动机相结合,基于GIS平台,以VS2010为开发工具,利用面向对象的方法,构建了开采沉陷元胞空间,探讨了开采沉陷元胞自动机模型的框架结构及实现方法,构建了开采沉陷模拟对象关系图,建立了开采沉陷元胞自动机演化模型.以山西某煤矿为例,开发了开采沉陷元胞自动机原型系统,根据研究区的煤层条件和开发方法,进行了模拟实验,分析未来开采沉陷的演变过程,为土地复垦和生态修复提供依据.结果表明,采用面向对象的方法能够较好地进行开采沉陷系统分析和开发,基于GIS和CA进行开采沉陷模拟,开发方便,系统兼容性好,能够展示更多的时空信息,便于数据管理.在空间划分上,CA模型能够与传统的预计方法有机融合,较为准确地预测未来的地表塌陷损毁情况,为塌陷区治理提供依据.由于开采沉陷涉及的学科较多,未来还需进一步完善演化模型,探讨三维空间下的系统演化过程,提高模拟的真实感和实用性.     

基于元胞自动机的人车交互行为数值模拟方法研究

为提高在复杂人车交互场景下人车混流疏散模拟合理性,对该类场景下安全设计及高效运营提供可靠技术支持.本文基于元胞自动机模型构建开发考虑行人绕行障碍物,车辆行进中避让行人,以及车辆停启对行人过道判断影响等因素的人车混流交互模型.利用该方法对西安某典型商业地下停车场进行仿真模拟,研究在该场景下的微观人车交互行为与疏散时间及疏散过程中的安全事故的关系.结果表明,本文构建的模拟方法将行人与车辆分别设定独立行为规则并进行非线性耦合模拟,更符合现实场景;通过场景模拟结果可得,在车道承载能力范围内,车道内车辆与停车位交互的影响是对人车混流过程中产生延误和危险情况的主要因素.     

贝叶斯概率与元胞自动机的非线性转换规则

利用朴素贝叶斯分类器(NBC)、高斯径向基函数和离散模型获取城市CA模型的非线性转换规则,提出NBC—CA模型,并将该模型应用于深圳市1988-2010年城市演变的动态模拟中。研究结果表明,所提出的CA模型能反映复杂城市系统的非线性、不确定性特点,模型模拟的结果要比传统MCE方法模拟精度高。NBC—CA模型中的径向基参数可解释不同空间变量的作用下,城市发展的集中区域以及空间变量对城市发展的影响范围,能够反映城市发展的模式和特征。     

基于元胞自动机的郑州市区土地利用变化研究

在遥感和地理信息软件支持下,利用1992年和2001年的Landsat TM和ETM+影像,研究了郑州市区两个时期的土地利用变化,并利用马尔可夫链和元胞自动机模型对郑州2010年土地利用情况进行预测分析.结果表明,1992年到2001年,郑州市区土地利用变化主要表现为耕地减少,城镇用地、农村居民用地增加;2001年到2010年,其变化仍表现为耕地减少和城镇用地、农村居民用地的持续增加,其中"耕地→城镇用地、农村居民用地","城镇用地→交通及工矿用地","农村居民用地→城镇用地"变化最为显著.     

城市土地利用动态模拟研究进展

回顾了城市土地利用动态模拟的基本原理、过程、方法和主要模型。研究表明:城市土地动态模拟模型主要有基于经验统计方法的CLUE-S(the conversation of land use and its effects at small region extent)模型、基于多智能主体分析方法的ABM(agent based model)模型、基于栅格邻域关系分析方法的(cellular automata,CA)模型和基于土地系统结构变化及空间格局演替综合分析的DLS(dynamic land system simulation)模型;基于不同的理论和方法的模型,具有不同的优点和缺点,适用于不同的情景模拟;已有文献关于城市动态模拟的研究内容主要体现在城市演进机理和模拟工具研究、模型的改进与完善研究以及模拟结果与过程的可视化表达研究等方面。总结了城市土地动态模拟的基本原理和通用模型框架,归纳了现有模型的优缺点和未来研究趋势。     

元胞自动机研究进展

元胞自动机是一个具有简单运算规则的动态模型,但却能展现出复杂的行为．元胞自动机引起了许多研究者的关注,相关研究工作已经广泛展开．论文综述了元胞自动机的研究进展及在不同领域的一些应用．     

改进的元胞自动机交通流模型

在Nagel-Schreckenberg模型(简称NS)的基础上,提出一种可应用智能交通系统(ITS)信息的新的交通流元胞自动机模型。其中考虑了有效间距及刹车灯的作用,并引入了可变安全间距的新概念。数值模拟表明:对于这种改进的ITS元胞自动机模型,道路交通量有了显著提高,体现了智能交通的优越性———有效地扩大交通流量,减少阻塞生成。当考虑快车和慢车的混合交通流时,发现即使少量的慢车也会导致交通流量大幅度下降,说明了严格实施快慢道行驶的必要性。