标准元胞自动机模型的缺陷及拓展研究

具备时空计算特征的元胞自动机模型（CA）与GIS集成将极大促进GIS对地理过程的模拟能力。标准元胞自动机在元胞形态、邻居规则等方面的定义存在极大限制，制约了元胞自动机对真实世界的模拟和应用能力。论文充分研究了空间模型与元胞邻居描述的关系，发现元胞邻居在空间关系上存在拓扑邻接、空间邻近和复杂相离三种关系，传统思路的模型扩展很难完全解决CA的局限性，尤其是复杂相离关系。为此，论文在面向对象的思想基础上提出了基于地理实体的元胞自动机概念模型。     

城市元胞自动机模型的构建及其应用研究进展

 元胞自动机(CA)模型对模拟和预测城市空间变化以及进行城市规划具有重大的现实意义。对中国知识基础设施工程(CNKI)中出现城市CA研究以来的期刊文献的年度分布、期刊分布进行统计分析,概述了城市CA模型的构建思路,回顾和总结了城市CA中土地利用、交通、疾病和灾害方面的相关研究成果。同时,分析了城市CA模型应用研究中的主要特点,并根据其存在问题探讨了城市CA未来的发展趋势。研究结果表明,城市CA在中国的应用研究前景良好,尽管近12年中研究情况存在波动,但整体呈增长态势。     

元胞自动机时空数据模型与预测方法

对标准元胞自动机(cellular automata,CA)模型进行扩展以满足具体行业地理信息系统(GIS)平台上时空动态模拟和预测应用要求。然后以电力行业配电网空间负荷预测为具体应用,建立起了土地利用演化动态模型与电力负荷空间预测之间关系,解决了时空数据管理中空间数据离散如何与属性数据进行交互问题。模拟出城市土地利用动态发展变化过程,预测出规划区域中的各划分小区土地的未来使用类型,建立起配电网空间负荷预测时空数据模型,突破了传统时空分离电力预测的预测方法的局限。最后通过一个配电网空间负荷预测实例验证了该方法有效性。     

城市CA模型建模原则与模拟结果检验方法研究

元胞自动机（CA）所独有的特征和构模方式使其在模拟复杂性系统如城市系统等方面表现出强大的模拟能力，作者通过分析CA的特点及其在城市模拟中的应用，着重探讨了城市CA模型的建模原则和城市CA模型模拟结果的检验方法。     

基于地理空间实体的矢量元胞自动机研究

元胞自动机是能模拟复杂行为的离散动力学模型，GIS与元胞自动机的集成对于模拟地理时空过程具有很大的优势。但是标准CA的一些限制因素如空间尺度、精度及数据量问题、邻居定义等制约了其模拟真实世界的能力。本文通过分析地理现象和元胞自动机之间的关系，从元胞及状态、元胞空间、邻居、转换规则、离散时间五个方面对标准元胞自动机的组成部分进行了扩展，构建了在不规则的地理空间中基于地理实体的元胞自动机模型，同时提出了一个通用的基于地理实体的元胞自动机模型和地理信息系统集成的框架。     

基于CA-ANN喀斯特石漠化时空格局的动态模拟和预测

分析了石漠化成灾综合机理,以GIS为平台,结合元胞自动机和神经网络模型,对石漠化灾害的空间格局进行动态模拟和预测.鉴于元胞自动机转换规则的难于确定的特点,利用神经网络来训练和获取石漠化转化的规则,进一步提高元胞自动机动态模拟能力.同时,由于GIS中嵌入元胞自动机,GIS的空间分析功能得到增强.     

营口城市用地扩展模拟预测研究

基于CA原理,结合GIS与RS技术,在ArcGIS平台中进行二次开发,构建了GIS-CA模型系统.以营口市为研究区域,对其城市用地扩展进行了模拟和预测.研究表明:GIS与CA集成,增强了GIS的时空动态建模功能,CA模型和GIS耦合是研究城市扩展动态模拟与预测的较为可行的研究方法;利用GIS-CA模型模拟和预测了营口城市用地变化趋势,对营口城市用地扩展模拟的结果比较合理,模拟的精度达到70％以上.     

基于偏最小二乘地理元胞模型的城市生长模拟

提出了一种基于偏最小二乘回归(PLS)方法的地理元胞(cellular automata,CA)模型PLS-CA,并用来模拟城市生长和扩展.CA模型的定义涉及存在严重相关性的众多空间变量,而传统的多准则判别技术(MCE)和主成分分析(PCA)不能够彻底地解决变量相关性问题.利用偏最小二乘回归从空间变量中提取线性无关的主成分,从而获取地理元胞自动机(CA)的转换规则,在地理信息系统(GIS)环境下建立PLS-CA模型,可以优化城市生长和扩展的模拟.利用提出的PLS-CA模型,模拟了上海市嘉定区1989年与2006年城市生长和扩展情况.     

基于城市流模型的城市群扩张模拟——以武汉城市圈为例

随着区域城市化和城市区域化的不断发展,城市群扩张已成为中国城市化进程研究中备受关注的课题,城市群的扩张模拟也成为一个热点研究问题.在传统的城市扩张模拟中,CA(cellular automaton, 元胞自动机)模型以其独特的规则简单,可扩展性强等优点,在城市扩张模拟方法中逐渐占据主导地位,但目前CA模型主要应用于对单一城市的扩张模拟,对大范围区域内城市群的综合扩张模拟精度不高.该文引入了城市流模型对传统CA模型加以改进,将空间相互作用力量化并嵌入CA模型的转换规则中,并以武汉城市圈为例,应用改进模型模拟了武汉城市圈的扩张变化.结果显示,相比传统的Logistic-CA模型,该文提出的模型精度更高,说明城市群内部空间作用力对城市群扩张影响显著,同时,预测了武汉城市圈2020年的城市扩张情况.研究表明,未来城市扩张将集中在中心城市边缘地带.     

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.     

GIS与空间句法的集成及空间形态结构量化分析——以南京师范大学仙林校区为例

空间句法从空间认知角度定量描述城市结构形态,GIS具有卓越的数据分析功能和高效的地理建模能力,两者的结合将有利于增强GIS空间分析能力和深化空间句法在城市空间形态结构的量化研究.从功能和数据角度探讨GIS和空间句法的集成,并以南京师范大学仙林校区为例,剖析了校园空间结构布局特征,解析了形态结构组织.     

GIS空间数据库与制图一体化研究

为了集成GIS强大的空间分析、决策支持功能和地图制图的空间特征信息表达功能,实现GIS空间数据库和地图制图的一体化。笔者从这两种数据模型入手,深入分析了两种数据模型的冲突以及GIS数据直接符号化时的矛盾。提出了主从关系一体化的概念,并进行了实践证明。该成果对空间数据库和制图一体化研究和应用具有一定的参考价值和指导意义。     

空间分析中GIS和空间语法理论的应用

运用GIS技术和空间语法论考察了新城市建设等城市计划中形成的土地利用变化和城市空间结构特征。以上世纪九十年代建设坪村新城市的安阳市设定为研究对象,分析了城市空间结构。特别是以公路网为中心,分析了城市空间结构和商业设施分布的相互关系,且查看了由大规模建筑区开发所引起的城市空间中心的移动。通过此项研究能综合运用空间语法论和GIS探索空间结构的特征,并把它应用于GIS所被利用的各种领域。     

UML-G:针对地理信息应用的面向对象建模语言

在分析其他学者的针对GIS的建立的OO(Object-oriented)模型基础上,基于目前已经成为建模技术标准的UML,并利用其扩展机制,包括构造型、标记值和约束,对UML进行扩展,定义了针对地理信息应用的面向对象建模语言UML-G,描述了UML-G的元模型,并采用UML-G对空间对象和空间关系的模型表达进行了研究,包括简单空间对象、覆盖对象、复合空间对象、时态空间对象以及空间关系的表现.通过分析以及相关实例的表述,表明UML-G可以很好地在GIS开发过程中使用,从而使得模型更加简洁并具有更好的表现能力.最后指出了进一步的研究方面.     

基于GIS的统计信息分析初探

叙述了GIS在统计行业的应用现状,提出了基于GIS的统计信息分析是GIS空间分析方法与传统统计分析方法的融合,可分为传统统计信息分析、统计信息的可视化分析、基本空间分析以及空间建模4种方法体系。     

地籍管理信息系统中宗地数据的时空组织与查询研究

时态信息是地理信息系统（GIS）中信息的重要一维，时态地理信息系统（TGIS）已成为当前国际GIS研究的热点。在地籍管理工作中，空间对象的历史状态和引起状态变化的相关事件等数据作为重要的存档资料都应当加以保存。在简要介绍了时态地理信息系统和时空数据模型之后，以地籍管理信息系统中的时态数据的管理来讨论适合实际地籍管理的宗地时空数据组织和查询。第一部分分析了宗地变更的基本类型，主要讨论了空间物体形态的变化，一般分为宗地合并、宗地分割和复杂变化。接着在第二部分则描述了宗地变化的时空拓扑关系－空间相关性（spatio-overlap）和时间相接性（time-meet）。第三部分在不改变原有的数据库的存储结构的条件下，运用基态修正法，通过定义时态对象来构造宗地数据时空模型，据此在宗地层区分现状层和历史层来对时态数据进行数据组织。在第四部分，根据宗地数据的时空变化类型和时空拓扑关系，设计了查询算法进行宗地空间数据的时态查询，并提供了查询算法的关键代码。最后，我们以某市旧城改造的实验数据进行了验证，实践表明运用该方法可以有效地对时态数据进行快照查询和任意宗地进行时态跟踪和搜索。     

上海市中心城区近百年来水系演变研究

利用1965～2006年共6个时相的遥感影像以及1918年地形图进行解译,获得了共7个时相的上海市中心城区水系分布数据.基于GIS和空间分析技术分析了近百年来上海市中心城区水系的演变过程及环境效应,研究结果表明：(1) 1918～2006年,上海市中心城区河道数由1 018条减少到184条,水系面积从37.68 km²减少到15.26 km²; (2) 水系减少呈从中心向周边逐步发展的趋势,水系形态特征变化主要表现为河道裁弯取直、填堵等; (3) 城市建设如开发区和住宅区的建设、修建道路和耕地整理等人为原因是造成水系演变的主要驱动力; (4) 水系演变使上海市中心城区河网调蓄能力降低,减弱热岛效应能力变差.根据研究结果,对未来水系规划提出了建议.     

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。     

地理时空本体研究进展

地理现实的动态性早已被人们所广泛接受，日前关于时空GIS的研究也越来越多．本体技术的引进，为地理时空研究提供了一条新途径．从地理时空本体的起源基础介绍了时间本体、空间本体的基元、特性、表示模型等，综述了目前时空本体的研究进展，总结了目前研究中存在的一些问题并展望了未来的发展方向．     

Spatial analyzing system for urban land use management based on GIS and multi-criteria assessment modeling

Urban land management requires the integration of a wide range of data on ecological process, environmental process and process on urban planning and development. This paper combined land suitability modeling with remote sensing （RS）, landscape ecological analysis and geographic information system （GIS） to develop a spatial analyzing system for urban expansion land management. The spatial analyzing system incorporates the use of a multi-criteria mechanism in GIS for the suitability evaluation of urban expansion land. Grey relational analysis （GRA） was combined with analytic hierarchy process （AHP） to address the uncertainties during the process of evaluation. This approach was applied to explicitly identify constraints and opportunities for future land conservation and development in Changsha City, China. Validation of the methodology showed a high degree of coincidence with the previous independent studies as regards ecological suitability. The methodology can be useful in environmental protection, land management and regional planning.