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相似文献
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1.
地理元胞自动机模型研究进展   总被引:6,自引:0,他引:6  
赵莉  杨俊  李闯  葛雨婷  韩增林 《地理科学》2016,36(8):1190-1196
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: 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; 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; 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   

2.
地理格网模型研究进展   总被引:14,自引:2,他引:12  
地理格网系统起源于早期的制图研究,并发展成为表达复杂地理现象、综合分析自然与人文数据、模拟地理系统功能与行为的基本方法。地理格网系统的组成包括格元、格边和格点,格元代表了区域面状特征,格点确定了格元的基本位置和点状特征,格边用于度量格元间的通量关系。在现代地球测量技术驱动下,地理格网系统的功能从传统的地图定位框架与地理现象表达,进一步拓展出多源地理空间数据融合、地理综合分析等新功能。研究椭球空间下的地理格网系统构建模型、误差分布、地学计算等是地理格网系统研究的前沿和基础性科学问题。  相似文献   

3.
地理系统是多圈层交互的复杂巨系统。地理系统模型是理解和预测不同尺度地理系统格局和过程变化最重要的研究方法。地理系统模型作为可持续发展科学决策必需的工具,是自然地理学重要的研究方向。过去几十年来,在全球变化等全球性重大环境问题和人类科学决策需求的推动下,地理系统模型虽然发展迅速,但还不足以准确地模拟和预测复杂人地耦合系统。本文分别从模型原理、框架和尺度等方面回顾与梳理了地理系统模型从单要素到多要素、从统计到过程、从静态到动态、从单点到区域和全球尺度模拟等发展历程,并总结了地理系统模型对发展人类—自然耦合系统以及模型—数据融合系统的趋势。发展中国的地理系统模型将有助于中国和全球可持续发展的科学决策。  相似文献   

4.
元胞邻域对空间直观模拟结果的影响   总被引:2,自引:1,他引:1  
冯永玖  韩震 《地理研究》2011,30(6):1055-1065
作为一种空间直观模拟模型,地理元胞自动机(Geo-CA)能够模拟及预测城市扩展与土地利用情景.地理CA模拟中,元胞邻域及其空间构型会对转换规则的挖掘与空间直观模拟结果的可靠性产生显著影响,从模拟进度和精度、景观格局及运行效率等角度可以定量分析这种影响.以logistic回归CA模型为例,基于Von:Neumann型和M...  相似文献   

5.
大尺度和精细化城市扩展CA的理论与方法探讨   总被引:2,自引:0,他引:2  
城市模型研究存在两个必然趋势:研究单元由粗糙单元向精细单元转变,研究范围由单个城市向城市群、整个国家乃至全球转变,但在大地理区域上建立精细化的城市模拟模型,兼顾大地理尺度和基本空间单元仍存在较大的难题,它对当前地理模拟的计算能力、数据质量和理论方法等都提出了新的要求。在此背景下,该文从理论、方法和应用研究上总结近年来城市扩展CA领域取得的重要进展和呈现的新特征,并提出构建大尺度和精细化城市模型的关键技术及亟待解决的主要问题,以满足未来城市模型在大数据量和高精度方面的要求。研究得出以下结论:1)耦合CA模型与城市空间相互作用模型,可弥补城市扩展CA在表达城市网络空间联系与交互作用上的不足;2)丰富的带有地理位置信息的地理时空大数据,为开展大尺度和精细化城市扩展模拟研究创造前所未有的机遇;3)设计高性能地理元胞并行技术,可为大尺度和精细化城市CA计算提供高效运算工具;4)有必要探究地理时空数据和地理模拟过程的可靠性,实现对现实世界更为准确的模拟与预测。  相似文献   

6.
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   

7.
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  
杨青生  黎夏 《地理科学》2007,27(4):542-548
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   

8.
从高维特征空间中获取元胞自动机的非线性转换规则   总被引:24,自引:5,他引:19  
刘小平  黎夏 《地理学报》2006,61(6):663-672
元胞自动机 (CA) 具有强大的空间模拟能力,能够模拟和预测复杂的地理现象演变过程。CA 的核心是如何定义转换规则,但目前CA转换规则获取往往是基于线性方法来进行,例如采用多准则判断 (MCE) 技术。这些方法较难反映地理现象所涉及的非线性等复杂特征。为此提出了利用新近发展的核学习机来获取地理元胞自动机非线性转换规则的新方法。该方法是通过核函数产生隐含的高维特征空间,把复杂的非线性问题转化成简单的线性问题,为解决复杂非线性问题提供了一种非常有效的途径。利用所提出的方法自动获取地理元胞自动机的转换规则,不仅大大减少了建模所需的时间,也较好地反映地理现象复杂的特性,从而改善了CA模拟的效果。  相似文献   

9.
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   

10.
王占强  张新长 《热带地理》2005,25(4):312-316
介绍了元胞自动机(CA)模型、马尔柯夫(MARKOV)和层次分析(AHP)的概念和原理,在分析城市空间演化过程和模型特点的基础上,对标准CA模型进行扩展,构造出CA-MARKOV-AHP复合模型.在GIS和基础地理信息数据库的支持下,对广东江门城市空间的演变进行模拟和预测.  相似文献   

11.
This paper presents a new method to discover transition rules of geographical cellular automata (CA) based on a bottom‐up approach, ant colony optimization (ACO). CA are capable of simulating the evolution of complex geographical phenomena. The core of a CA model is how to define transition rules so that realistic patterns can be simulated using empirical data. Transition rules are often defined by using mathematical equations, which do not provide easily understandable explicit forms. Furthermore, it is very difficult, if not impossible, to specify equation‐based transition rules for reflecting complex geographical processes. This paper presents a method of using ant intelligence to discover explicit transition rules of urban CA to overcome these limitations. This ‘bottom‐up’ ACO approach for achieving complex task through cooperation and interaction of ants is effective for capturing complex relationships between spatial variables and urban dynamics. A discretization technique is proposed to deal with continuous spatial variables for discovering transition rules hidden in large datasets. The ACO–CA model has been used to simulate rural–urban land conversions in Guangzhou, Guangdong, China. Preliminary results suggest that this ACO–CA method can have a better performance than the decision‐tree CA method.  相似文献   

12.
Rule‐based cellular automata (CA) have been increasingly applied to the simulation of geographical phenomena, such as urban evolution and land‐use changes. However, these models have difficulties and uncertainties in soliciting transition rules for a large complex region. This paper presents an extended cellular automaton in which transition rules are represented by using case‐based reasoning (CBR) techniques. The common k‐NN algorithm of CBR has been modified to incorporate the location factor to reflect the spatial variation of transition rules. Multi‐temporal remote‐sensing images are used to obtain the adaptation knowledge in the temporal dimension. This model has been applied to the simulation of urban development in the Pearl River Delta which has a hierarchy of cities. Comparison indicates that this model can produce more plausible results than rule‐based CA in simulating this large complex region in 1988–2002.  相似文献   

13.
A new metaheuristic approach is presented to discover transition rules for a cellular automaton (CA) model using a novel bat movement algorithm (BA). CA is capable of simulating the evolution of complex geographical phenomena, and transition rules lie at the core of these models. An intelligence algorithm based on the echolocation behavior of bats is used to discover explicit transition rules for use in simulating urban expansion. CA transition rules are formed by links between attribute constraint items and classification items. The transition rules are derived using the BA to optimize the lower and upper threshold values for each attribute. The BA-CA model is then constructed for the simulation of urban expansion observed for Nanjing City, China. The total accuracy of newly formulated BA-CA model for this application is 86.9%, and the kappa coefficient is 0.736, which strongly suggest that the interactions of bats are effective in capturing the relationships between spatial variables and urban dynamics. It is further demonstrated that this bat-inspired BA-CA model performs better than the null model, the particle swarm optimization-based CA model (PSO-CA), and the ant colony optimization-based CA model (ACO-CA) using the same dataset. The model validation and comparison illustrate the novel capability of BA for discovering transition rules of CA during the simulation of urban expansion and potentially for other geographic phenomena.  相似文献   

14.
基于案例推理的元胞自动机及大区域城市演变模拟   总被引:19,自引:0,他引:19  
黎夏  刘小平 《地理学报》2007,62(10):1097-1109
元胞自动机(CA) 被越来越多地用于复杂系统的模拟中。许多地理现象的演变与其影响要素之间存在着复杂的关系, 并往往具有时空动态性。在研究区域较大和模拟时间较长时, 定义具体的规则来反映这种复杂关系有较大的困难。为了解决CA 转换规则获取的瓶颈问题, 提出了基于案例推理(CBR) 的CA 模型, 并对CBR 的k 近邻算法进行了改进, 使其能反映转换规则的时空动态性。将该模型应用于大区域的珠江三角洲城市演变中。实验结果显示, 其模拟的空间格局与实际情况吻合较好。与常规的基于Logistic 的CA 模型进行了对比, 所获得的模拟结果有更高的精度和更接近实际的空间格局, 特别在模拟较为复杂的区域时有更好的模拟效果。  相似文献   

15.
This paper presents a new, intelligent approach to discover transition rules for geographical cellular automata (CA) based on bee colony optimisation (BCO–CA) that can perform complex tasks through the cooperation and interaction of bees. The artificial bee colony miner algorithm is used to discover transition rules. In BCO–CA, a food source position is defined by its upper and lower thresholds for each attribute, and each bee searches the best upper and lower thresholds in each attribute as a zone. A transition rule is organised when the zone in each attribute is connected to another node by the operator ‘And’ and is linked to a cell status value. The transition rules are expressed by the logical structure statement ‘IF-Then’, which is explicit and easy to understand. Bee colony optimisation could better avoid the tendency to be vulnerable to local optimisation through local and global searching in the iterative process, and it does not require the discretisation of attribute values. Finally, The BCO–CA model is employed to simulate urban development in the Xi’an-Xian Yang urban area in China. Preliminary results suggest that this BCO approach is effective in capturing complex relationships between spatial variables and urban dynamics. Experimental results indicate that the BCO–CA model achieves a higher accuracy than the NULL and ACO–CA models, which demonstrates the feasibility and availability of the model in the simulation of complex urban dynamic change.  相似文献   

16.
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   

17.
杨青生  黎夏 《地理学报》2006,61(8):882-894
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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