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基于神经网络的单元自动机CA及真实和优化的城市模拟 总被引：78，自引：8，他引：78
提出了一种基于神经网络的单元自动机（CA）。CA已被越来越多地应用在城市及其它地理现象的模拟中。CA模拟所碰到的最大问题是如何确定模型的结构和参数。模拟真实的城市涉及到使用许多空间变量和参数。当模型较复杂时，很难确定模型的参数值。本模型的结构较简单，模型的参数能通过对神经网络的训练来自动获取。分析表明，所提出的方法能获得更高的模拟精度，并能大大缩短寻找参数所需要的时间。通过筛选训练数据，本模型还可以进行优化的城市模拟，为城市规划提供参考依据。 相似文献
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基于关系数据库的CA模型扩展和时空模拟实验研究 总被引：10，自引：0，他引：10
具备时空计算特征的元胞自动机（CA）模型与地理信息系统（GIS）集成在地理过程模拟方面具有很大的优势，但标准CA在邻居规则等方面的严格定义制约了CA对真实世界的模拟能力，在分析了元胞空间关系和元胞邻居描述的基础上，该文提出元胞邻居不仅存在几何空间上的邻接形式，还存在空间上不邻接但属性上相关的邻居形式，传统思路的模型扩展很难完全解决CA的局限性，基于关系数据库来定义和选择元胞邻居是一种有益的理论尝试，以时空为载体的文化革新扩散系统具有多空间扩散形式和遗传特征，相对于标准CA基于关系数据库的CA扩展模型可以更真实地对其进行时空模拟，笔者以服装传播为典型案例做实验研究，取得了比较满意的实验结果，认为基于关系数据库的CA扩展模型比较适用于具有多空间扩散形式的复杂系统的过程模拟。 相似文献
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建设用地在空间上存在相互聚集或排斥的特性,并可能影响到城市扩张格局。本文在厘清建设用地内部以及不同类型建设用地之间聚集与排斥性的基础上,将其纳入到元胞自动机（CA）模型的发展适宜性与邻域影响因子计算中,以此构建顾及建设用地聚集与排斥性的CA-SAE模型,并将其应用于义乌城市扩张模拟的实证分析。结果表明：CA-SAE模型能够有效模拟不同类型建设用地的扩张状况,且模拟精度要优于传统CA模型。同时,多情景的模拟结果也证实了建设用地聚集与排斥性会影响到不同类型建设用地的空间分布及城市扩张形态。本文构建的CA-SAE模型创新性地将建设用地聚集与排斥性纳入到CA模型中,为开展面向不同类型建设用地的城市扩张模拟提供了思路与方法。 相似文献
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基于Logistic回归的CA模型改进方法——以广州市为例 总被引：7，自引：1，他引：6
基于Logistic回归的CA模型因其结构简单和数据要求相对较小的优势,被广泛应用于城市模拟领域,但数据的空间自相关性影响了模型机制挖掘与模拟精度。通过将影响城市发展演变的各种约束条件划分为强制和普通约束条件,以及运用主成分分析降低普通约束条件的数据相关性,构建了改进型Logistic回归CA模型,并在2000~2008年广州市城市增长模拟研究中进行应用。结果表明:与传统型Logistic回归CA模型相比,改进型Logistic回归CA模型在模型拟合度和精度上均有4%左右的提高。其中约束条件划分对非城市像元模拟精度约有6%的提高,对整体精度有3%的提高。更为重要的是,降低数据相关性后,Logistic回归CA模型对于城市扩展机制的解释更符合实际。本研究旨在寻求一种简单可行且易于构建的CA模型,探求城市发展机理,为城市规划管理提供更为准确的科学依据。 相似文献
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城市规划CA模型及其应用 总被引：2，自引：2，他引：0
基于CA模型,从城市规划角度,通过引入控制性详细规划层,将整个城市空间划分为不同组团片区,构建了自下而上和自上而下相结合的城市规划CA模型(UPCA),并以长沙市为例进行实证研究。结果表明:该模型简化了传统CA城市模拟模型的数据量,提高了模型的模拟精度,并增强了模型的规划决策功能,使模型具备一定的社会经济分析能力。 相似文献
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海湾型半城市化地区空间形态演化模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
元胞自动机（CA）是模拟城市土地利用演变过程的有效工具,转换规则和元胞邻域是元胞模型的核心。综合考虑元胞邻域的距离衰减效应,基于模拟退火算法（SA）挖掘最优的转换规则,文章构建了一种考虑邻域衰减的城市演化模型（SA-NDCA）。模型以负幂指数函数作为元胞邻域的衰减曲线表示元胞邻域的距离衰减效应;运用模拟退火优化算法计算城市CA模型模拟结果与样本点的累积差异,在目标解空间快速搜索以提取最优的转换规则;最后以厦门市半城市化地区为研究案例,模拟了研究区域1995―2010年期间的城市空间形态演化,通过混淆矩阵和Kappa系数评价了模型的模拟精度,1995―2010年期间的建设用地模拟精度为68.5%,总体精度达到86.2%,Kappa系数达到66.3,取得了较好的模拟效果。利用提出的SA-NDCA模型,成功模拟了研究区2010―2020年期间的城市空间形态演化,结果显示,所预测的演化情景与中国当前实施的新型城镇化战略十分契合。 相似文献
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基于城市流和层级性的城市群扩展模型构建 总被引：1，自引：1，他引：0
城市群是具有网络关系与层级性的区域空间,一直是中国推进城镇化与区域协调发展的主体单元。本文综合考虑城市群的网络与层级性特征,运用城市流刻画城际网络交互作用,采用分层广义线性模型（HGLM）揭示城市群分层驱动机制。同时,选取长江中游城市群开展实证研究,通过与元胞自动机（CA）耦合,构建HGLM-CA模型模拟城市群空间扩展。将模拟结果与Logistic-CA模型、BBO-CA模型进行比对,据此评析HGLM-CA模型的优劣与改进方向。实证结果表明：城市群空间扩展是多层驱动因素共同作用的结果,城市流不仅会推动城市群空间扩展,而且对元胞层因素起到重要的调节作用,使之具有城际分异性;HGLM-CA模型相比Logistic-CA模型模拟精度更高,说明顾及城市流与层级性的城市群空间扩展模拟结果更为精准;与智能模型BBO-CA相比,HGLM-CA模型模拟精度较低,但其便于从层级性角度把握城市群空间扩展机制。 相似文献
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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；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。利用ASTER影像数据，在CA模型下对福州市2010年和2020年的城市用地进行了模拟。从而为城市规划提供决策支持服务，对真正合理地利用城市土地，实现城市可持续发展具有重要意义。 相似文献
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地理元胞自动机模型研究进展 总被引：6，自引：0，他引：6
元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)是一种基于微观个体的相互作用空间离散动态模型,其强大的计算功能、固有的平行计算能力、高度动态及空间概念等特征,使它在模拟空间复杂系统的时空动态演变研究具有较强的优势。文章回顾了元胞自动机的发展历程,阐述了CA在地理学中的主要应用领域和研究进展,在此基础上,以现实世界地理实体及现代城市扩张特征为视角,分析目前CA研究所面临的问题,并对其未来的研究趋势进行了初步探讨,认为以下3个方面将是未来CA研究的热点：① 利用不规则元胞及可控邻域的CA模型,对不同规则或不同邻域地理实体的模拟研究;② 采用三维元胞自动机对现代城市扩张进行立体化模拟,以克服二维CA模型的缺陷;③ 将矢量元胞自动机模型应用于地理实体的模拟研究,进一步提高模拟精度。 相似文献
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基于动态约束的元胞自动机与复杂城市系统的模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
为获得复杂城市系统更理想的模拟效果,提出时空动态约束的城市元胞自动机(CA)模型。用不同区域、不同时间新增加的城市用地总量作为CA模型的约束条件,形成时空动态约束的CA模型,并利用该模型模拟1988—2010年东莞市和深圳市城市扩张过程。结果表明,利用CA模型模拟的1993年城市用地总精度比静态CA模型提高了5.86%,而且模型中的动态约束条件可以反映城市发展的时空差异性。 相似文献
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基于粗集的知识发现与地理模拟——以深圳市土地利用变化为例 总被引：18，自引：0，他引：18
为了更有效地模拟地理现象的复杂演变过程,提出了用粗集理论来确定元胞自动机 (CA)不确定性转换规则的新方法。CA可以通过局部规则来有效地模拟许多地理现象的演变过程。但目前缺乏很好定义CA转换规则的方法。往往采用启发式的方法来定义CA的转换规则,这些转换规则是静态的,而且其参数值多是确定的。在反映诸如城市扩张、疾病扩散等不确定性复杂现象时,具有一定的局限性。利用粗集从GIS和遥感数据中发现知识,自动寻找CA的不确定性转换规则,基于粗集的CA在缩短建模时间的同时,能提取非确定性的转换规则,更好地反映复杂系统的特点。采用所提出的方法模拟了深圳市的城市发展过程,取得了比传统MCE方法更好的模拟效果。 相似文献
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基于区块特征的元胞自动机土地利用演化模型研究 总被引：1，自引：1，他引：0
针对传统元胞自动机模型中栅格式规则空间模拟复杂地理元素精度不高的问题,提出一种基于土地区块特征的非规则空间元胞自动机模型,以地理单元实质不规则实体形状作为元胞空间单元,进行土地利用变化的仿真模拟,运用MapInfo建立非规则空间元胞自动机模型的应用软件.对头灶镇土地利用演化的实证研究表明,非规则空间元胞自动机模型可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则,可为城市规划提供决策支持. 相似文献
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大都市郊区是快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,尤其在中国加快推进“就地就近”城镇化战略的背景下,把握大都市郊区小城镇土地利用时空变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化都市空间结构具有重要的现实意义。约束性元胞自动机(constrained Cellular Automata, constrained CA)能够通过简单的规则模拟复杂的城市动态演化过程。本文将土地利用总体规划指标、城镇空间发展战略布局、土地利用开发适宜性等,嵌入约束性CA的转换规则中,采用Logistic逐步回归法分析土地利用空间影响因素,对严格约束下的武汉市江夏区2020年土地利用进行情景模拟分析,并提出城市增长管控手段。结果表明：①研究时段内,江夏区城镇用地呈低效外延式扩张,土地利用集约节约程度较低,其人口规模并未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成;②约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,能够真实反映近郊小城镇的未来空间布局与结构,模拟结果与土地利用规划和城市规划较为契合;③将规划目标导向与现实发展趋势下的模拟结果进行叠加分析,可确定城镇增长需求与规划指标调控间冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区域,为加强大都市近郊区的违法用地监查和土地利用管控提供先验的预警知识。 相似文献
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基于CA模型的乌鲁木齐都市圈城市用地扩展模拟研究 总被引：4，自引：2，他引：2
借助CA模型技术,基于乌鲁木齐都市圈城市用地发展的特点,构建了模拟多个城市群体扩展的CA模型,重点对模型的转换规则进行了扩展,把用地适宜性约束、城市内部社会经济驱动、城市之间相互作用力、区域生态格局限制、城市发展规模有限这几个方面的作用机制融入到模型的规则制定中,通过宏观约束、中观调节、微观驱动3个层次逐步实现;为了使社会经济数据与CA模型中的空间数据相匹配,对社会经济数据进行了空间化表达;在历史数据的参照下,所构建的模型经过反复调试与修正,模拟结果达到了较为满意的效果;应用此模型模拟了经济优先、生态优先与规划优先3种不同情景下的城市用地扩展,对都市圈城市用地今后的发展起到重要的启示作用。 相似文献
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基于CA-ABM模型的福州城市用地扩张研究 总被引：3，自引：2，他引：1
以中国海西地区重要门户福州市为研究区,结合其地理位置多层次约束性条件,以地理加权回归模型作为元胞自动机(CA)层的转换规则,同时以2000-2015年多期LandsatTM/ETM+影像的城市用地情况为参照,借助GIS空间分析技术,对CA和多智能体(ABM)相耦合的城市用地扩张模型进行改进。然后利用传统的和改进后的CA-ABM模型,多角度、多层次地模拟福州市2000年、2005年、2010年、2015年城市用地扩张在微观格局上的变化。结果表明,传统的和改进后的CA-ABM模型的整体精度均在80%以上,模拟结果具有较强的可信度;改进的 CA-ABM模型模拟的点对点总体精度和Kappa系数均高于传统的CA-ABM模型,而且模拟结果更加接近实际的城市用地扩张分布情况。结论可为平衡城市化进程和合理规划城市用地提供重要的理论技术支撑。 相似文献
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Calibrating a Land Parcel Cellular Automaton (LP-CA) for urban growth simulation based on ensemble learning 总被引：1，自引：0，他引：1
Yimin Chen 《International journal of geographical information science》2017,31(12):2480-2504
The reliability of raster cellular automaton (CA) models for fine-scale land change simulations has been increasingly questioned, because regular pixels/grids cannot precisely represent irregular geographical entities and their interactions. Vector CA models can address these deficiencies due to the ability of the vector data structure to represent realistic urban entities. This study presents a new land parcel cellular automaton (LP-CA) model for simulating urban land changes. The innovation of this model is the use of ensemble learning method for automatic calibration. The proposed model is applied in Shenzhen, China. The experimental results indicate that bagging-Naïve Bayes yields the highest calibration accuracy among a set of selected classifiers. The assessment of neighborhood sensitivity suggests that the LP-CA model achieves the highest simulation accuracy with neighbor radius r = 2. The calibrated LP-CA is used to project future urban land use changes in Shenzhen, and the results are found to be consistent with those specified in the official city plan. 相似文献
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干旱区绿洲型城市土地持续利用评价:以奎屯市为例 总被引：2，自引：0，他引：2
绿洲是干旱区城市发展的主要空间。干旱区绿洲城市土地的高效集约化利用不仅是城市可持续发展,同时是实现绿洲可持续发展的客观需要。从城市用地经济效益水平、城市用地规模合理性、城市内部用地合理性、城市土地生态系统以及城市对绿洲生态环境的影响五个方面,选择26个因素作为参评因子,利用层次分析法、模糊隶属函数及线性加权函数建立干旱区绿洲型城市土地利用评价指标体系数学模型。以奎屯市为例,对评价指标体系数学模型进行实证研究,并针对评价结果,提出可持续利用具体对策,为相关工作提供参考。 相似文献
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Xinli Ke Lingyun Qi Chen Zeng 《International journal of geographical information science》2016,30(4):637-659
Cellular automata (CA) models are used to analyze and simulate the global phenomenon of urban growth. However, these models are characterized by ignoring spatially heterogeneous transition rules and asynchronous evolving rates, which make it difficult to improve urban growth simulations. In this paper, a partitioned and asynchronous cellular automata (PACA) model was developed by implementing the spatial heterogeneity of both transition rules and evolving rates in urban growth simulations. After dividing the study area into several subregions by k-means and knn-cluster algorithms, a C5.0 decision tree algorithm was employed to identify the transition rules in each subregion. The evolving rates for cells in each regularly divided grid were calculated by the rate of changed cells. The proposed PACA model was implemented to simulate urban growth in Wuhan, a large city in central China. The results showed that PACA performed better than traditional CA models in both a cell-to-cell accuracy assessment and a shape dimension accuracy assessment. Figure of merit of PACA is 0.368 in this research, which is significantly higher than that of partitioned CA (0.327) and traditional CA (0.247). As for the shape dimension accuracy, PACA has a fractal dimension of 1.542, which is the closest to that of the actual land use (1.535). However, fractal dimension of traditional CA (1.548) is closer to that of the actual land use than that of partitioned CA (1.285). It indicates that partitioned transition rules play an important role in the cell-to-cell accuracy of CA models, whereas the combination of partitioned transition rules and asynchronous evolving rates results in improved cell-to-cell accuracy and shape dimension accuracy. Thus, implementing partitioned transition rules and asynchronous evolving rates yields better CA model performance in urban growth simulations due to its accordance with actual urban growth processes. 相似文献
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多智能体与元胞自动机结合及城市用地扩张模拟 总被引：15，自引：3，他引：12
运用多智能体(Agent)和元胞自动机(CA)结合来模拟城市用地扩张的方法,将影响和决定用地类型转变的主体作为Agent引进元胞自动机模型中,Agent在CA确定的城市发展概率的基础上,通过自身及其周围环境的状况,综合各种因素的影响做出决策,决定元胞下一时刻的城市发展概率。运用Agent的决策结果,对CA模型中以随机变量体现的不确定性通过Agent决策行为给予地理意义的新解释。以城市郊区—樟木头镇为例,对1988～1993年城市用地扩张进行了模拟研究,取得了良好的模拟效果。 相似文献