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1.
元胞模型在地貌演化模拟中的应用浅析 总被引：3，自引：0，他引：3
元胞自动机是一个时空离散的动力学模型,是复杂系统的研究方法之一。从80年代后期开始,在许多领域都得到广泛的应用与发展。地貌是一个非线性动态复杂系统,元胞自动机模型(或更广意义上的元胞模型)为研究复杂地貌系统的动态演化提供了新的方法论工具。本文根据近些年国内外该领域的研究成果,对元胞模型在地貌演化模拟中的应用及进展进行了探讨,并分析了元胞模型方法在地貌演化模拟中的优势和不足。 相似文献
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基于神经网络的元胞自动机及模拟复杂土地利用系统 总被引：57，自引：9，他引：57
本文提出了基于神经网络的元胞自动机(CellularAutomata),并将其用来模拟复杂的土地利用系统及其演变。国际上已经有许多利用元胞自动机进行城市模拟的研究,但这些模型往往局限于模拟从非城市用地到城市用地的转变。模拟多种土地利用的动态系统比一般模拟城市演化要复杂得多,需要使用许多空间变量和参数,而确定模型的参数值和模型结构有很大困难。本文通过神经网络、元胞自动机和GIS相结合来进行土地利用的动态模拟,并利用多时相的遥感分类图像来训练神经网络,能十分方便地确定模型参数和模型结构,消除常规模拟方法所带来的弊端。 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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地理元胞自动机模型的尺度敏感性及原因 总被引：6，自引：1，他引：5
地理元胞自动机模型的模拟精度会受到元胞尺度的影响。以杭州市土地利用变化模拟为例,分析了元胞尺度分别为50m×50m、100m×100m、150m×150m和200m×200m时地理元胞自动机模型的模拟精度,对地理元胞自动机模型的尺度敏感性进行了分析;并从元胞转换规则入手,研究了元胞自动机模型尺度敏感性产生的原因:(1)元胞尺度会对地理元胞自动机模型的模拟精度产生影响,元胞尺度越精细模拟精度越高;(2)元胞自动机模型的尺度敏感性与元胞尺度相关,在有些尺度区间上表现得明显,而在有些尺度区间上表现并不明显;(3)孤立元胞是元胞自动机模型尺度敏感性产生的主要原因。研究表明,随着元胞尺度的增大,元胞空间的孤立元胞增多,这些孤立元胞本身及其周围元胞具有较低的邻域函数值和较小的转换概率值,并影响了地理元胞自动机模型的模拟精度。 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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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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元胞自动机和多主体模型在土地利用变化模拟中的应用 总被引：4，自引：1，他引：3
土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的重要分支。复杂系统理论的完善和系统模拟平台的发展使得复杂系统模拟方法在土地利用变化模拟研究中的优势越来越明显,元胞自动机模型和多主体模型正是基于复杂系统理论模拟研究的代表。本文简要回顾了土地利用变化模拟研究进展,探讨了土地利用变化的内在机理,着重分析了元胞自动机和多主体模型的内涵、研究热点、模拟平台和优缺点等,并对其今后在土地利用变化模拟研究的发展趋势进行了展望,以期为土地利用变化模拟研究提供参考。 相似文献
8.
基于CA的城市增长与土地增值动态模拟方法探讨 总被引：18，自引：2，他引：18
城市增长与土地增值是一种时空动态变化的复杂地理过程，如何有效地模拟这一过程是该研究领域的一个重要问题。基于GIS的元胞自动机模型，具有模拟地理时空演化过程的能力。该文首先对CA模型进行扩展，再与GIS集成，提出一种模拟城市增长与土地增值时空间动态过程的新方法，并以四川省德阳市为例进行分析。 相似文献
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基于生命周期理论的煤矿区 土地利用演化模拟 总被引：7，自引：0，他引：7
准确、可靠地模拟和预测煤矿区土地利用结构的变化,是矿区制定土地利用规划、土地复垦措施的重要依据。考虑到元胞自动机模型(CA)在土地利用结构变化模拟和预测方面的优越性能,将CA模型引入了矿区土地利用结构变化的模拟和预测。但矿区在不同的发展阶段,土地利用类型之间的转换具有不同方式,使得土地利用结构的演化存在阶段性的特点。因而利用CA模型对矿区的土地利用变化进行模拟和预测,就要求在不同阶段使用不同的转换规则,而传统CA模型难以满足这样的要求。本文基于矿区生命周期理论,改进了传统CA模型,通过控制变量的引入,实现了元胞转换规则的动态获取和应用。为了验证模型的有效性,以潞安矿区为研究区域,常村矿为研究对象,利用改进的模型对常村矿的土地利用空间结构进行了成熟期和衰退期的预测。通过和传统CA模型预测结果的比较,表明该模型的预测结果和矿区的不同阶段的土地利用演化特点比较吻合。因此该模型能够提高矿区土地利用结构演变模拟和预测的精度,是有效可行的方法。 相似文献
10.
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
11.
The application of dams built upstream will change the input conditions, including water and sediment, of downstream fluvial system, and destroy previous dynamic quasi-equilibrium reached by channel streamflow, so indispensable adjustments are necessary for downstream channel to adapt to the new water and sediment supply, leading the fluvial system to restore its previous equilibrium or reach a new equilibrium. Using about 50-year-long hydrological, sedimentary and cross-sectional data, temporal response processes of Toudaoguai cross-section located in the upper Yellow River to the operation of reservoirs built upstream are analyzed. The results show that the Toudaoguai cross-section change was influenced strongly by upstream reservoir operation and downstream channel bed armoring thereafter occurred gradually and extended to the reach below Sanhuhekou gauging station. Besides, median diameter of suspended sediment load experienced a three-stage change that is characterized by an increase at first, then a decrease and an increase again finally, which reflects the process of channel bed armoring that began at Qingtongxia reservoir and then gradually developed downstream to the reach below Sanhuhekou cross-section. Since the joint operation strategy of Longyangxia, Liujiaxia and Qingtongxia reservoirs was introduced in 1986, the three-stage change trend has become less evident than that in the time period between 1969 and 1986 when only Qingtongxia and Liujiaxia reservoirs were put into operation alone. In addition, since 1987, the extent of lateral migration and thalweg elevation change at Toudaoguai cross-section has reduced dramatically, cross-sectional profile and location tended to be stable, which is beneficial to the normal living for local people. 相似文献
12.
随着黄河上游控制性水利枢纽相继投入运用,黄河内蒙古段河道冲淤演变格局得到重塑。利用水文站实测数据,系统分析了海勃湾水利枢纽建设运行前后坝后河道水沙变化特征。基于河道断面高程数据,从滩槽冲淤（横向）及沿程冲淤（纵向）两方面定性分析坝后河道形态变迁,采用断面地形法定量计算坝后河道冲淤变化量。结果表明：海勃湾水利枢纽蓄水运用后,坝后河道的水沙搭配条件显著改善,来沙系数、单位径流量的输沙量降幅较大,对坝后河道减淤冲刷作用明显。坝后河道横纵断面变迁以冲刷为主,冲淤演变过程经历了淤积（2004—2012年）、冲淤过渡（2012—2014年）、冲刷（2014—2020年）3个阶段。 相似文献
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本文提出一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展(RF-CA)模型。通过在多个决策树的生成过程中分别对训练样本集和分裂节点的候选空间变量引入随机因素,提取城市扩展元胞自动机的转换规则。该模型便于并行构建,能在运算量没有显著增加的前提下提高预测的精度,对城市扩展中存在的随机因素有较强的容忍度。RF-CA模型可进行袋外误差估计,以快速获取模型参数;也可度量空间变量重要性,解释各空间变量在城市扩展中的作用。将该模型应用于佛山市1988-2012年的城市扩展模拟中,结果表明,与常用的逻辑回归模型相比,RF-CA模型进行模拟和预测分别能够提高1.7%和2.6%的精度,非常适用于复杂非线性特征的城市系统演变模型与扩展研究;通过对影响佛山市城市扩展的空间变量进行重要性度量,发现对佛山城市扩张模拟研究而言,距国道的距离与距城市中心的距离具有最重要的作用。 相似文献
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元胞自动机的地理过程模拟机制及扩展 总被引：12，自引：5，他引：7
地理空间、地理梯度、地理流和空间关系是经典地理学进行地理过程分析常用的4个基本概念,元胞自动机(CA)作为复杂空间系统研究的重要工具。分析表明,其与经典地理过程分析理论具有类似地表达机制,因而能有效地进行地理过程模拟。但由于标准CA是一种更广泛抽象的空间模型,其对地理特征的描述存在一定局限,限制了其更真实地模拟地理过程的能力。论文提出了基于地理特征的CA概念模型,深圳特区土地利用演化的实证研究表明,地理特征CA概念模型具有极大的应用价值。 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
17.
2002年开始的黄河调水调沙改变了进入黄河口的水沙条件,必然引起尾闾河道地貌的显著调整。根据黄河尾闾河道利津以下的断面实测高程数据,建立基于正交曲线网格的河道DEM,结合河床形态与水沙条件变化,综合研究黄河尾闾河道冲淤的时空演变及其影响因素。结果表明,调水调沙以来尾闾河道冲刷明显,2002—2017年累计冲刷6240万m 3,根据冲淤速率可以分为3个阶段：快速冲刷阶段（2002—2005年）冲刷速率为1443万m 3/a;冲刷减慢阶段（2006—2014年）冲刷速率为139万m 3/a;以及淤积阶段（2015—2017年）,淤积速率为263万m 3/a。其中,调水调沙初始4年尾闾河道的冲刷量占总冲刷量的80%,2006年以后冲刷强度逐渐减弱,甚至转为淤积。从季节上看,主要表现为汛期冲刷,非汛期淤积;从空间上看,越往口门方向,冲刷强度越小。调水调沙改变了入海水沙的年内分配,造成了尾闾河道的持续冲刷,入海流路也发生多次调整。但经过多年冲刷,河床整体下切,加上河口淤积延伸影响,调水调沙对尾闾河道的冲刷效率在持续降低。受河口海域淤积影响,近口门段在经历冲刷后转为淤积,河道纵比降减缓,增加了尾闾的不稳定性。 相似文献