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内嵌空间聚类算法的分区地理元胞自动机建模与应用 总被引：1，自引：0，他引：1
传统的地理元胞自动机(Geo-Cellular Automata;GeoCA)模型,大多采用统一的转换规则驱动元胞空间内的所有元胞进行演变。然而,许多地理现象都存在着空间异质性,统一的元胞转换规则忽略了空间异质性的存在。针对这一问题,本文提出了空间聚类的分区地理元胞自动机模型,采用空间聚类算法对元胞空间进行分区,对不同的分区分别求取转换规则,以此来提高地理元胞自动机的模拟精度。以杭州市为案例区,采用本文提出的空间聚类的分区地理元胞自动机模型,对研究区2000-2005年的城市用地变化进行了模拟。结果表明:与采用统一转换规则的GeoCA相比,引入空间聚类算法的分区GeoCA具有较高的模拟精度,尤其是在空间形态和整体结构上,具有较好的模拟效果。 相似文献
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元胞自动机模型已经成为城市空间扩展模拟研究的重要方法之一,并得到广泛应用。然而,现有的城市扩展元胞自动机模型仍存在不足。由于元胞状态设置较为简单,从而使模型转换规则中对不同用地类型向城市用地转换的差异与强度考虑不够。基于此本文在元胞自动机模型的框架下,设计了多元结构的元胞状态及转换规则,提出了顾及地类转换差异与强度的城市扩展元胞自动机模型。在计算非城市用地向城市用地转换的转换概率时,该模型考虑了3个方面的概率：① 地形地貌、经济发展等城市发展的驱动因素对城市用地扩展的影响概率,该概率采用logistics方法进行计算;② 邻域元胞的用地类型对中心元胞转换概率的影响,该概率采用扩展摩尔型方法进行计算;③ 不同类型的非城市用地（本研究中包括耕地、林地和裸地3种类型）向城市用地转换的强度,该概率由模拟基期土地利用数据与目标年份土地利用数据的叠加,得出不同类型的非城市用地在此时间段内向城市用地转换的规模,进而确定不同类型的非城市用地向城市用地转换的强度。最后,将以上3种概率的乘积作为元胞转换的概率。通过转换概率与转换阈值的对比判断中心元胞是否在下一个阶段转换为城市用地。经过迭代计算,不断增加城市用地元胞的数量。当模拟城市用地的结果与目标年份的城市用地规模差值在一定的范围内时停止模拟,得出最终结果。模型构建完成后,本文以长株潭城市群核心区为例进行了模拟实验。以2001年该地区的土地利用数据为基期数据,模拟2010年该地区的城市用地规模和空间分布。研究结果表明,根据本文提出的模型模拟的城市扩展结果与真实数据相比具有较高的一致性。模拟结果正确率达到68.66%,比基于传统logistics回归的元胞自动机模型的模拟精度提高了4.25%,Kappa系数为0.675。该模型较好地模拟了长株潭城市群核心区城市扩展,在城市空间扩展模拟中具有较好的适应性与有效性。 相似文献
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基于Agent和CA的城市土地利用变化研究 总被引：12，自引：1，他引：11
分析了元胞自动机在土地利用变化研究的基础上,将Agent引进元胞自动机模型中,在元胞自动机模拟土地利用变化自然性、连续性规律的基础上,将Agent的人为性、不确定性加入到模型模拟中,对CA模型中以随机数体现的不确定性通过Agent给予地理意义的解释,并以城市郊区--樟木头镇为例,对1988-1993年间城市用地变化进行了模拟研究,得到了良好的模拟精度,模拟结果符合土地利用变化的自然性、人文性特征。 相似文献
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元胞自动机具有能模拟复杂动态系统的强大能力,本文采用了多约束条件的元胞自动机模型,以广东佛山市2000年、2006年和2012年建设用地的变化为例,从自然、社会经济发展等方面综合考虑选取了高程、坡度、人口密度、道路交通、水系等对城市建设用地发展变化起决定作用的诸多因子,利用马尔科夫概率矩阵计算2000年~2006年建设用地变化,推算建设用地转移总量。结合Logistic-CA模型和决策树-CA模型,预测模拟了2012年的建设用地分布并与实际相比较,分析其整体精度和误差来源。结果显示基于CA模型的建设用地动态发展模拟具有良好的效果,可以为城市的发展规划,过程演变提供虚拟的实验手段和科学依据。 相似文献
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对河道汇流过程进行模拟可为洪水灾害预警预报提供参考。利用水力水文学方法能很好地模拟河道汇流过程,但需要输入的参数多,运算过程复杂,对数据精度要求高,而且在无资料区流域无法确定河道上断面流量情况下,该方法具有一定局限性。本文将元胞自动机模型与水文模型相结合,构建了河道汇流过程中的元胞自动机模型和产流汇流规则。通过建立河道坡面拓扑关系,利用SCS-CN（Soil Conservation Service-Curve Number）模型逐个计算河道元胞上的坡面入流,并利用曼宁方程模拟河道汇流过程,最后在ArcEngine平台下进行二次开发,实现了河道汇流可视化。本文以厦门市茂林溪流域为研究区,对1997年5月6日至7日的一场降雨进行了模拟。将本文模拟结果与该流域其他学者的研究进行了对比分析,结果表明在输入数据与水文模型参数相同的情况下,本文不仅模拟出每次降雨间隔产生的较小洪峰,并且整场降雨产生的最大洪峰流量精度与时间精度均提高了5倍,可以更准确地模拟河道汇流过程,适用于河道汇流可视化,该模拟可以为洪水灾害预警预报提供一定参考。 相似文献
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都市圈作为典型的复杂巨系统,其国土、人口、交通等要素呈现出共同演化、协同发展的特征。现有基于元胞自动机的空间模拟方法通常分别进行国土或人口模拟,忽略了国土、人口之间的协同演化,从而限制了模拟性能。本文提出一种影响因子动态更新策略用以表征国土、人口两种要素间的相互作用,拓展经典元胞自动机模型构建协同模拟算法,实现了都市圈国土与人口空间分布态势的精准模拟。本文以深莞惠都市圈为例,对提出算法进行了实验验证。实验结果表明,本文提出协同模拟算法在深莞惠都市圈的国土模拟品质因素为0.274、人口模拟平均绝对百分比误差23.55%,分别优于传统基于随机森林的元胞自动机算法0.24和29.33%;相较于传统模型,在国土模拟中本模型在对于建设用地的模拟准确度提升了约3%,在人口模拟中本模型在对人口高密度的区域模拟误差降低了约6%。本文进一步预测了深莞惠都市圈2030年国土和人口发展空间态势。研究结果可为都市圈重大基础设施选址和发展情景推演提供技术支撑。 相似文献
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城市形态演化的粒子群智能随机元胞模型与应用——以上海市嘉定区为例 总被引：5，自引：0，他引：5
城市形态演化是一个非线性的复杂时空动态过程,认识、理解和模拟此变化过程,有助于探索城市扩展的机理。地理元胞自动机(CA)因其较强的复杂系统模拟和预测能力,越来越多地应用于城市形态的演变研究。CA"自下而上"的结构特性,与粒子群智能(PSO)由底层单元交互而呈现系统全局的自组织性,本质上是一致的。本研究将两者结合,以模拟结果和真实形态的差异最小化为基础,利用粒子群智能,以快速随机搜索的方式,获取CA参数的优化组合和模型结构,从而建立了一种粒子群智能地理元胞自动机模型(PSO-CA)。以上海市嘉定区为案例,通过较长时段的历史数据对PSO-CA模型进行校正,成功模拟了该区域1989-2006年的城市形态演化过程,并进行了2010年发展预测。与传统地理CA模型比较,PSO-CA模型模拟结果的精度更高。 相似文献
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本文以广州市花都区1990年和2008年TM影像作为数据源,在分析花都区2个时期土地利用格局时空特征的基础上,结合人工神经网络与元胞自动机(ANN-CA)模型对研究区的土地利用空间布局进行模拟。研究表明:根据研究需求构建的ANN-CA模型在实际模拟过程中无需人工定义模型结构和转换规则,只需通过3层神经网络即可模拟复杂的城市形态。因此,通过构建ANN-CA模型对土地利用空间布局进行模拟,可以合理预测城市土地利用发展趋势,具有较强的科学性和可靠性。 相似文献
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利用元胞自动机(CA)进行模拟可以帮助认识城市人口密度分布的演变过程,并为相关的调控提供决策依据.以长沙市为例,由元胞自动机层构建了精确到街道的长沙市人口密度分布仿真模型,对2000～2005年人口密度分布进行重建,与实际情况对比,整体预测精确度达76%以上;并对2010年,2015年人口密度分布进行了预测,结果表明,长沙市仍处于城市发展的初期阶段,市区人口密度分布受交通通达度、距市中心距离、公共设施便利性、环境、政府主导等多因子影响,总体呈现典型的Clark分布. 相似文献
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土地利用变化受到地形地貌、自然环境、城市规划和经济发展等的影响,预测其未来情景对政策调整具有重要的参考意义。元胞自动机模型是模拟和预测不同规划政策下土地利用变化的常用方法。本文基于GlobeLand30数据集,利用浙中城市群2000-2010年土地利用变化校准FLUS模型,并模拟2010年土地利用格局,其总体精度、Kappa系数和图形优化(FOM)分别为89.74%、82.69%和29.86%。采用马尔可夫链预测2030年各类型土地总量,利用FLUS预测一般条件下(常规情景)和城市轨道交通规划站点影响下(轨交情景)浙中城市群未来土地格局。结果表明,在5 km范围内城市轨道交通站点对建设用地增长影响较大,在该区域轨交情景比常规情景面积增加45.25 km^2、且主要发生在城市边缘区。建设用地扩张主要通过侵占优质农田实现,轨交情景5 km范围内农田转化为建设用地比常规情景增加33.34 km^2,建设用地扩张强度高于常规情景,其中最低扩张强度以上占比高于常规情景3.70%。景观指数表明,2种情景中林地、草地和水域格局具有较高相似性。本研究表明,综合使用FLUS、遥感、GIS等技术方法,能够准确模拟和预测不同规划条件下未来土地利用格局,并为规划和政策调整提供高可信空间数据。 相似文献
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本文应用VRGIS(Virtual Reality Geographical Information System)技术,建立水库工程水土流失三维可视化动态仿真模型,实现库区的空间信息可视化。以福建省东圳水库为研究对象,建立水土流失区域三维虚拟地理信息系统(3D-VRGIS),生成水土流失现状以及库区生态环境三维场景。并结合水土流失中水淹分析要素与三维空间的数据可视化技术,实现水土流失监测预报及其区域定位监控的可视化处理,为减少水土流失危害,提供可靠的信息资源。 相似文献
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基于GIS和USLE的东圳库区土壤侵蚀量预测研究 总被引：13，自引：1，他引：12
运用GIS、遥感技术与USLE模型相结合预测东圳库区流域土壤侵蚀量,利用GIS平台建立东圳库区基础地理数据库,以10×10m为栅格单元对库区进行离散化,在GIS空间分析功能支持下,结合USLE土壤侵蚀预测模型,根据合适的USLE因子算法生成栅格图层,通过图层运算,预测了东圳库区土壤侵蚀量,进而标识库区土壤侵蚀严重区域,为库区非点源污染控制及水土流失治理提供定量依据,并通过建立实用的泥沙输移比模型结合水文监测数据,对预测结果进行验证。根据USLE方程,采用改进后的SDR方程,预测的渡里流域年输沙量与流域实际监测得到的年输沙量仅相差14.08%,说明本文采用USLE方程模拟流域土壤侵蚀结果可信,可定量评价、拟定水土保持措施方案。 相似文献
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Juana P Moiwo 《世界地质(英文版)》2006,9(1)
The impact of land-use on surface runoff and soil erosion is still poorly understood at basin scale. Thus in the Western Jilin Ecosystem (WJE), surface runoff and soil erosion were measured against identified land-use types in the basin. Due to the spatial nature of the analysis, GIS ArcMap version 9.1 and the WetSpass model were used in the simulation process. In the study, the WetSpass model was extended with the Dynamic Sediment Balance Equation (Ziegler et al., 1997), to simulate and quantify soil erosion. A hypothetical natural grassland scenario was developed for the study area and compared with the present land-use management conditions. The results indicate significant differences in runoff and soil erosion across the different land-use types both within and between the two scenarios. Calculated averages of surface runoff and soil erosion for the present land-use management were 48.03 mm/a and 83.43 kg/(m2·a) respectively. Those for the hypothetical natural grassland scenario were 24.70 mm/a and 78.36 kg/m2·a) . Thus an overall decrease in runoff and soil erosion was observed as the conditions changed from the present land-use management to the hypothetical natural grassland state. Under the present land-use management, urban settlements exhibited the highest surface runoff but one of the least soil erosions, while bare-lands showed the highest soil erosion. It was more generally observed that runoff and erosion varies with vegetation type/density. It was concluded based on the research findings that the present land-use management might not be the best scenario for the ecosystem as it showed increased basin runoff and soil erosion in comparison with the natural grassland vegetation. Since no best scenario was simulated for or advanced in the study, further research to develop a more balanced land management system is thus required. The findings of the study can assist in the identification of vulnerable/fragile ecosystems in the basin and to guide sustainable future planning and development of the basin. 相似文献
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中国北方典型农牧交错区的土壤风蚀危险度研究 总被引：1，自引：0，他引：1
土壤风蚀及其引发的土地退化、沙化和沙尘暴是中国北方严重的环境问题之一。通过定量评估中国北方典型农牧交错地区土壤风蚀危险程度,可以为区域生态环境的保护和生态修复提供科学支撑。本文基于文献调研、兼顾数据的可获得性,建立了包括风场强度、植被覆盖率、地形起伏度、土壤干燥度等因子在内的风蚀危险程度评价指标体系。同时,依据遥感参数反演和地面气象观测数据,在地理信息系统技术支持下,形成了上述因子的空间分布数据。另外,利用层次分析方法,构建土壤风蚀危险度评价模型,得到研究区土壤风蚀危险度的空间分布。最后,结合研究区土地利用数据,探讨了风蚀危险度空间分布格局的自然环境和土地利用背景。研究表明:研究区土壤风蚀极险型区域面积为1.47×104km2,强险型区域面积为6.09×104km2,危险型区域面积为3.47×104km2,轻险型区域面积为3.45×104km2,无险型区域面积为2.19×104km2。本区土壤风蚀危险度呈现出从东南到西北逐渐增强的趋势,这与区域的植被、气候,以及土地利用的空间格局具有内在的有机联系。 相似文献
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六盘水市土壤侵蚀时空特征及影响因素分析 总被引：1，自引：0，他引：1
六盘水市是我国生态地位极其重要,水土流失又较为严重的城市。近些年,六盘水市实施了一系列生态工程,为了定量分析六盘水市土壤侵蚀状况及其影响因素,本文基于RUSLE模型,利用降雨数据、遥感影像数据、土地利用数据等,对贵州省六盘水市1990-2015年土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,分析其时空动态变化,利用地理探测器定量分析影响因素,并进行空间相关性分析,结果表明： ① 六盘水市土壤侵蚀以微度和中度侵蚀为主。土壤侵蚀严重地区主要分布在北盘江流域与南盘江流域交界处以及喀斯特山地地区,煤矿开采使植被覆盖等抑制土壤侵蚀因子减少作用,使局部地区土壤侵蚀程度加剧。② 1990-2010年平均土壤侵蚀模数整体为下降趋势,2010-2015年为上升趋势。其中2000年平均土壤侵蚀模数最大,2010年平均土壤侵蚀模数最小。该变化由降雨可蚀性因子和植被覆盖度因子综合影响所致。③ 植被覆盖度因子和多年平均降雨量因子是影响区域土壤侵蚀空间分布的重要因素。未利用土地、植被覆盖度小于0.3、坡度在25°以上和降雨量在1543~1593 mm之间的地区为高风险侵蚀区域。④ 植被覆盖度与土壤侵蚀在空间上全部呈负相关性,降雨因子与土壤侵蚀在空间上存在负相关性和正相关性。⑤ 土壤侵蚀改善区域大多分布在生态工程区域内,生态工程建设能够改善土壤侵蚀情况,不同生态工程保护侧重点不同导致土壤侵蚀改善程度不同。退耕还林还草工程对六盘水市土壤侵蚀的改善具有重要意义,六盘水市更宜退耕还林。 相似文献
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Gully erosion is the frequent and main form of soil erosion in the black soil area of the northeastern China, which is one of the most important commodity grain production bases in China. It is encroaching upon the fertile farmland there. Regionalization of gully erosion can reveal the spatial distribution and regularity of the development of gully erosion. Based on the eco-geographical regional background features of the black soil area, this study combined the regionalization with influencing factors of the development of gully erosion. GIS spatial analysis, geostatistical analysis, spatial statistics, reclassification, debris polygon processing and map algebra methods were employed. As a result, the black soil area was divided into 12 subregions. The field survey data on type, length, volume and other characteristics indicators of gully erosion were used to calibrate the results. Then the features of every subregion, such as where the gully erosion is, how serious it is, and why it happens and develops, were expounded. The result is not only an essential prerequisite for gully erosion surveys and monitoring, but also an important basis for gully erosion prevention. 相似文献
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土壤侵蚀危险度的计算与影响因子分析——以福建安溪红壤水土流失区为例 总被引：2，自引：0，他引：2
随着国家对生态环境的重视和水土保持科学的发展,有关土壤侵蚀危险性评价的研究越来越重要。本文对土壤侵蚀危险度评价的一般方法进行了改进。首先,分析了安溪县各强度等级的土壤侵蚀在高程、坡度、土地利用类型和土壤类型的面积分布情况,计算了不同高程带、不同坡度、不同土地利用类型和土壤类型的土壤侵蚀综合指数然后,以各影响因子的土壤侵蚀综合指数为权重,计算了不同侵蚀影响因子在安溪县各子流域的土壤侵蚀危险度,既避免了权重确定的主观性,又保证了土壤侵蚀危险度的计算适合当地的实际情况,从而明确了各子流域土壤侵蚀发生的可能程度最后,依据土壤侵蚀危险度和土壤侵蚀强度的分布规律,对整个研究区进行了水土保持分区,提出了治理方向。 相似文献
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贵州省不同地貌形态类型土壤侵蚀强度变化的定量分析 总被引：1，自引：0，他引：1
如何揭示不同地貌形态类型区土壤侵蚀强度变化,尤其是在生态环境比较脆弱的喀斯特区域,是地方生态保护战略实施亟需研究的关键问题之一。本文基于ALOS、ZY-3、GF-1、Landsat和GDEMV2遥感影像数据,以及2762条野外采样验证数据,参照国家在喀斯特与非喀斯特地区土壤侵蚀不同分类标准,实现10 m×10 m分辨率的贵州省2010年和2015年土壤侵蚀空间信息数据提取。进而结合贵州省地貌数据,通过构建贵州省土壤侵蚀的时空分析模型,实现对不同地貌形态类型,尤其是喀斯特区域和非喀斯特区域的土壤侵蚀强度的时空变化进行定量分析。结果显示：在2010—2015年,贵州省中—高海拔区域土壤侵蚀变化的动态度高于低海拔区域,土壤侵蚀强度总体呈下降趋势,下降总面积达6468.13 km2。喀斯特区域的土壤侵蚀变化广度高于非喀斯特区域的土壤侵蚀变化广度,而且变化趋势基本上是从高一级的侵蚀强度向低一级的侵蚀强度变化。高盆地、中山、高中山土壤侵蚀强度减弱趋势明显高于其他地貌类型的趋势,但高中山仍是喀斯特与非喀斯特区土壤侵蚀增强变化较为明显的区域。这说明自21世纪以来,在贵州喀斯特区域实施的生态修复工程和生态环境保护政策在土壤侵蚀防治过程中发挥了主导性作用,在今后贵州省进行土壤侵蚀防治的过程中,除了喀斯特区域的防治外,还需要同时注意非喀斯特区域的防治。 相似文献
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本文应用地理信息系统所具有的巨大数据综合处理、空间分析和模型运算等技术优势 ,评价与分析福建农业生态环境中的土壤侵蚀、土壤污染、土壤养分贫瘠和功能稳定性等重要问题 ,提出区域特征的空间分布. 相似文献