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利用蚁群智能挖掘地理元胞自动机的转换规则 总被引：3，自引：0，他引：3
提出了基于蚁群智能算法(Ant Colony Optimization, ACO)的地理元胞自动机(ACO-CA). 元胞自动机(CA)具有模拟和预测复杂的地理现象演变过程的能力. CA 的核心是如何定义转换规则, 但目前的方法所获取的转换规则大都是隐含的, 是通过数学公式来表达. 当研究区域较复杂时, 确定CA的模型结构和参数有一定困难, 需要使用智能式的方法获取有效的转换规则. 提出了一种基于蚁群智能来自动获取地理元胞自动机转换规则的新方法. 该方法所提取的转换规则毋需通过数学公式来表达, 能更方便和准确地描述自然界中的复杂关系, 并且这些规则比数学公式更容易让人理解. 将ACO-CA应用于广州市的城市模拟实验中, 取得了较好的结果. 并与See5.0决策树模型进行了对比研究, 对比实验结果表明: 蚁群智能算法在提取CA转换规则时比See5.0 模型更具有优势. 相似文献
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为了探究北京城市下垫面对雾天气过程的影响,为北京地区雾数值预报水平的提高提供理论基础和科学依据,选取2011年10月29日北京地区雾天个例进行了数值模拟试验,通过对WRF/Noah/UCM模式系统中城市冠层参数的调整,显著改善了模式对此次雾天气过程的模拟效果.使用参数调整后的模式系统通过敏感性试验分析研究了北京城市下垫面对雾发生、发展和消散过程的影响.结果表明:参数调整后的WRF/Noah/UCM模式系统能够与实际观测较相符地模拟此次发生在北京地区的雾天气过程,北京城市下垫面主要通过对温度的改变对雾的形成、发展和消散产生显著影响,使雾不易在城市及其附近形成和发展,延后城市地区雾的形成,但城市的存在也使得城市地区及其附近雾不易消散,相较于没有城市时消散时间延后. 相似文献
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基于多智能体系统的空间决策行为及土地利用格局演变的模拟 总被引：7，自引：0，他引：7
探讨了基于多智能体系统(MAS)的城市土地利用动态变化模拟的新方法. 模型是由相互作用的环境层和多智能体层组成. 旨在探索城市中居民、房地产商、政府等多智能体之间, 以及多智能体与环境之间的相互作用而导致城市空间结构的演化过程. 以广州市海珠区为实验区, 模拟了其1995~2004年的土地利用动态变化情况. 并与元胞自动机(CA)模型进行了对比研究, 结果表明MAS在模拟较为复杂的城市时比CA有更高的精度和更接近实际的空间格局. 相似文献
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城市水系统理论是流域水系统科学在城市尺度的拓展,为解决城市化引起的人水关系失衡和突出水问题(内涝、黑臭和水污染、生态退化等)提供了新的系统化解决方案.现有城市水系统相关研究大多关注水循环单一过程,对水循环及其伴生的物质循环、水生态以及人文等过程互馈机制仍需进一步探索.本文以流域水系统科学和水循环理论为基础,发展了城市水系统的概念、理论和技术体系;以城市多种下垫面条件下时变增益降雨-径流模型为核心,耦合自然-社会水循环及其伴生的水环境、水生态等过程和多尺度海绵措施的影响,研发了城市水系统5.0模型,实现了源头降雨-径流-面源污染负荷、排水管网系统水量水质转输、末端调蓄和净化、社会经济水循环、水系统评估和调控等五大关键模拟功能,成果已在武汉市开展示范应用.结果表明:城市水系统应以城市及其联系的河湖为研究对象,探索城市自然-人工侧支水循环和外江调蓄等耦合,以及社会经济发展、海绵措施对水量-水质-水生态等过程的调控机制.研发的城市水系统5.0模型很好地模拟了城区降雨-径流过程、水体总氮和总磷浓度、社会经济发展特征指标等.与实测数据对比,所有降雨-径流场次的相关系数和纳什效率系数分别处于优秀和良... 相似文献
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6 ka以来广州溺谷湾形成演变的数值模拟和地貌动力学分析 总被引：3，自引：0，他引：3
广州溺谷湾具有独特的地貌动力体系, 6 ka以来长期保持其活跃的水系. 为了探讨溺谷湾的地貌动力演变机制, 应用长周期数值模型对区域的水系和地貌演变进行了模拟和钻孔验证以及地貌动力分析. PRD-LTMM是一个本课题组自行研发的建立在流体运动方程和沉积物输运方程的基础上, 应用约简技术对模型输入和计算进行处理高分辨率(10 a)的千年尺度的长周期动力形态模型. 以193个可以明确辨识出最大海侵面的钻孔资料为基础, 重建了距今6 ka海进盛期的古珠江河口湾的水下地形, 并作为PRD-LTMM模型模拟的初始边界. 同时以广州溺谷湾中“门”这一独特的地貌动力单元作为切入点讨论广州溺谷湾的地貌动力的耦合演进过程. 模型计算结果应用27个测年钻孔资料进行验证, 其平均绝对误差为22.4%. 通过比较模型的计算结果与实际河网机构和口门相当符合, 表明PRD-LTMM的长周期模拟珠江河网、广州溺谷湾的形成和演变过程可行而且比较可信. 根据长周期模型的计算结果和地貌动力学分析表明: 广州溺谷湾的形态和“门”地貌单元是造成其活跃水动力的主导因素, 尤其是“门”地形所造成的双向射流系统的存在对广州溺谷湾的水系演变格局起了控制性的作用; 根据广州溺谷湾水动力结构、淤积过程和地貌形态的变化, 可将其演变划分为石门期、陈村期、黄埔期和珠江潮汐通道期. 相似文献
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《中国科学:地球科学》2020,(3)
城市用地的扩张模拟是土地利用/土地覆盖变化(LUCC)研究的核心问题之一.文章耦合了最大熵模型(Maxent)与元胞自动机(CA),并提出一种新的城市扩张模型(Maxent-CA),模型简单并可以从单期遥感影像中获取转换规则.以2000年中国地区的遥感数据为基础数据,结合人口密度、到城市的距离等空间变量,构建了Maxent-CA模型并分析其训练样本、邻域空间结构和空间尺度等,实现对模型的参数校正与验证.研究发现,当训练样本的采样比例与城市用地的转变量在全区的占比相匹配而且采用冯诺依曼邻域结构时,模型将得出更好的模拟结果.随着空间分辨率的降低模拟结果的空间结构变得简单,但是模拟精度也会受到明显影响.与传统逻辑回归CA模型对比, Maxent-CA能够很好地避免产生城市中心团簇的现象,将有助于得出更接近于真实情况的模拟结果,也能很好地满足大区域的城市扩张模拟的需求. 相似文献
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采用实验手段研究岩石的动、静弹性参数的变化规律及动、静态参数间的相互关系时存在着测试成本高,工作量大,普适性差且可靠性较低等问题.对岩样在单轴压缩加载条件下的破坏过程,采用岩石破裂过程分析RFPA系统进行数值模拟,获取岩样的应力—应变曲线可计算得到静态弹性参数.从弹性波动理论出发,采用交错网格有限差分方法,对超声波透射实验进行数值模拟,获取纵、横波速度可计算得到动态弹性参数.对50块不同的气饱和孔洞型岩样同步计算其动、静态弹性参数,并分析动、静态弹性参数随孔隙度的变化规律及动、静态弹性参数间的关系.结果表明:动弹性模量大于静弹性模量,且二者之间的线性关系良好,而动、静泊松比之间不存在明显的相关关系.该项研究为动、静弹性参数关系研究提供了新的方法,研究结果对于指导储层预测、油气检测以及地震资料综合解释都有重要的意义. 相似文献
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1980s中期以来,黄河下游游荡段经常出现畸形河湾,分析其演变过程及特点对游荡段治理具有重要意义.本研究采用黄河下游游荡段的遥感影像和实测断面地形资料,描述了不同畸形河湾的演变过程并分析其河湾形态参数和断面形态的变化.研究表明,黄河下游游荡段的畸形河湾具有演变周期短、扭曲程度较大和易发生自然裁弯等特点.游荡段不同位置畸形河湾的演变特点不同：游荡段上段的畸形河湾演变缓慢,裁弯历时长;中段的畸形河湾演变速率较高,河湾扭曲程度大;下段的畸形河湾演变速率高,容易发生自然裁弯.河湾形态参数可反映畸形河湾的演变过程,其变化特点与畸形河湾的形成和裁弯过程相对应.在畸形河湾形成过程中,曲率半径和河湾间距减小,弯曲度、水流夹角和河湾振幅增大.游荡段3个畸形河湾弯曲度的最大值分别为1.20、2.10和1.61,反映了不同畸形河湾的扭曲程度.“Ω”形畸形河湾裁弯后的曲率半径、水流夹角、河湾振幅和河湾间距约为其演变过程中最值的605%、59%、27%和133%.“M”形畸形河湾裁弯后水流夹角、河湾振幅和河湾间距约为其最值的37%、83%和152%.在畸形河湾形成时期,伊洛河口断面位于畸形河湾凹岸侧的滩地以94 m/a的速率崩塌.裁弯后,河槽冲刷,两岸滩地崩退,河槽展宽速率为148 m/a.河床底部的冲刷从深泓点逐渐向两边发展. 相似文献
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在复杂性科学研究的启示下,将用于复杂地理空间系统建模与仿真的地理模拟系统(GSS)理论引入城市公共安全应急领域,研究了大范围城市公共安全应急响应模拟的技术方法,提出了基于第二代地理模拟系统—多智能体系统(MAS)和地理信息系统(GIS)的城市公共安全应急响应模型框架,完成应急响应多智能模型体系架构、应急智能体个体结构、应急环境描述方法、多智能体模拟环境工作原理和多智能体模型在计算机上实现的关键技术研究,构建了模拟系统平台原型.采集北京市原城八区基础地理数据为实验数据,以假想的突发事件为背景进行了城市公共安全应急响应的复杂过程模拟实验,验证了运用地理模拟系统的空间动态建模方法构建城市公共安全应急响应系统的可操作性和技术体系的可行性.文章认为:复杂系统理论和复杂适应性系统理论可以为城市公共安全应急响应的复杂动态过程研究提供理论框架,复杂系统动态仿真方法和现代空间信息技术可以成为城市公共安全应急响应系统构建的方法论和技术支持,基于多智能体和GIS的应急响应模型是城市公共安全应急响应研究的关键技术,在实际的城市公共安全应急响应模拟时,基于Repast和Geotools实现多智能体系统与GIS系统的紧密集成,基于JTS实现空间数据分析,以及基于Terracotta集群技术解决大运算量数据处理至关重要. 相似文献
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对耦合了Noah陆面模式和单层城市冠层模式的WRF(Weather Research and Forecasting)模式系统进行了改进和优化,通过对2010年8月6－7日北京地区晴天个例的模拟试验,检验了优化前后模式系统的模拟能力,分析研究了该个例中城市边界层的特征及日变化.另外,使用优化后的模拟系统通过两组敏感性试验研究了京津城市下垫面对海风的影响.结果表明,优化方案能够显著提高模式系统对该个例的模拟性能,模式系统基本能够模拟出北京夏季边界层的日变化特征,精确的地表使用类型分类等地理信息数据对提高模式预报的准确度有着至关重要的作用,京津城市对海风的发展和推进过程有明显影响,能够阻碍海风的推进、加强风场的水平辐合和垂直上升气流,北京城市下垫面还能在海风到达前增加其强度和推进速度,并在海风经过后延缓其消亡、增加其推进距离. 相似文献
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主成分分析与Cellular Automata在空间决策与城市模拟中的应用 总被引：42，自引：2，他引：42
探讨了多准则判断技术（ＭＣＥ）在空间分析中所碰到的变量相关的问题．变量 之间的相关使得使用的权重不恰当，导致分析结果不合理．以城市发展的空间模拟为 例，指出了在一般的空间分析中所使用的因子有很大的相关性．提出了利用主成分分 析与“理想点”的方法来解决这一问题．结合单元自动演化（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ａｕｔｏｍａｔａ）和地理信息系统（ＧＩＳ），将该方法应用在城市形态的优化模拟中． 相似文献
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本文利用高分辨率WRF模式对2012年7月20日发生在海南地区的一次海风雷暴过程进行模拟,探讨了海南岛复杂地形下海风雷暴的结构、发展演变过程及其触发机制.结果表明,海南岛北部向内陆传播的海风与南部受地形阻挡的海风相遇后会形成海风辐合带,辐合带能影响当地的散度和涡旋特征,为雷暴的发生发展提供有利的动力和热力学条件.海南岛受热带海洋的影响较大,当地的水汽条件和对流潜势长期保持着有利于对流发展的状态,自由对流高度始终处于较低的位置,一旦海风辐合带来的抬升运动克服对流抑制到达自由对流高度后,对流就能自主地发展起来,所以单纯的海风辐合也常常能触发当地的强雷暴.雷暴发生发展过程中对流参数存在明显的变化,其演变曲线的突变位置对雷暴的发生有一定的指示作用.海南岛的海风雷暴过程与当地的复杂地形密切相关,地形的动力阻挡作用影响着低层海风的辐合以及对流的发展. 相似文献
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为了研究城市化进程对城市边界层结构的影响，通过高分辨率的卫星遥感资料获得土地利用类型,以及地表反照率、植被指数等地表参数，以南京为例，运用数值模拟手段进行了研究，结果显示这是一种可行的手段.数值模拟结果表明，随着城市的发展，城市反照率减小、植被减少、地表湿度减小，蒸发耗热减少，感热通量增加140 W/m2，城市波恩比增加.地表和大气之间热量交换加强，湍流热量通量增大了一倍，湍流交换发展加剧，14：00混合层高度抬高了500 m.地表湍流水汽通量和空气中水汽含量都减小，这也使更多的热量用于加热地表和大气，使地温、气温的日变化幅度增加. 相似文献
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震源参数反演及精度评定的Bootstrap方法 总被引：1，自引：0，他引：1
在震源参数反演理论研究中,地表形变与震源参数之间为复杂多维的非线性关系,针对传统泰勒级数展开的精度评定方法可能无法适用于震源参数的精度评定问题,本文将Bootstrap方法引入到震源参数非线性反演及精度评定研究中.通过对GPS地表形变观测数据实施Bootstrap重采样获取自助样本,使用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)搜索震源参数,设计并给出了震源参数精度评定的Bootstrap方法计算流程.将本文方法用于6个模拟地震、Amatrice地震及Visso地震实验中,通过反演震源参数、获取参数的置信区间及中误差,并与Jackknife方法、Monte Carlo方法进行对比分析.实验结果表明,通过执行本文精度评定方法能够获取比Jackknife方法更加可靠的震源参数置信区间以及更加精确的精度信息.实验验证了将Bootstrap方法用于震源参数精度评定的有效性和可靠性,为研究震源参数精度评定理论研究提供了一种新的采样思路. 相似文献
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尽管在城市中使用地球物理方法进行探测会受到复杂人文干扰、施工场地有限的挑战,但是相比于昂贵且具有破坏性的钻孔勘探,在城市采用无损的地球物理勘探带来的好处还是远远超出了其限制.本文以成都市天府新区独角兽岛为试验区,在提前了解其地质背景和研究区工况现状的前提下,采用地质雷达、高密度电阻率法组合地球物理方法,对试验区1 km2的面积开展了综合地球物理勘探,地质雷达主要用于30 m以浅的地质结构精细分层,高密度电阻率法重点对30～100 m深的地层进行约束分层.为了提高分层精度,测点及地表起伏形态通过RTK测量控制,最终通过综合地球物理信息、RTK测量信息和钻孔信息,快速获取了试验区100 m以浅的三维地质特征,为正在开展的独角兽岛地下空间规划及施工建设提供了重要的基础资料. 相似文献
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热带气旋背景条件下的城市效应与广州夏季雷暴 总被引：1，自引：0，他引：1
利用广州地区中尺度自动气象站观测网资料、广州雷达回波资料以及卫星TBB资料等, 分析了2005年8月初受热带气旋外围气流影响条件下广州地区“城市热岛”(UHI)的演变特征, 并主要对期间8月4日夜间和7日午后发生在广州城区的两次雷暴过程及其与UHI等城市效应的关系进行了研究. 结果发现两次雷暴的形成均与UHI相关, UHI引起局地气流发生辐合并引发对流发展, 对流降水发生的时间和位置均与UHI的演变及其相应的辐合区有良好对应关系, 对流易于在UHI发展较强的时段和位置上发生. 而且受城市的影响, 两次雷暴在移动经过广州城区时均得到了进一步发展, 最强的对流回波出现在中心城区上空, 降水也集中落在中心城区. 所有这些特征表明两次雷暴的形成和发展均与城市的影响有关. 相似文献
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地震波传播过程本质上是能量在传播过程中逐步损耗直至殆尽的过程，而在实际应用中，常在无能量损耗假设下，用弹性波动方程或标量波动方程描述它.在哈密顿(Hamilton)体系表述下，地震波传播过程即为一个无限维的哈密顿系统随时间的演化过程.若不计能量损耗，波场演化过程实质上为一个单参数连续的辛变换，因而对应的数值算法应为辛几何算法.本文首先从地震波标量方程出发，给出哈密顿体系下地震波传播的表述，即任意两个时刻的波场是通过辛变换联系起来的.随后，把波场在时间和相空间离散化后，给出了用于波场计算的一些辛格式，如显式辛格式、隐式辛格式和蛙跳辛格式.并进一步讨论了有限差分格式和辛格式的异同.然后，应用显式辛格式和同阶的有限差分方法给出了同一理论速度模型下的波场和Marmousi速度模型下的单炮记录.数值结果表明，辛算法是一类可行的波场模拟的数值算法.在时间步长较小时，有限差分方法是辛算法的一个很好近似.文中的理论和方法，为地震波传播理论及实际应用研究提供了新的途径. 相似文献
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本文在城市边界层预报模式中耦合了一个单层冠层模式,此模式能够体现城市冠层结构和人为热源对城市热岛的共同作用.通过传统平板模式和城市冠层模式的模拟结果与自动气象站观测资料对比发现,耦合了城市冠层模式的模拟结果与观测资料更为吻合,尤其能够较好地模拟出城市地区夜间地面的气温变化情况.对北京城市区域的模拟结果进行分析,白家庄地区冠层建筑物使得城市地区气温白天下降,夜晚上升,不考虑人为热源作用时,城市冠层使得白家庄站地面气温白天最低下降2.5℃,夜间气温最大升高为4.7℃.针对模拟区域较小的理想算例模拟结果分析表明,城市冠层模式能够很好地模拟城市地区地表能量平衡关系,体现城市冠层对长短波辐射的封截以及热量存储能力,全天平均净辐射通量由传统模式的43.38 W/m2变为84.19 W/m2,热存储通量白天最大值为278.04 W/m2,夜晚最大释放热存储通量为160.35 W/m2.冠层建筑物和人为热源对夜间城市热岛强度的贡献分别为70.65％和29.35％.城市冠层建筑物对夜间城市热岛的形成起决定性作用. 相似文献
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热带印度洋环流是由赤道环流体系、近赤道海域及边缘海环流和涡旋构成的有机整体,其动力调整过程受到印度季风和印度洋偶极子(IOD)驱动,具有复杂的多尺度变异特征.本文总结了近年来中国科学院南海海洋研究所在热带印度洋开展的大面积水文观测和数值模拟研究成果,其初步揭示了热带印度洋环流的多尺度演变特征及其控制机理.研究表明:(1)赤道风场直接驱动的开尔文波和罗斯贝波及赤道印度洋东边界反射的罗斯贝波调控着赤道潜流(EUC)和赤道中层流(EIC)的形成和演变;(2)赤道风生动力过程是东印度洋上升流温跃层年际变异的主要控制因素;(3)赤道波动将大量能量以沿岸开尔文波和辐射自由罗斯贝波的形式输送至孟加拉湾,调制该海域环流和涡旋的变异特征.本文亦探讨了动量平衡和海盆共振对赤道环流体系变异的可能影响,以及赤道风场通过风生动力过程调控东印度洋上升流演变时间等尚未解决的问题.文中介绍了中国科学院南海海洋研究所通过国际合作推动印度洋联合调查计划,为更好服务于热带印度洋环流多尺度变率研究,保障海上丝路沿线国家海洋环境安全提供充足的数据和科研储备. 相似文献
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建筑群震害响应模拟是现代城市震害防御管理工作的基础。高效的建筑信息获取方法与科学合理的建筑群动力响应分析模型建模方法是快速、准确震害模拟的前提,也是震害防御科学管理、迅速决策和精准施策的必要保障。本文提出利用GIS平台进行矢量地图数据采集、多图层空间叠加分析及地形分析;结合我国各地市政府数据开放平台,获取建筑使用功能、建成年代、结构类型及场地类别等基本信息;在此基础上建立一套基于真实城市信息的建筑群动力响应分析模型建模方法。该方法操作简便、模型精度高并且建模速度快,可实现城市区域大规模建筑群高效建模。针对成都市某街区建筑群进行数据采集和模型建立,验证了该方法的可行性和有效性。 相似文献