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.     

土地利用演变元胞自动机仿真系统设计与实现

元胞自动机模型是土地利用演变模拟与预测的重要工具.文章基于组件式GIS平台SuperMap Objects,利用微软C#语言构建了一套土地利用演变元胞自动机模型仿真系统:LUCC-CA,用于城市土地利用演变的模拟与预测分析.该软件主要包括简单的数据预处理、模型数据输入、各种模型参数设定、模型运行控制、结果精度评价以及模型仿真结果输出等几部分功能.以广东省广州市花都区为例,利用LUCC-CA系统对花都区1995～2005年土地利用演变模拟进行了实证研究.通过精度分析得出2005年模拟结果与该年实际土地利用现状的平均符合度为75.23%.结果表明该模型系统能够较好地反应区域土地利用演变动态,可为相关研究提供参考.     

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.     

CA在流行病传播研究中的应用

本文首先介绍了基于标准元胞自动机的流行病传播模型,并讨论了标准元胞自动机模型空间建模的局限性,针对局限性对CA进行扩展,最后介绍CA与GIS集合研究流行病传播的方法。     

非洲猪瘟舍内传播元胞自动机仿真研究

为了研究非洲猪瘟在封闭式猪舍内传播的规律,本文通过引入SI模型,并在此基础上进行改进,结合猪舍内猪只的移动规律及个体体质的差异,分析猪舍内猪只感染非洲猪瘟的概率;设计猪只个体接触后的感染规则,构建元胞自动机模型进行仿真,模拟非洲猪瘟在猪舍的传播情况;通过将元胞自动机模拟的非洲猪瘟的传播仿真结果与传统SI模型的传播数据进行对比分析。结果表明,元胞自动机仿真非洲猪瘟舍内传播能够与传统的SI模型传播数据可以实现较好的拟合,拟合度为0.96,同时使用元胞自动机作为非洲猪瘟的传播模型在预测方面具有优势,可以通过迭代对传播过程可视化,进而实时预测非洲猪瘟在密闭猪舍的传播轨迹,为相关传染病的仿真研究提供了理论指导。     

地理元胞自动机研究综述

从地理元胞自动机的应用范围、地理元胞自动机转换规则的获取、地理元胞自动机空间划分、元胞自动机与GIS的集成等方面回顾了地理元胞自动机模型的研究,对地理元胞自动机模型研究的发展趋势进行了分析,认为地理元胞自动机模型研究在以下几个方面需要进一步深入：（1）应用范围应进一步扩大;（2）在确定地理元胞自动机的转换规则时应综合考虑自然因素和社会经济因素;（3）应加强地理元胞自动机与多智能体系统的集成研究;（4）应加强对地理元胞自动机的尺度划分及尺度效应的研究;（5）应进一步深化地理元胞自动机与GIS的集成研究。     

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.     

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．     

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。     

SLEUTH模型支持下的重庆市主城区城市扩展模拟

选取城市化速度较快和生态环境压力突出的重庆市主城区为研究对象,对该区域城区扩展进行模拟与预测.以研究区1988年、1993年、2000年、2007年4期遥感影像及城市规划图等为数据源,结合RS和GIS技术对数据进行处理作为模型输入数据,对SLEUTH模型进行校正获取适合研究区的最佳参数组合,进而对研究区1988～2007年间的城区扩展进行历史重构,并对该区域未来10年城区扩展情况进行预测.研究结果表明:首次将该模型应用到重庆地区,模型对研究区域的城区扩展模拟精度较高,未来10年该区域城市化速度有逐渐加快趋势,这与目前的土地规划决策、道路建设、经济结构及政策等因素密不可分.     

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.     

改良Verhulst模型在泥岩路基沉降预测中的应用

为了准确预测泥岩高速公路路基不同填筑阶段的沉降数据，避免长期监测带来的不便，提出了5个改良Verhulst模型：分别利用元胞自动机和矩形法以及积分法改良传统Verhulst模型背景值，建立了元胞自动机改良模型、矩形法模型和积分法模型；在此基础上，利用元胞自动机理论优化矩形法模型和积分法模型的背景值，建立了综合改良模型1、2。以马巢高速公路泥岩路基沉降数据为基础，采用传统Verhulst模型和5个改良Verhulst模型预测路基在不同填筑阶段的沉降。结果表明：5个改良模型中，2种综合改良模型精度最高，其次为元胞自动机改良模型和积分法模型，最后为矩形法模型，且预测精度均优于传统模型，能较好地预测不同风化程度泥岩路基在不同填筑阶段的沉降，符合工程要求。     

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。     

基于扩展CA模型的武汉市城市土地集约优化配置研究

许多地理现象的演变与其影响要素之间存在着复杂的关系,并往往具有时空动态性.本文针对城市土地集约优化配置的实际情况,引入元胞自动机(CA)模型,对其主要参数元胞、状态、转换规则、平滑规则等进行修正,提出了基于GIS和CA的城市土地集约优化配置思路;并以武汉市为例进行了实证研究,经构建CA优化配置模型后进行局部优化,结果表...     

三维元胞自动机及其在材料模拟中的应用

元胞自动机是一种时空、状态离散的数学模型,适于计算机模拟实施。特别适合于处理那些难以用数学定量描述的复杂动态体系问题,如材料微观组织的演变。本文阐述了元胞自动机法的产生和发展及其在材料模拟中的应用情况。并以Visual C 为编译平台建立了一种三维元胞自动机模型。该模型具备了经典元胞自动机的基本特征,因此可以根据需要进行扩展。文中运用该模型进行了简化的枝晶生长模拟,并与二维的模拟结果进行比较,验证了该模拟的正确性。     

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。     

城市系统工程研究:演化、控制与博弈的方法

目的系统科学与复杂性科学为城市发展研究提供了新的机遇,为此提出城市系统工程的命题及其研究框架。方法采用适应性元胞自动机模型、系统评价与调控及博弈分析的方法,分别研究了城市增长仿真、城市经济环境系统管理及城市社会稳定的问题。结果基于适应性元胞自动机模型的城市增长仿真,反映了城市化的客观规律;面向协调的城市经济环境系统管理模型,提供了系统管理的调控变量;城市社会稳定的博弈分析,则给出了城市制度建设的途径和方向。结论城市系统工程研究框架及其技术路线具有可行性,能为城市发展提供有效的决策支持。