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。     

基于元胞自动机模型的城市土地利用变化模拟

为了研究城市发展带来的城市土地利用空间格局变化,综合运用元胞自动机、多维驱动力分析和情景分析方法,构建了城市土地利用变化模拟系统。建立了宏观、中观和微观3个尺度上的驱动力量化和耦合作用函数。通过识别驱动力变化与城市空间发展特征的关联性,解决了元胞自动机模型参数的时间效应问题。结合情景分析方法,确定城市不同发展情景下的参数取值,进而对未来城市土地利用变化进行了系统模拟。4种预测情景的用地总量分别为220.32km2、253.28km2、231.52km2、310.52km2。研究结果表明:城市土地利用变化受经济增长、空间管制政策等驱动力影响明显,同心圆、组团式发展模式的用地集约水平较高,沿主要对外交通轴线带扩展模式的用地扩张问题较为突出。     

基于CLUE-S模型的南四湖流域土地利用变化模拟

南四湖流域涉及四省多市,具有较高的经济产值与生态环境保护地位,文章构建经济效益和生态效益为主的多目标模型,结合引入空间权重因子的CLUE-S模型,模拟现状增长、生态保护、耕地保护3种情景下流域内2050年土地利用情况.结果表明:(1)1990-2005年,建设用地大幅增长伴随着耕地及生态用地的快速减少,2005-201...     

滇池流域土地利用结构及其生态评价的初步研究

本文以构成滇池流域生态系统的4个主要土地系统为基本单元,采用优势度指数,多样性指数和均匀性指数分析了每个土地系统的土地利用结构,并根据土壤侵蚀模数和土地生产力对土地利用结构进行了生态评价.论文讨论了多样性指数在土地利用评价中的生态学意义和流域上游土地利用与流域生态系统平衡的关系,提出了协调和改进滇池流域土地利用结构的建议和措施.     

基于CA-Markov模型的关中—天水经济区土地利用变化动态模拟

基于关中—天水经济区2000年、2005年和2010年三期TM遥感影像数据,利用CA-Markov模型对土地利用格局进行模拟验证并预测2015年土地利用格局.结果表明:关中—天水经济区土地利用变化模拟的Kappa系数为0.79,模型的模拟精度高;2005—2015年,关中—天水经济区耕地、林地将呈现减少趋势,建设用地显著增加,草地、水域略有变化,未利用地几乎没有变化;研究区生态环境总体上有恶化的趋势,需加强对耕地、林地的保护.     

ANN-CA模型改进及城市用地动态模拟

针对传统ANN-CA(artificial neural network—cellular automata)模型在城市动态模拟中用地转换阈值确定繁琐以及全局模拟效果不佳的问题?以ArcGIS和Matlab2012b为开发平台,构建了一个“自上而下”和“自下而上”相结合的改进模型,以重庆市南岸区为例进行土地变化模拟,对比模型改进前后的模拟效果并讨论邻域设置对模型精度的影响?结果显示,改进后模型的模拟结果不论是精度还是Kappa系数都高于传统模型的模拟结果,而且改进后模型转换阈值的设置方便灵活,无需经过多次试验来获取,随着邻域设置范围的增大,模型的模拟精度也得到一定的改善?     

生态环境保护约束下的土地利用变化模拟 ——以昆明市滇池流域为例

土地利用变化模拟是土地利用研究的重要方法,生态环境保护是土地利用的重要约束条件。笔者通过建立多因素综合判别模型,分析并量化土地利用变化的生态环境约束,以此作为SLEUTH模型的限制因素层控制城市扩展和土地利用变化,从而实现了土地利用变化模型与生态环境分析的松散耦合,有效模拟生态环境保护下的城市扩展和土地利用变化。将该模型应用于滇池流域,对比分析2005年土地利用模拟结果与实际情况,结果表明,现行土地利用规划体现了生态环境保护原则,但仍存在不合理的土地利用布局。     

基于CA的城市土地利用演变人工神经网络模拟

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.若能增加社会、经济因素的影响,减少网络训练时的信息浪费,将进一步优化模拟效果.     

基于UPCA模型的城市空间形态动态模拟研究

回顾和总结了目前的城市CA模型.从城市规划角度,通过引入规划控制层,将传统的自下而上CA模型设计成自下而上和自上而下相结合的城市规划CA模型(UPCA),简化了传统CA城市模拟模型的计算数据;将整个城市空间划分成不同组团片区,提高了模型的模拟精度,取得了较好的实证模拟结果.城市规划CA模型的控制规划层将根据城市规划调整保持适时动态更新,并为各组团片区设定了一个规划约束系数,可以产生不同规划控制方案,增加了模型的规划决策功能,并且将丰富的城市规划信息量引入模型,使模型具备了一定的社会经济分析功能.     

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.     

土地利用变化的ANN-CA模拟研究——以西南喀斯特地区猫跳河流域为例

为了准确把握西南喀斯特地区土地利用格局的变化规律,以贵州省猫跳河流域为例,采用人工神经网络与元胞自动机的耦合模型对喀斯特地区1990—2002年间的土地利用格局变化进行了模拟。将模拟结果与实际土地利用图进行对比发现:在数量变化方面,两者的混淆矩阵和性能指数的总精度分别达到了87.62%和57.36%;在空间格局方面,模拟结果的景观格局指数均接近真实值。研究结果表明,该模型模拟精度较高且可操作性强,能够作为西南喀斯特地区小尺度范围土地利用变化研究的有效工具。     

基于Markov-CA的莆田市涵江区土地利用时空演变研究

针对莆田市涵江区土地利用时空演变模型进行研究,将基于时间离散、状态离散的马尔可夫(Markov)模型和元胞自动机(CA)模型优点有机结合,建立涵江区土地利用Markov-CA模型。利用2005年、2010年涵江区土地利用影像数据,分析土地利用特征,对2015年、2020年、2025年、2030年土地利用时空演变进行模拟。采用Lee-Sallee形状指数作为Markov-CA模型评价指标,评定模型精度。通过实验结果分析,2012年形状指数,证实基于Markov-CA的土地利用时空演变方法精度较高,模拟结果可作为涵江区土地利用政策制定和规划提供理论参考。     

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.     

基于改进型元胞自动机的煤层自燃动态模拟

为表现煤层自燃燃烧变化的动态过程,引入元胞自动机(Cellular Automata)理论用于模拟煤火的燃烧蔓延规律。根据煤火燃烧的特点,将元胞四元组的状态进行扩展,将状态S扩展为一个函数f(s),解决了传统CA理论无法准确细致地描述空间热场的分布的限制,同时研究了燃烧学,传热学等理论,将f(s)与煤岩赋存状况等条件结合,给出尽可能符合实际的模拟函数,最终在试验区得到满意的模拟效果。     

松花江三湖流域土地利用变化的生态环境效应研究

松花江三湖流域是吉林省水资源和林业基地，是长白山动植物资源保护的重要地域．通过对三湖流域土地利用变化及其对生态环境的影响的深入剖析发现，随着人口的增加和经济的发展，三湖流域土地利用结构发生了显著变化，并导致了土地资源生态环境背景的变化，生态环境质量下降甚至恶化，严重影响了水资源、森林资源的可持续利用．并对三湖流域土地利用变化的生态环境效应进行研究，为改变人们的生产方式，加强对资源与环境的保护，促进区域经济与环境的协调发展奠定了基础．     

基于Markov-PLUS模型的延安市土地利用多情景模拟研究

为探究延安市未来土地利用发展趋势,促进土地资源合理利用,基于延安市2010和2020年土地利用数据,运用Markov-PLUS模型,分别从自然发展、生态保护、经济增长三种情境,预测2030年延安市土地利用情况及其发展变化。结果表明：（1）2010-2020年,延安市全市范围内的耕地、林地面积减少,草地面积增长缓慢,水域、建设用地以及未利用地面积大幅度增长,但随着时间发展,建设用地不断扩张会破坏生态的稳定性,因此需要关注各类用地发展占比,合理分配用地;（2）PLUS模型模拟精度较高,Kappa系数为0.94;(3)基于2030年三种情景模拟情况比较,自然发展情景中仅有建设用地面积有所增加,在生态保护情景下,生态环境面积减少低于其他两种发展情景,且有效遏制了用地扩张,经济增长情景中,耕地及建设用地面积增幅明显。     

不同形核机制下对动态再结晶过程模拟研究

为了研究形核机制对多晶金属材料热加工过程的影响,通过建立动态再结晶的二维元胞自动机模型,模拟了3种形核机制下动态再结晶组织的演化过程,得到了热加工过程中再结晶平均晶粒尺寸的变化规律及生长动力学特征.模拟结果表明,再结晶平均晶粒尺寸的变化规律由形核机制和生长方式共同决定,但稳态时的平均晶粒尺寸只与总的形核数目有关;生长动力学曲线均呈S形,其变化规律符合JMAK理论;Avrami指数的大小取决于晶核的空间分布.     

基于InVEST模型的杨溪河流域土地利用变化对水源涵养功能的影响

水资源短缺问题已经严重制约人类的生产生活,研究不同土地利用条件下的产水量和水源涵养功能,可科学指导区域水资源的利用和管理。利用生态系统服务和权衡的综合评估模型(integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs, InVEST)模型分析了杨溪河流域1995年、2005年和2015年不同土地利用情况下的水源涵养量和水源涵养服务价值。结果表明：杨溪河流域在1995年的水源涵养量大于2005年和2015年,2005年和2015年的水源涵养量较为接近;杨溪河流域1995年、2005年和2015年的产水量均显示出上游和下游有较高的产水量;杨溪河流域在1995年、2005年和2015年的水源涵养服务价值分别为23.56亿元/a、21.44亿元/a和21.55亿元/a。人类活动将影响杨溪河流域水源涵养功能,在水资源开发利用方面,要协调好经济、环境和资源等各方的关系,为杨溪河流域等中国南方地区中小流域的开发利用和保护提供参考依据。     

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.