基于关系数据库的CA模型扩展和时空模拟实验研究

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。     

基于扩展CA的文化传播时空模拟研究

文化传播影响因素复杂，具有空间上的相邻、不相邻、选择、随机等扩散形式和时间上的遗传特征，其时空模拟必须借助复杂系统研究方法。元胞自动机模型（CA）与GIS集成在地理过程模拟方面具有很大的优势。文中在分析元胞空间关系和元胞邻居描述的基础上，提出元胞邻居存在几何间上的邻接形式和空间上不邻接但属性上相关的邻居形式。据此，通过对文化革新扩散的实质、空间形式、影响因素等分析，对立了基于邻居扩展CA的文化传播系统模型，并利用该模型对文化传播现象进行了实验研究，取得了比较满意的实验结果。     

基于关系数据库的CA模型扩展和时空模拟实验研究

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。     

基于元胞自动机的三江平原湿地景观时空演化模拟研究

通过湿地景观时空演化过程模拟,可以揭示景观演替的机制与规律,实现景观的可持续利用,为湿地保护与管理提供决策支持.该文以三江平原典型内陆淡水湿地为实验区,运用元胞自动机技术开展湿地景观变化过程模拟实验,模拟与预测的视觉效果均较好,点对点评价的总体精度达84%以上,验证了元胞自动机在湿地景观时空演化模拟中的可行性与有效性.     

基于区块特征的元胞自动机土地利用演化模型研究

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.     

基于CA的城市增长与土地增值动态模拟方法探讨

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。     

基于分区域的元胞自动机及城市扩张模拟

元胞自动机用于模拟城市扩张具有很好的空间建模能力,通常采用的建模方式将影响因子的空间条件作为线性要素对待,而在元胞转换规则建模中考虑影响因子的空间非线性特征更逼近真实状况.该文提出一种基于分区域的元胞自动机模型,通过划分各个全局影响因子的重要性子区域,计算不同类型区域中各因子对土地利用转换的影响强度,从而得到全区域的空间非线性转换规则.利用该模型模拟东莞市1988-1993年的城市扩展过程,并与Logistic模型模拟结果对比,表明这种有空间约束条件的分区域元胞自动机模拟精度更高,能有效模拟城市扩张的空间格局.     

GIS空间动态模型组件的设计与实现

组件重用技术为GIS与空间模型的集成提供了新的解决方案，该文设计的空间动态模型的GIS组件-Dy-namicGC，它在传统GIS数据模型的基础上，增加了表达空间动态系统的过程和关系（流）的数据模型和对象接口，为GIS环境下创建复杂动态过程模型提供了新的工具和解决方案，该组件基于微软组件对象模型（COM/DCOM）实现，充分考虑了互操作性，模型建模语言以及模型系统的可获取性需求，由一系列支持动态数据计算的OLE自动化对象集组成，可支持VB，Dephi,VisualC 等通用开发环境，也支持VBA，VBSCRIPT，JAVASCRIPT等脚本语言环境，使用VBA创建了经典的“生命游戏”的元胞自动机模型的实现，作为该组件创建动态过程模型的应用实例。     

地理元胞自动机模型的尺度敏感性及原因

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。     

元胞模型在地貌演化模拟中的应用浅析

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。     

基于GIS的小班海拔、坡度及地貌立地因子的自动求算

地形地貌立地因子的调查是基于小班的森林资源二类调查的重要内容,现行的调查方法主要依靠实地测量或室内基于地形图进行计算,这种方法工作量大,时间周期长,工作效率低.利用基础测绘资料提供的20 m等高距的DEM数据,建立地图分析模型,模拟人实地调查、测量或室内计算的方法,在GIS系统中实现森林小班的海拔、坡度及地貌立地因子的自动计算.通过实验区的应用对比,自动计算的结果符合国家林业局颁布的〈森林资源规划设计调查主要技术规定〉要求.     

基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟——以佛山市为例

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。     

城市工业空间增长的多智能体模型

城市工业及基本就业空间的增长,是城市空间增长的动力源.有效模拟和预测城市基本就业空间的增长,对城市整体空间增长和城市系统的调控有着重要的作用.以城市工业及基本就业空间增长的决策主体--工业企业商和政府决策者,作为多智能体,通过多智能体之间的交流、竞争和协作,多智能体和环境间的交互作用,决定已存在工业区位的迁移和新工业空间区位的选择,形成城市工业及基本就业空间增长的动态微观模型.以珠江三角洲东部城市快速发展的樟木头镇为例,采用提出的方法模拟了该地区1988-2004年的工业及基本就业空间增长,获得了良好的模拟结果.     

基于神经网络的元胞自动机及模拟复杂土地利用系统

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。     

Modelling sustainable urban development by the integration of constrained cellular automata and GIS

Cellular Automata (CA) have attracted growing attention in urban simulation because their capability in spatial modelling is not fully developed in GIS. This paper discusses how cellular automata (CA) can be extended and integrated with GIS to help planners to search for better urban forms for sustainable development. The cellular automata model is built within a grid-GIS system to facilitate easy access to GIS databases for constructing the constraints. The essence of the model is that constraint space is used to regulate cellular space. Local, regional and global constraints play important roles in affecting modelling results. In addition, 'grey' cells are defined to represent the degrees or percentages of urban land development during the iterations of modelling for more accurate results. The model can be easily controlled by the parameter k using a power transformation function for calculating the constraint scores. It can be used as a useful planning tool to test the effects of different urban development scenarios.     

Possibilities and limits of prospective GIS land cover modelling—a compared case study: Garrotxes (France) and Alta Alpujarra Granadina (Spain)

This study focuses on the possibilities and the limits of a prospective GIS land cover modelling applied to two case studies (France and Spain). The methodology, based on available GIS tools, consists of using earlier land cover maps and relevant environmental factors (calibration data) to model actual, known land cover to validate the model. The model aggregates Markov chain analysis for time prediction and multi‐critera evaluation, multi‐objective evaluation and cellular automata to perform spatial contiguity of modelled land cover scores. The first results give an accurate, pixel by pixel prediction rate of approximately 75%. An important issue of this study consists of analysing prediction residues to improve the model.     

基于多智能体的土地利用模拟与规划模型

利用多智能体和元胞自动机对城市土地资源的可持续利用进行了规划。根据环境经济学资源分配原理和可持续发展理论,提出结合多智能体及元胞自动机的微观规划模型,在时间和空间上合理分配及规划城市土地资源的利用,以避免浪费不可再生的土地资源。该模型由相互作用的多智能体层、元胞自动机层和环境因素层组成,可方便地探索不同土地利用政策下城市土地利用发展情景,能够为城市规划提供有用的决策依据。以广州市海珠区为实验区,在可持续发展为前提的规划下,模拟了1995-2010年的城市扩展的动态变化,并讨论了在不同规划情景下城市土地资源的利用效率及合理性。     

福建中亚热带天然阔叶林的主要类型与特征

按干扰形式和次生演替时间的不同将福建中亚热带天然阔叶林划为近原生阔叶林,早期阔叶林,择伐阔叶林,人促阔叶林及残次阔叶林五大类型,分别从群落结构,树种组成,物种多样性,林分生长,直戏结构,林分密度六方面说明各类型特征。     

祁连山大野口流域森林空间结构及水源涵养功能

林分空间结构及其水源涵养功能关系一直是森林生态水文学研究的热点.我们在祁连山大野口流域选取林分空间结构、林冠截留和河川径流等监测样地,采用特征参数统计分析、多度分析和相关系数分析等方法,研究了林分空间结构因子及其水源涵养功能之间的关系.结果表明:(1)祁连山大野口流域49块样地的2 819株青海云杉(Picea crassifolia)的胸径、树高、冠长、冠幅、冠幅面积的分布曲线比正态分布平缓,树龄、胸径断面的分布曲线比正态分布剧烈;径级从1～5 cm到26～30 cm、高度级从2～4 m到18～20 m、冠长级从2～4 m到12～14 m、冠幅级从2～4 m到4～6 m,其多度分别为89.4%、94.4%、77.8%和82.7%.(2)林冠截留年总量和平均截留率分别为139.1 mm和35.28％;(3)从相关系数分析来看,海拔对树高影响较大,对冠长影响较小,与其他因子不相关;坡向对冠幅影响最大,对冠长、树高影响较小;坡度对这些因子几乎没有影响.径级与多度、冠长与多度均符合三次多项式关系;胸径与树高、冠长、冠幅、树龄符合线性多元回归函数;雨量级与林冠截留率呈反比.本文可为流域林分空间结构特征与水源涵养功能之间的机理研究提供基础数据和参考资料.     

松嫩高平原县域土地利用空间格局地形梯度特征分析——以巴彦县为例

以黑龙江省巴彦县为研究区,基于研究区DEM数据,运用土地利用类型的分布指数、土地利用结构的信息熵、均衡度和优势度,明确研究区土地利用空间格局的地形梯度特征及地形因子对土地利用空间格局的影响。结果表明：① 研究区土地利用空间格局在地形因子的作用下存在明显的梯度特征,旱地、水田、草地、水域、建设用地及其他用地主要分布在较低地形级别区,林地主要分布在较高地形级别区。② 除林地以外,其他土地利用类型分布的优势地形位均位于较低地形级别区,林地分布的优势地形位位于较高地形级别区,各土地利用类型分布的优势区域不尽相同。③ 研究区土地利用结构的信息熵及均衡度变化趋势相同,优势度的变化趋势与信息熵、均衡度的变化趋势相反,土地利用空间格局与地形因子具有显著的相关性。