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理解城镇增长过程、模式、机理并预判未来发展趋势,对优化城镇空间布局,促进城市可持续发展有重要意义。元胞自动机模型（Cellular Automata, CA）是研究城镇增长过程、模式的有效技术手段,但传统CA模型对城镇增长过程和空间模式的协同考虑不足。本研究构建了基于斑块（Patch）的城镇CA模型AutoPaCA,实现对城镇增长过程及空间模式的协同表征和精细控制,将城镇增长过程分为边缘增长和跳跃增长两种形式,并实现了对不同形式下城镇斑块位置、形状和面积大小的精细控制,同时考虑城镇空间模式的集聚性、整体形态及空间约束。此外,还提出使用景观格局分析法分析历史时期城镇增长过程和模式,并结合遗传算法实现对模型参数的地域化自动校正,降低人为主观因素对模拟结果的影响。将模型应用于长沙市1995—2035年的城镇增长模拟与多情景分析。结果表明,构建的AutoPaCA模型可以取得较好的模型精度,200次模拟结果的互异邻域相似性指数均值达到0.486;在生态保护情景下,长沙市城市内部生态结构保存完好,且表现出更为明显的长株潭一体化趋势,说明本研究提出的AutoPaCA模型及参数校正方法是有效的。 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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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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基于RS和GIS的生态足迹分析 总被引：7，自引：0，他引：7
1IntroductionIn recent years the ecological footprint (EF), originally developed by Wackernagel and Rees in the mid-1990s (Wackernagel and Rees W, 1996; 1997), has gained much attention in Ecological Economics. This method tracks natural resources consump… 相似文献
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Gil R. Pontius Corresponding author Jeffrey Malanson Corresponding author 《International journal of geographical information science》2013,27(2):243-265
This paper compares two land change models in terms of appropriateness for various applications and predictive power. Cellular Automata Markov (CA_Markov) and Geomod are the two models, which have similar options to allow for specification of the predicted quantity and location of land categories. The most important structural difference is that CA_Markov has the ability to predict any transition among any number of categories, while Geomod predicts only a one‐way transition from one category to one alternative category. To assess the predictive power, each model is run several times to predict land change in central Massachusetts, USA. The models are calibrated with information from 1971 to 1985, and then the models predict the change from 1985 to 1999. The method to measure the predictive power: 1) separates the calibration process from the validation process, 2) assesses the accuracy at multiple resolutions, and 3) compares the predictive model vis‐à‐vis a null model that predicts pure persistence. Among 24 model runs, the predictive models are more accurate than the null model at resolutions coarser than two kilometres, but not at resolutions finer than one kilometre. The choice of the options account for more variation in accuracy of runs than the choice of the model per se. The most accurate model runs are those that did not use spatial contiguity explicitly. For this particular study area, the added complexity of CA_Markov is of no benefit. 相似文献
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城市空间扩张是复杂的社会经济进程,伴随着人口、政策和城市要素向外推进等现象,是评判城市化水平的重要指标。元胞自动机(Cellular Automata,CA)是可以模拟事物发展演化过程的系统动力学模型,可以有效揭示城市空间扩张过程的特征和机制,具有广阔的应用前景。根据Geo-CA的内涵与特征,以湖南省衡阳市为例,考虑城市空间扩张的主要影响因素,本文提出了多因素制约的城市空间扩张过程元胞自动机模拟模型(Multi-factors Constrained Expanding Simulation CA,MCESCA)。结合多期LANDSET影像、DEM和规划数据等数据源,论文构建并实现了MCES-CA模型,取得了较好的模拟结果。经检验,MCES-CA的模拟精度总体达89.24%。模拟结果显示衡阳主城区的空间扩张具有多方向、多阶段的特征,受到城市的自然环境和发展规划等因素的制约。本文研究表明,MCES-CA是一种简洁、易实现且高效的城市空间扩张模拟工具,今后应该结合人工智能方法提高模拟结果的精度。 相似文献
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土地利用变化模拟模型及应用研究进展 总被引：9，自引：0，他引：9
元胞自动机CA(Cellular Automata)和多智能体ABM(Agent-Based Model)模型是土地利用格局和演化模拟的主流方法,两者在模拟自然因素影响和人文驱动机制方面具有突出优势,为LUCC研究提供了重要的工具。当前,ABM无论在模型构建还是应用研究方面,CA和ABM均取得了显著进展。论文从数据基础、模拟尺度、CA转换规则挖掘、ABM行为规则定义、CA和ABM的耦合4个方面梳理土地利用模拟模型和方法的研究进展。并总结这些模型在虚拟城市模拟与理论验证、真实城市模拟与规划预测以及多类用地模拟与辅助决策等方面的应用。最后,总结土地利用模拟模型在精细模拟和全球变化研究方面存在的局限性,认为未来发展将主要集中于解决从2维模型向3维模型发展、大数据与规则精细挖掘以及大尺度模拟与知识迁移等问题。 相似文献
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对基于案例推理的元胞自动机模型(CBR-CA)进行改进,将各类别的宏观转移概率添加到目标函数中,体现各类别的转变特征,并增加时间权重来确定转移概率,实现时间尺度上的模拟;由于土地覆盖变化的多样性和空间结构的复杂性,利用Monte Carlo(M-C)法确定土地覆盖的最终转换类别。选择黄河源区为试验区,利用1977年、1985年土地覆盖数据建立原始案例库,模拟了该区域1995年、2000年和2006年的土地覆盖变化,模拟的各类别转换的数量精度与实际相吻合,各年份的总体误差分别为0.002%、0.012%和0.005%,空间位置精度总体在70%以上,并进行未来土地覆盖情景预测。该模型可用于多类别、长时间序列区域土地覆盖变化的模拟与预测。 相似文献
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Sustainable development has become a primary objective for many countries and regions throughout the world now. The ecological footprint (EF) is a kind of concise method of quantifiably measuring the natural capital consumption and it can reflect the goal of sustainability. In this paper, the concept, the theory and method of ecological footprint are introduced. On this basis, the study brings forward the method of ecological footprint and capacity prediction. The method is employed for the ecological footprint prediction combining consumption model with population model and the technique is adopted for the ecological capacity (EC) prediction uniting the Geographical Cellular Automata (Geo CA) and Geographic Information System (GIS). The above models and methods are employed to calculate EF and EC in 1995 and 2000 and predict them in 2005 in Hexi Corridor. The result shows that EF is continually increasing, and EC ascended in the anterior 5 years and will descend in the posterior 5 years. This suit of method is of the character of accuracy and speediness. 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