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?     

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CA-Markov模型的滇池流域土地利用变化动态模拟研究

以滇池流域为例,基于1990和1999年TM遥感影像解译数据,分析流域土地利用类型的动态变化程度,并基于马尔可夫模型定量分析土地利用转化的方向。采用GIS中多标准评价(MCE)方法,结合元胞自动机–马尔可夫(CA-Markov)模型,对2008年土地利用变化进行模拟和预测,预测结果与实际解译结果的Kappa系数达0.7338,表明预测结果可信。在此基础上,运用CA-Markov模型对2017和2026年的土地利用空间格局变化进行模拟,结果表明,该流域土地利用变化快,生态恢复和重建的压力很大。2008—2026年,耕地、林地、水域和未利用地面积将有所减少,草地和建设用地面积将迅速增加;与1990—2008年相比,草地、水域和未利用地的变化趋势相反,而耕地、林地和建设用地变化趋势相同。建设用地在原有基础上往外扩展,水域变化则较小。林地资源虽然有所减少,但仍然是流域主要的用地类型。建设用地扩张明显增加了滇池非点源污染的负荷。土地利用不合理是造成目前滇池水质退化的主要原因之一,并将加剧未来流域的水环境和水生态压力。因此,保有足够的人均耕地,降低施肥强度,提高土地利用水平,保留足够量的生态用地,节约集约利用建设用地,是降低该区域非点源污染潜力的重要措施。研究结果可为流域土地利用合理规划管理、生态恢复和经济发展政策的制定提供科学支持。     

基于扩展的生命机制概念的城市土地利用演变CA模拟

城市土地利用演化的实质是人为干预下城市生态景观的自组织机制作用过程,自组织机制的渐变特征与人为干预的突变特征共同演绎了城市土地利用演化永无止境的运动轨迹。城市生态机制理论充分考虑了城市生态景观、自组织机制和人为干预调控等因素,提出了城市土地利用演化的“生命机制”和“欲望”等概念,比较真实自然地反映了城市土地利用演化的实质。但地理特征CA的建模思想中邻居模型过于简单,对宏观因素和微观因素的综合影响考虑不足,也未考虑元胞自身扩展能力的变化和城市发展中的随机现象,元胞转换规则也趋于全局统一,缺乏局部修正能力。将依据城市生态机制理论,借助欲望等概念,引入基于焦点引力和属性的邻居模型,并在原转换规则的基础上加入了对元胞自身扩展能力的变化以及多约束因素综合作用的支持,也考虑了城市因素发展过程中的随机现象,并尝试引入微观因素对元胞转换规则进行局部修正是以使转换规贝4更趋于真实,最后对原有理论的欲望数组结合本文数据特点进行了修正并运用GIS技术对理论框架进行了实现,并将之应用到深圳特区城市土地演变研究中。     

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.     

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.     

城市土地利用系统动态分析模型

以定性分析与定量分析相结合的方法，综合运用各种定量分析技术，在系统分析测试土地利用的基础上，建立了以系统动力学方法的主体的城市土地利用动态分析的模型，该模型包含有城市人口，城市经济，土地需求和土地供应等四大子块，该模型应用于杭州城市土地利用总体规划中，运行结果表明它能曾真实全面反映杭州城市土地利用的实际情况，因而可用于大中城市土地利用问题的研究和政策分析。     

城市增长模拟模型研究综述

城市增长过程研究一直是地理学界长期关注的焦点问题之一。随着计算机技术的发展,城市增长模拟研究在理论和技术层面都有较快的发展。为进一步梳理城市增长模拟研究的发展历程,探寻相关研究的发展方向,在简单回顾城市空间结构和静态城市模型的基础上,重点对动态城市模型中以元胞自动机(Cellular automata,CA)和基于智能体建模(Agent-Based modeling,ABM)为代表的离散动力学模型的研究成果进行梳理,并从城市增长模型的理论、概念、属性、结构以及模拟平台5个方面进行对比分析。研究发现,城市增长模拟的动态模型能体现城市发展和演化的复杂性特点,而智能体建模方法因其具有对城市发展诸多要素及其相互作用的综合考虑而具有更大的优势。     

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.     

Development of a Chinese land data assimilation system: its progress and prospects

The objective of land data assimilation is to merge multi-source observations into the dynamics of land surface model for improving the estimation of land surface states. We have developed a land data assimilation system for China’s land territory. In this system, the Common Land Model and Simple Biosphere Model 2 are used to simulate land surface processes. The radiative transfer models of thawed and frozen soil, snow, lake, and vegetation are used as observation operators to transfer model predictions into estimated brightness temperatures. A Monte-Carlo based sequential filter, the ensemble Kalman filter, is implemented as data assimilation method to integrate modeling and observation. The system is capable of assimilating passive microwave remotely sensed data such as special sensor microwave/imager (SSM/I), TRMM microwave imager (TMI), and advanced microwave scanning radiometer enhanced for EOS (AMSR-E) and the conventional in situ measurements of soil and snow. A spatiotemporally consistent assimilated dataset for soil moisture, soil temperature, snow and frozen soil, with a spatial resolution of 0.25 degree and temporal resolution of one hour, has been produced. This paper introduces the development of Chinese land data assimilation system and the progress made on data assimilation algorithms, land surface modeling, microwave remote sensing of land surface hydrological variables, and the preparation of atmospheric forcing data. The distinct characteristics and challenges of developing land data assimilation system and the perspectives for future development are also discussed.     

Development of a Chinese land data assimilation system:its progress and prospects

The objective of land data assimilation is to merge multi-source observations into the dynamics of land surface model for improving the estimation of land surface states.We have developed a land data assimilation system for China's land territory.In this sys- tem,the Common Land Model and Simple Biosphere Model 2 are used to simulate land surface processes.The radiative transfer models of thawed and frozen soil,snow,lake,and vegetation are used as observation operators to transfer model predictions into estimated bright- ness temperatures.A Monte-Carlo based sequential filter,the ensemble Kalman filter,is implemented as data assimilation method to inte- grate modeling and observation.The system is capable of assimilating passive microwave remotely sensed data such as special sensor mi- crowave/imager (SSM/I),TRMM microwave imager (TMI),and advanced microwave scanning radiometer enhanced for EOS (AMSR- E) and the conventional in situ measurements of soil and snow.A spatiotemporally consistent assimilated dataset for soil moisture,soil temperature,snow and frozen soil,with a spatial resolution of 0.25 degree and temporal resolution of one hour,has been produced.This paper introduces the development of Chinese land data assimilation system and the progress made on data assimilation algorithms,land sur- face modeling,microwave remote sensing of land surface hydrological variables,and the preparation of atmospheric forcing data.The dis- tinct characteristics and challenges of developing land data assimilation system and the perspectives for future development are also dis- cussed.     

基于遥感影像的城镇用地变化分析--以纸坊镇为例

基于纸坊镇遥感影像数据,利用遥感软件,通过监督分类与非监督分类提取用地信息,然后进行空间建模,对纸坊镇用地变化进行遥感动态监测,总结出遥感监测用于城镇用地有很重要的意义,并对纸坊镇的用地提出了建议.     

土地利用/覆盖变化对城市地表参数的影响

植被覆盖、地表水分有效性和地袁温度组成的地袁参数的变化和分布,受土地利用/覆盖类型和开发强度的影响.这些变量均可从多光谱卫星影像获得.以珠江三角洲的广州市老八区为例,前人研究的方法为支撑,通过运用陆地卫星TM和ETM 影像进行非监督分类,结合反演的地表温度与归一化差值植被指数之间的散点图,确定了土地利用/覆盖类型,估计并描述了这些参数的时空分布特征,从空间和时间方面评估了这些参数与研究区不同土地利用/覆盖类型之间的关系.结果表明,由于广州城市用地的发展,城市植被覆盖比例从1990年的72.39%减少到2000年的46.95%.研究还表明,凡是作为城市用地的土地利用/覆盖类型(包括高密度城市用地和低密度城市用地),从1990年到2000年,其归一化地表温度值增加都是最高的.     

城市土地集约化利用初探——以西安市大庆路为例

以西安市大庆路为例,分析了我国城市土地利用中存在的粗放利用、用地结构不合理、土地效益低下等问题,并对大庆路沿线国有存量土地的盘活进行了探讨,提出了开发措施和建议。指出在城市化进程中,土地利用应走集约化发展的道路,挖掘土地潜力,盘活国有存量土地,提高土地利用率。     

松嫩沙地土地利用变化的社会经济驱动机制分析-以吉林省前郭县为例

运用多元回归分析法和主成分分析法，讨论了前郭县土地利用变化的社会经济驱动机制。结果表明，农业人口数和粮食产量是该县土地利用变化的主要社会经济驱动力；对于不同土地利用类型，影响其变化的主要驱动力和基本驱动机制不同。研究结果为协调松嫩沙地土地资源和人类活动提供了依据。     

湘江流域城市土地利用效率评价

基于数据包络分析法对湘江流域9个城市2010年土地投入产出效率和空间差异进行分析。结果表明,湘江流域城市土地利用效率存在个体差异,并呈现出中游低、下游高的空间格局;并分析了评价结果,提出提高城市用地效率的建议。     

兰州市城市土地利用效益评价

从经济、社会、生态效益三个方面构建城市土地利用效益评价指标体系,应用功效系数法定量评价了兰州市1999-2006年城市土地利用综合效益情况.结果表明,兰州市城市土地利用综合效益整体呈上升趋势;城市土地利用综合效益逐年上升的发展态势得益于城市土地利用经济效益、社会效益和生态效益的提升.完善城市土地管理体制,引导土地利用结构优化,加强旧城区土地改造,是提高兰州市土地利用效益的有效途径.