基于自主体(agent)的单中心城市化动态模拟

构建了基于自主体(agent)的单中心城市化模拟模型,实现了一个人工可控的计算实验环境。围绕人口流动、扩大内需、集聚效应等城市化进程的影响因素以及城市化与工业化关系展开模拟分析和讨论。研究表明:(1)城乡消费倾向扩大有助于城市与农村地区收入的提高,也有助于提高城市化水平;(2)随着集聚过程的负效应增大,城市化水平相应下降,甚至不可持续;(3)城市化与工业化具有较强的相关性,经济结构比值随着城市化水平上升而不断提高,而且工业化进程要快于城市化过程。本文认为,基于自主体建模为研究和揭示我国城市化过程的动态规律和驱动机制提供了一条新的途径。我国城市化研究需要结合转型时期的基本国情,探索演绎分析、计算实验以及实证研究相结合的技术路线。     

基于空间自相关的东莞市主体功能区划分

中国“十一五”规划纲要明确提出,根据资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力,统筹考虑未来中国人口分布、经济布局、国土利用和城镇化格局,将国土空间划分为优化开发、重点开发、限制开发和禁止开发四类主体功能区。至今已有不少学者开展主体功能区划分研究,但所用方法工作量大,或带有一定的主观性,且未考虑同类功能区集聚或分散程度。因此提出利用遗传算法改进传统聚类方法,自动划分主体功能区,在划分过程中考虑区域的全局空间自相关特性,使同类功能区在空间上呈集聚分布的格局。以近年来城市快速扩张的东莞市为例,验证了此方法的可行性,能简单有效地进行主体功能区划分。与常用的K-means聚类方法相比,新方法划分结果更符合实际情况,能进一步推广应用到其它地区的主体功能区划分。     

基于agent的商业中心地空间结构动态模拟

以克里斯泰勒提出的中心地空间结构为研究对象,回顾和总结了中心地理论的主要内容、理论发展和实际应用,并以复杂性科学的理论和方法为基础,根据中心地理论假设,提出基于agent建模的两层次agent模型结构,通过遗传算法再现和验证了克氏单一职能的六边形中心地空间格局。模拟表明,微观自主体的相互作用的确可以突现出六边形宏观空间格局,这为以后突破克氏理论中均质、静态、封闭的不足提供了新的研究途径。中心地宏观空间结构的微观机理需要进一步结合经济学演绎模型和ABM的计算实验深入研究。     

基于蜂群算法的城市土地利用变化建模

通过引入人工蜂群算法用于构建土地利用变化的驱动力模型,分析土地利用变化的驱动力机制。算法原理通过模仿蜜蜂采蜜行为,自动搜索和提取土地利用变化样本中不同土地变化类型所对应的驱动力分类规则。分类规则的构建采用“IF…THEN”形式,并选取3种不同的适应度函数分别进行模拟验证。研究案例基于UCI实验数据集和美国纽卡斯尔市真实土地利用变化数据集。由实验结果可知,采用蜂群算法模型的总体精度和Kappa系数评价优于其它算法,表明蜂群算法应用于土地利用变化建模具有可行性。     

后INDC时期全球1.5℃合作减排方案

《巴黎协议》提出要将全球地表升温努力维持在低于较工业化前提高1.5 ℃的水平下,然而当前各国提交的国家自主贡献（INDCs）甚至无法实现成本最低的2 ℃温控目标,后INDC时期全球减排将面临严峻的形势。本文针对全程和终期两种1.5 ℃温控目标实现标准,基于不同的减排原则设置了三种全球合作减排方案,使用集成评估模型CIECIA对其气候有效性和经济可行性进行评价。研究结果显示：若要实现全程1.5 ℃升温控制目标,则各国必须在INDC目标年后立即实现净零排放;终期1.5 ℃温控目标可以使各国在INDC目标年后有一个到净零排放的缓冲期,但是由此带来的地表温度上升反而有损经济发展;方案3对因产业和地理因素在其他方案下经济受损的俄罗斯和高发展国家实行宽松减排措施,在满足终期1.5 ℃目标前提下实现了所有减排参与国经济利益的帕累托改进,是可行有效的国际减排合作方案;方案3显示中国和美国在减排过程中的经济联系更加紧密,而与俄罗斯和高发展国家存在竞争关系,因此可进一步加强与美国的减排合作,并注意协调与俄罗斯和高发展国家的利益关系。     

基于垄断竞争的大都市商业空间结构动态模拟

本文构建了一个基于垄断竞争、规模经济、交通成本、消费者多样化偏好以及商品和服务差异化的大都市两区域商业空间结构模型。提出了经济学演绎模型与基于agent 的计算实验相结合的研究路径,通过对商家、消费者等大量微观自主体(agent) 的相互作用来“动态地”观察和讨论大都市新、老城区宏观商业空间结构的微观基础、影响因素和演化过程。研究结果表明,①在商品和服务替代性、购物交通成本设定的情形下,新、老城区商业固定成本投入差距越大,则商业空间分布越不均衡,越易形成核心-边缘结构。② 由于居民的消费存在多样化偏好,因此强化区域间的差异性有助于改变商业的市场份额。③ 商业往往集聚在具有区位优势、人口规模优势以及固定成本优势的地区,而且交通条件的改善将加速商业的空间集聚。研究认为,空间经济学演绎模型与推导→基于agent 的地理计算→实证分析与计量检验是一个值得探索的技术路线。     

模拟区域土地利用变化的多主体模型及其在鄱阳湖区的应用(英文)

在较大区域内,城市用地扩张和农村土地利用发展一般同步进行。为了能够正确理解这类区域内土地利用/土地覆被变化的动力机制,本研究开发了一个基于多主体系统的土地利用模型。模型将鄱阳湖区视为一个典型区域,利用有限扩散聚合算法模拟城市主体的行为,采用基于涌现理论的主体模型模拟农村土地利用。农村子模型包括多种类型的主体和环境影响层,其中最重要的是农户主体,农户主体可以根据自身条件和周围的环境影响参数确定下一步土地利用的决策,政府主体则通过实施不同的政策对土地利用进行宏观控制。我们根据农户总收入和外出务工人员比例将农户主体分为6类,每种类型的农户主体遵循不同的决策规则。结果表明,本模型的模拟结果与鄱阳湖区1985 – 2005年的土地利用/土地覆被变化趋势高度相符。尤其重要的是,模拟结果充分表明农户主体的土地利用决策与国家政策紧密相关。这表明本研究建立的基于多主体的土地利用模型是一种评估政府土地管理政策效果的有效手段。     

基于HASM的省级尺度气候与植被生态系统模拟分析

区域气候要素的空间模拟精度直接关系到区域气候-植被生态系统的模拟精度。针对这一问题,运用HASM方法对江西省气候要素进行空间模拟,而且与IDW、Kriging、Spline等传统经典方法模拟结果的对比分析表明,HASM方法的模拟精度最高。因此,在10年和30年时间尺度上,运用HASM方法分别完成江西过去60年的平均气温、平均降水和潜在蒸散的空间模拟,并采用Holdridge生命地带(HLZ)模型分别实现了江西不同时间尺度的HLZ生态系统时空变化模拟。模拟结果显示,在1961-2010年期间,20%左右的HLZ生态系统发生了变化,平均气温上升是HLZ生态系统发生变化的主要驱动因子。另外,在江西省出现的7种HLZ生态系统类型中,暖温带湿润森林类型受平均气温上升的影响最大。     

技术扩散和资本流动作用下中国区域空间结构演化——基于Agent的模拟

空间结构是区域的基本组成部分,在空间交互过程和区域经济发展方面起着重要的作用。本文的主要研究目标是在不同的道路交通系统作用下,中国区域空间结构的发展演化过程。这对于解决中国当前经济发展中的不平衡问题,探索使区域平衡发展的方法具有重要意义。与传统的研究方法不同,本文从自上而下建模的角度构建了一个基于Agent 的动态区域经济模型。在模型中,中国的每个地级市都被定义为企业Agent,拥有不同技术水平的劳动者Agent 为企业提供劳动力,并在Wilson 空间吸引力模型的作用下在区域之间迁移。技术作用于劳动力之上,随劳动者的迁移而扩散。资本由企业的投资行为而转移。模型中的道路交通线具有不同的权值,这意味着道路交通网是异质的。通过情景模拟,得到以下结论：在分级道路交通网的作用下,传统的中心-腹地扩散模式已不再适用。技术服从枢纽-网络结构从中心城市向外扩散。资本的流动也具有与技术扩散相似的过程和空间结构。交通条件可以在很大程度上影响区域的发展,同时自然条件仍然起着空间锁定的作用。优惠的税率政策可以在一定程度上打破这种空间锁定,有利于吸引劳动者迁移,提高当地的生产技术水平。     

基于多主体模型的典型区域退耕还林工程实施空间模拟

土地利用变化是全球变化的重要驱动力,模拟是研究土地变化重要的方法。退耕还林是中国山区土地利用变化的重要原因。当前退耕还林模拟在综合社会与空间途径方面的不足限制了退耕还林模拟的空间精度及后续社会效益研究。结合社会和空间途径精确模拟退耕还林的空间过程可为该工程实施提供科学依据。本文以云南省东川区铜都镇为研究区,基于人口普查数据、地理环境数据、实地调研数据,综合考虑农民、农户和政府3类主体,基于多主体模型构建了退耕还林工程实施的空间模型,模拟了2010—2015年铜都镇具有空间特征的农户年收入、农户/政府退耕意愿和退耕还林工程空间实施过程。研究发现退耕还林工程实施主要与坡度、交通和农户收入有关,与土壤肥力相关性较小,坡度25°~30°的耕地占了81.47%,离道路0~2 km交通条件较好的地段占56.37%,农户年收入较低的区域退耕还林比例较高,且退耕还林工程的实施显著提高了铜都镇收入,2010—2015年户均收入提高了1475元。本文模拟结果空间精度为91.12%。本文构建的退耕还林工程实施空间模拟方法可为其它区域提供方法借鉴,以期为中国生态保护和精准扶贫等工程实施提供科学支撑。     

基于全球模式对中国极端气温指数模拟的评估

对IPCC 所提供的7 个全球海气耦合模式输出信息(年霜冻日数、生物生长季、温度 年较差、暖夜指数、热浪指数), 利用同期(1961-2000 年) 中国地区极端气温观测资料检测并 评价模式的预估效能。结果表明, 这些模式对中国地区的极端气温都具有一定的模拟能力, 但同时各个模式的模拟场都有各自的系统误差; 综合评价, 在7 个模式中GFDL-CM2.0 和 MIROC3.2 (hires) 两个模式对中国区域极端气温的模拟效果均为最佳。模拟所得的最优指数 为霜冻日数, 其后依次为: 暖夜指数、热浪指数、气温年较差和生物生长季; 而就空间分布 结构来看, 除暖夜指数的模拟效果较差之外, 其余指数均能较好地模拟出其空间分布特征。     

基于agent的两区域旅游系统非均衡动态模拟

建立中国沿海与内陆两区域旅游系统模型,在空间经济学演绎模型的基础上,通过基于agent建模(agent-based modeling)的计算实验方法,探讨市场需求、区域间和区域内旅游产品的替代弹性、固定成本投入以及区位和交通条件等影响因素对区域旅游系统演化的非均衡动态过程。模拟表明,旅游往往集聚在具有区位优势、规模经济和消费能力的沿海地区,而交通条件的持续改善、沿海与内陆区域间以及区域内部旅游产品和服务的持续差异化将有助于加快中国内陆地区旅游产业的空间集聚过程,并且收入水平越高、外部需求越大对区域旅游系统的动态影响越大。     

多层次矢量元胞自动机建模及土地利用变化模拟

城市规划对土地利用变化起着重要的引导作用,各层次规划相互支撑、互为补充,自上而下影响着土地利用格局的演变。矢量元胞自动机以不规则的地理实体作为基本单元,可以更逼真地表达客观复杂的城市用地空间结构。然而,当面向具有层次协同性、空间引导性和管控传导性等特征的城市规划时,其元胞多层次体系构造、层次间协同方法和转换规则获取等关键问题凸显出来。本文以江阴市2007年、2012年、2017年3期土地利用现状数据为基础,在多层次矢量元胞自动机建模基础上,模拟了2017年土地利用变化,通过模拟结果与用地现状对比分析,对模型个别参数进行了修正,进一步提高了模型的可行性与适用性,进而预测了2022年城市土地利用格局。模拟结果显示,中心城片区建设用地发展已经趋于饱和,澄南、澄东南和澄东片区建设用地扩张较为明显,有逐步形成“中心城区—城镇组团—村庄”三级城乡空间聚落体系的趋势。最后利用FoM指标对模拟结果进行了评价,得到整体和各片区的精度基本都大于或接近于0.21,表明模拟结果精度较高,其构建的模型在面向多层次规划的用地变化模拟方面具有更好的效果。     

基于细胞自动机与多主体系统理论的城市模拟原型模型

文章从城市地理学模拟模型研究发展相对滞后的现实出发,分析了传统城市模型模拟存在的问题与不足,讨论了计算机科学、复杂性研究、地理信息科学与技术、新发展的地学计算方法等作为计算城市模型发展基础的可行性,提出了一个基于细胞自动机与多主体系统理论与方法、包容了多尺度(宏观、中观、微观)层次的综合可计算城市模拟原型模型框架,对以邻里社区为基础的居住区位微观模拟模型作了概念上的讨论,分析了地学计算方法在城市模拟模型研究中的发展前沿。     

基于SSP-RCP不同情景的京津冀地区土地覆被变化模拟

如何实现自然与人文双重驱动下的特大城市群地区土地覆被变化的情景模拟,不仅是当前土地覆被变化研究领域的热点问题,也是城镇化可持续发展研究的核心主题之一。本文在对现有土地覆被变化情景模型缺陷进行分析和修正的基础上,构建了自然要素与人文要素耦合驱动的土地覆被情景曲面建模（SSMLC）方法。结合IPCC 2020年发布的共享社会经济路径（SSPs）与典型浓度路径（RCPs）组合的CMIP6 SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5的气候情景数据,以及人口、GDP、交通、政策等人文参数,分别实现了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的京津冀土地覆被变化的情景模拟。模拟结果表明：SSMLC对京津冀地区土地覆被变化模拟的总体精度为93.52%;京津冀地区的土地覆被在2020—2040时段内的变化强度最高（3.12%/10a）,2040年以后的变化强度将逐渐减缓;在2020—2100年间,建设用地增加速度最快,增加率为5.07%/10a。湿地的减少速度最快,减少率为3.10%/10a。2020—2100时段内的京津冀土地覆被在SSP5-8.5情景下的变化强度整体高于在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下的变化强度;GDP、人口、交通和政策等人文因子对京津冀地区耕地、建设用地、湿地和水体的影响强度高于对其他土地覆被类型的影响强度。研究结果证实了SSMLC模型能够有效模拟和定量刻画京津冀地区土地覆被空间分布格局在未来不同情景的时空变化趋势和强度,模拟结果可为京津冀协同一体化的国土空间优化配置与规划、以及生态环境建设提供辅助依据和数据支撑。     

主体功能区情景下的土地系统变化模拟

主体功能区要求对国土实施相对严格的空间管制措施,以实现资源生态和社会经济发展的协调。选择黑龙江省哈大齐(哈尔滨-大庆-齐齐哈尔)地区为研究案例,以CLUE-S模型模拟了两种情景下的未来土地系统变化情况,结果表明,在不实施任何空间管制措施的情景下,耕地对草地的蚕食将延续,生态功能持续降低;而在主体功能区建设的情景下,居民地将大幅度扩展,且主要占用盐碱地,同时保持了耕地和生态用地的安全,在一定程度上可缓解土地利用冲突,优化土地利用结构和国土开发格局。     

一种基于形状文法的建筑物三维建模新方法

现有三维建模方法存在侧重可视化表现、忽略模型与建筑物结构规模之间有机联系、细节层次缺乏伸缩性等问题.该文根据建筑构造知识,提出基于形状文法的建筑物三维建模方法,开展建筑物主体建模、纹理细节构建及附属设施建模.实验证明,该方法能提高建筑物三维模型的可重用性和灵活性,在室内外建筑物模型动态生成、城市规划设计等方面有实用前景.     

基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新

为利用钻孔数据快速构建三维地质模型并进一步提高模型合理性和数据质量,提出了基于钻孔的三维地质模型快速构建及更新方法.利用基于层位标定的钻孔数据快速解译方法完成原始钻孔中地层分界点的编号之后,实现了三维模型的自动构建;通过在约束条件下调整层面虚拟控制点,完成了模型的交互式调整,并能根据调整结果自动更新三维模型.该方法在建模实际案例中的成功应用,证明其能够很好地处理工程实践中的复杂问题,提高了建模效率及模型质量.     

基于二维水动力模型的辽河口湿地生态补水模拟

辽河口湿地自然资源丰富、水土资源优渥,是众多濒危动物的栖息地。但由于水资源不足、污染严重以及资金投入不足等问题,辽河口湿地的水资源禀赋能力有待提高,单纯依靠湿地自我恢复能力与天然来水,无法满足湿地用水需求。基于辽河口湿地保护目标,通过水文数据与遥感数据,构建二维水动力模型,进行长期补水模拟监测,补水效果实现预期目标后,计算出不同需水年份的水量区间,从补水路径、补水时间和补水来源3个角度出发,提出辽河口湿地切实可行的补水方案,合理配置水资源。生态补水使芦苇湿地的缺水问题得到缓解,芦苇湿地的生态服务功能得到改善,通过生态补水为大批候鸟提供充足的水域面积和食物,提高了湿地的多种综合效益,保护了生物多样性。     

土地系统多主体模型的理论与应用

土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型（ABM）作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。