球面元胞自动机框架的比较与选择

在球面构建基本的元胞自动机框架是球面元胞自动机研究的基础.该文从球面空间特性出发,分析比较了四边形、三角形和六边形网格的不同几何特性和元胞运动机制,提出了基于六边形网格的元胞自动机框架模型,描述了其基本定义、运动机制和坐标系统,并构建了球面六边形元胞自动机原型系统进行模拟实验,结果表明,该元胞自动机框架能有效支持球面元胞自动机的深入研究.     

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.     

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。     

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.     

分析学习智能元胞自动机及优化的城市模拟

元胞自动机被广泛应用于城市及其他地理现象的模拟,模拟过程中的最大问题是如何确定模型的结构和参数。该文提出一种基于分析学习的智能优化元胞自动机,该模型在逻辑回归模型的基础上,基于分析学习的智能方法,寻找元胞自动机模型的最佳参数。该方法允许用户控制空间变量影响权重,进而模拟出不同的城市发展模式,可为城市规划提供重要参考。     

基于多尺度空间ANN - CA模型的遥感影像超分辨率制图方法研究

为获取遥感影像混合像元中各组分的空间分布状况,提出一种新的遥感影像超分辨率制图方法,用于继混合像元分解之后的亚像元定位。将元胞自动机理论移植到不同空间尺度的演化上,建立基于神经网络的多尺度元胞自动机模型(ANN-CA),并利用该模型提取北京市海淀区城镇用地超分辨率信息。结果表明,该方法能有效表达图像像元之间的空间自相关性。     

多尺度联合驱动的城市增长模拟建模

元胞自动机是模拟土地利用时空演变的重要建模工具,但其经典框架主要根据历史变化规律进行空间"自下而上"驱动,这种模拟机制缺乏对宏观土地供需平衡以及空间发展政策等"自上而下"机制的整合,难以科学解释中长期土地利用变化过程。该文利用金字塔架构解释城市空间增长的复合驱动力,提出了"顶层土地供需平衡-中层空间政策引导-底层元胞状态演化"多尺度联合驱动的土地利用变化模拟框架。以广州都市区为案例,利用改进模型对其2010-2030年的城市扩张过程进行了模拟,并对结果进行了精度对比和案例举证。研究表明,多尺度联合驱动进一步增强了元胞自动机模型对现实世界的仿真能力,多尺度空间协同是地理时空过程建模的发展方向。     

三维虚拟城市自动化生成方法研究

从城市元胞自动机模型的角度研究三维虚拟城市的自动化生成方法.通过建立城市元胞自动机模型,模拟城市土地单元的演化过程,根据演化结果确定各土地单元的空间位置和相应的建筑物类型.研究利用Creator进行三维场景建模,利用OpenGVS场景管理技术随机生成建筑物,并将其布设在三维场景的相应位置上,生成三维虚拟城市,并就三维虚拟城市自动化生成系统的功能结构设计和数据结构、空间坐标转换等技术问题进行了探讨.     

城市化对传染病传播影响的动态模拟 ———以英国南安普顿市为例

在定量化和空间化模拟分析的基础上,探讨了城市化对传染病传播影响的模型框架.该模型框架是通过人口空间分布表面,集成了元胞自动机土地开发模型、人口预测矩阵模型和元胞自动机传染病模型,在动态的,随机的模拟环境中将城市化与传染病传播结合起来.以英国南安普顿市为研究区,对南安普顿市的"郊区化"对传染病传播的影响进行了动态模拟,场景模拟和定量分析.结果表明:4个模拟预测年期(2001年、2011年、2021年和2031年)的平均传染病例数没有太大的变化,"郊区化"对传染病的传播没有太大影响.但是,"郊区化"中的城市局部的家庭迁移和全市的年轻年龄组的迁移可能会通过在同年份减少平均传染病例数而影响传染病的传播.     

从高维特征空间中获取元胞自动机的非线性转换规则

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。     

广州市海珠区高密度城区扩展SLEUTH模型模拟

高密度城区是城市的核心区,也是城区扩展的源,对该区域的精确识别以及扩展模拟研究,具有重要的意义与价值。以广州市海珠区1979、1990、2000、2008 年4 期Landsat 影像为数据源,运用非渗透表面端元选取模型(V-I-S) 与归一化混合光谱分析模型(NSMA) 相结合的方法,辅以单窗算法反演地表温度数据(LST),高精度提取非渗透表面丰度,进而设置合适阈值表征研究区高密度城区范围。在此基础上基于SLEUTH模型设置4 种场景模拟和预测海珠区高密度城区扩展,并用景观指数分析方法对研究区1979-2050 年长达70 年的空间扩展状况进行分析。主要结论为：① SLEUTH模型同样适用于小尺度区域的扩展模拟。② SLEUTH模型模拟中基于自然、人文以及城市扩展内在动力机制等条件参数的设置,促使模拟结果精度更高。③ SLEUTH模型模拟结果表明,自1979 至今,海珠区高密度城区以较快扩展速率扩张,尤以1990-2004 年间变动增长最快;未来的20 年其增长速率减缓,并于2030 年前后趋于稳定。这种扩张格局与变化状况与研究区产业结构、经济政策、土地规划决策等因素密不可分。     

基于空间句法和LBS大数据的合肥市人口分布空间格局研究

针对目前城市人口分布研究现状,在传统的空间句法模型基础上,将LBS大数据技术有机引入到城市人口分布研究中,从而构建了理论分布和实际分布有机结合的城市人口分布研究新思路。合肥市中心城区的案例研究显示：空间句法模型与LBS大数据分析所得到的人口集聚区域在空间上并不完全一致;根据空间句法模型和LBS大数据分析结果的综合对比,合肥市中心城区被划分为高密度、中密度和低密度3类人口分区,同时提出了不同密度分区的人口分布发展建议。研究表明,LBS大数据的适时、动态特点能弥补传统数据的不足,其与空间句法模型有机结合将能为城市人口分布研究提供更加精确高效的工具与方法。     

杭州城市空气污染物空间分布及其影响因子的定量分析

以乡镇、街道为基本空间统计单元,基于地统计方法、GIS和遥感技术绘制和计算了杭州城市人口密度、道路面积比例、建设用地比重、NDVI和地表温度的空间图层,并应用GIS空间数据相关分析和空间叠加方法,定量评价了SO₂、NO₂、O₃的空间分布与城市人口密度、建设用地比重、道路用地比例、地表温度等影响因子的空间相关程度和总体污染水平的分布特征。结果表明:NO_X的空间分布受道路比例、地表温度、城镇建设用地、人口密度的影响程度最大,SO₂次之,O₃最小。SO₂受工业用地分布影响较大,O₃为二次污染物,其空间分布受其他因素影响相对较小。杭州市室外空气的总体污染程度,主要集中在上城、下城、拱墅,江干区次之,西湖区污染程度较轻。城市空气污染物浓度空间分布及受其他因素影响程度的定量分析可以为不同城市地域有针对性地制定合理的空气污染缓减对策提供科学依据。     

基于空间句法的扩张强度指数及其在城镇扩展分析中的应用

扩张强度指数（Expand Intensity Index, EII）是目前城市扩展数量特征研究的常用指标,用以表征城市扩张程度和速度,但该指标是从城市扩张的结果,即从城市用地面积变化角度对物质空间变化的简单描述与分析,忽略了人在空间中的感受,未能从城市扩张的动因角度揭示城市扩张特征,缺乏对城市外部空间形态演变模式的深入研究,不能反映人在城市扩展空间上的活动。本文从交通网络对城市扩张的驱动作用入手,基于空间句法,提出一种新的扩张强度指数——基于空间句法的扩张强度指数（Space Syntax Expand Intensity Index, SS-EII）,SS-EII包涵可反映空间集聚和离散程度的句法变量,可用于分析空间可达性的变化等情况。与传统扩张强度指数相比,SS-EII是基于空间句法从城市扩张的驱动力方面计算扩张强度,不仅关注城市扩张的结果,同时关注交通对城市扩张模式、方向的导向作用和人主观感知下城市空间的变化。将SS-EII应用于广东省棉湖镇2002-2014年期间的城镇扩展特征分析中,研究结果表明,SS-EII可用于分析比较建成区不同方向的扩张速率与建设状况,其计算结果与棉湖镇建成区实际扩张情况相符,与EII相关度R²达0.95以上。     

城市群视角下空间联系与城市扩张的关联分析

在城市群发展的不同阶段,城市扩张表现出不同的时空特征。从城市群视角研究城市扩张的时空规律,对于理解城市扩张与城市群网络化组织结构之间的复杂耦合关系具有重要意义。本文以长江三角洲城市群为例,基于交通网络、引力模型和空间句法模型,结合1980、1990、2000和2010年Landsat遥感影像提取建设用地扩张信息,计算城市扩张强度与速度指标;采用核心城市可达性与空间相互作用力强度分析城市的交通网络区位;采用空间句法模型计算城市交通网络的通达性和城市在城市群交通路网中的地位。结果表明：城市扩张强度与核心城市可达性、核心城市空间相互作用力强度、空间句法变量指标呈正相关关系。城市扩张速度与上述指标在第一阶段(1980-1990年)和第二阶段(1990-2000年)呈正相关关系;但在第三阶段(2000-2010年)整体表现为负相关,分布在城市群外围、交通路网联系程度较低的城市扩张速度更快,呈现出空间收敛的趋势。表明城市群中的城市空间联系在城市扩张中起到重要但又不断演变的作用,研究结果对于长三角城市群规划和其他城市群城市扩张调控具有借鉴意义。     

非正式聚落快速增长下的城市蔓延

姆万扎是坦桑尼亚第二大城市,也是非洲发展最快的城市之一,近年来城市蔓延问题日益凸显。本文以遥感解译的姆万扎2000、2010、2015年3期土地利用数据为基础,运用GIS空间分析、用地增长弹性系数、景观指数等方法和指标,并结合实地调研和关键知情人访谈,分析了姆万扎2000年以来城市蔓延的空间特征及影响因素。分析结果表明：1）2000年~2015年间姆万扎城市以非正式聚落形式快速蔓延,建成区扩展速度和扩展强度迅速增加;蔓延主要占用裸地,其次是植被,侵占植被的速度迅速加快;2）城市蔓延主要沿3条主干道进行,属于“廊道式为主,填充式为辅”的扩展模式,形成指状的城市空间形态;建成区紧凑度逐渐下降,形状变得更加不规则;3）城市蔓延的主要区域和整体范围都在扩大,距离衰减特征明显,沿东南方向扩展强度最高;4）城市蔓延主要受到人口与经济增长、交通条件改善、土地制度问题及有效规划缺失等因素的影响。加强次干路和地方道路的规划和建设,制定及时、有效、符合地方背景的城市规划,是未来姆万扎控制城市蔓延的可能途径。     

中国城市空间拓展与经济增长关系研究——以261个地级市为例

近年来,随着中国城市化进程不断加快,各地普遍出现了以低价出让农业用地,盲目投资房地产及城市基础设施,大规模兴建新城区为主要特征的城市蔓延现象。造成这种城市建成区低密度无序扩张的原因,除了不规范的城市用地转化机制外,很大程度上是源于对城市化与经济发展关系的不当认识。以全国261个地级市为例,基于1990~2010年城市社会经济发展数据,采用多元回归模型客观分析了中国城市土地蔓延与经济增长的关系。研究结果表明,在控制住城市固定资产投资、外商投资（FDI）、房地产泡沫效应等因素后,城市现有建成区面积及其扩展幅度与其人均国民生产总值并没有显著相关关系。也就是说,单纯追求城市建成区规模扩张并不能直接促进城市经济发展。     

张掖城市主要功能用地演变特征及其动因分析

研究城市功能用地演替可以揭示出新时期中国城市功能空间演化的特征、趋势与形成机制,为城市管理提供理论依据。本文以张掖中心城区为研究范围,运用GIS工具及方法,定量分析了张掖市1981年以来居住用地、工业用地、公共服务用地三大功能用地的空间演变特征及其动因,进而绿洲城市空间的可持续发展提供指导。研究发现：张掖城市居住用地和公共服务用地呈逐步增加趋势,空间上呈“内聚→外散”的演变趋势,两者均由老城区向四周扩散,而工业用地先增加后减少,空间上呈“混杂→集中”的转变特征,整体上集中于东北部产业园区内。张掖城市功能用地演变是人口经济驱动、宏观政策调控、城市开发与生态环境博弈、交通线路牵引、城市规划引导等共同作用的结果。     

中小城市家庭生活用能碳排放空间分异——以开封市为例

利用2015年开封市居民家庭生活用能的大样本问卷调查数据,采用探索性空间数据分析（ESDA）和标准差椭圆（SDE）方法,探索城市居住区家庭生活用能碳排放空间分布特征。结果表明：① 家庭生活用能碳排放存在以热点区为主的空间正相关特性,碳排放高值集聚发生在城市新建开发区和建成区向外扩张较快区域,以2000年以后新建高档商品房小区和机关事业单位家属院为主,低值集聚区则发生在建成时间长、后续开发力度小的区域,以老商品房小区和胡同社区为主;② 开封市家庭电力消耗碳排放占生活用能总碳排放的67%,但人均生活用能碳排放空间格局由供暖碳排放决定,且人均供暖碳排放空间格局又由集中供暖碳排放空间格局决定,故降低集中供暖能耗、缩小居民供暖用能差异成为居民生活用能碳减排工作的重中之重;③ 家庭经济状况、集中供暖设施分布和城市发展的空间格局是家庭生活用能碳排放空间依赖性和空间异质性形成的主要驱动因素。     

城市住宅价格空间分异的区域一体化因素分析 ——以河南省开封市为例

选取2001年、2006年、2009年、2016年4个时点的城市商品住宅交易数据,基于空间分析与计量模型等方法,对开封市住宅价格时空变化特征及其与区域一体化因素的关系进行分析。结果表明:开封市城区住宅价格空间分布由单中心模式向多中心结构转变,邻近郑州的金明区正成为房价“高峰”;跨界交通和新城规划等一体化因素对开封市住宅价格的影响较为显著,且影响力随着一体化推进而变化。其中,郑开大道对住宅价格的正向促进作用呈先增后降的特点,开通相对较晚的郑开城际轻轨对住宅价格有着明显的正向作用,而开封西郊金明区的快速扩张弱化了其潜在效应。这有效地证实了区域一体化对城市住宅价格有显著影响。