基于CA模型的佛山市建设用地动态变化研究

元胞自动机具有能模拟复杂动态系统的强大能力,本文采用了多约束条件的元胞自动机模型,以广东佛山市2000年、2006年和2012年建设用地的变化为例,从自然、社会经济发展等方面综合考虑选取了高程、坡度、人口密度、道路交通、水系等对城市建设用地发展变化起决定作用的诸多因子,利用马尔科夫概率矩阵计算2000年~2006年建设用地变化,推算建设用地转移总量。结合Logistic-CA模型和决策树-CA模型,预测模拟了2012年的建设用地分布并与实际相比较,分析其整体精度和误差来源。结果显示基于CA模型的建设用地动态发展模拟具有良好的效果,可以为城市的发展规划,过程演变提供虚拟的实验手段和科学依据。     

基于ANN-CA的银川平原湿地景观演化驱动力情景模拟分析

本文通过对湿地景观的时空动态发展过程其形成空间格局的分析,构建了基于ANN-CA的银川平原湿地景观时空模拟模型,并对湿地景观格局过程与主要驱动力因子间的响应关系进行了情景模拟。研究结果表明:年降水量对天然湿地中的河流湿地和湖泊湿地的驱动作用呈正相关关系,对水稻田和坑塘湿地的影响不显著;人口密度对人工湿地的驱动作用呈正相关,随着人口密度的增加,水稻田和坑塘向各个方向大面积蔓延,河流和湖泊等天然湿地的面积则逐渐减少;随着农业生产活动的加强、农业总产值的增加,河流和湖泊缓慢减少,水稻田和坑塘等人工湿地分布迅速扩张。     

基于Agent和CA的城市土地利用变化研究

分析了元胞自动机在土地利用变化研究的基础上,将Agent引进元胞自动机模型中,在元胞自动机模拟土地利用变化自然性、连续性规律的基础上,将Agent的人为性、不确定性加入到模型模拟中,对CA模型中以随机数体现的不确定性通过Agent给予地理意义的解释,并以城市郊区--樟木头镇为例,对1988-1993年间城市用地变化进行了模拟研究,得到了良好的模拟精度,模拟结果符合土地利用变化的自然性、人文性特征。     

基于CFCA-Urban模型思想的扩展研究

为了在微观层次上正确地描述各土地单元之间的相互作用,本次研究引入基于地理特征CA的城市土地利用演化仿真模型(CFCA-Urban),以城市生态机制理论为基础,结合城市土地利用演化的具体情况,首先在城市土地利用演化仿真模型(CFCA-Urban)思想的基础上,引入蒙特卡罗随机方法,借助"元胞单元生命值"和"元胞状态突变"等概念,利用可行方法获取元胞单元的交通属性,充分考虑城市生态景观、自组织机制和人为干预等宏观因素对原有模型思想进行了扩展,在接下来的工作中运用GIS技术将模型思想进行了软件实现,最后以深圳特区作为研究区域对2000~2010年土地利用时空演化进行了仿真和模拟。实证结果表明,城市土地利用演化仿真模型(CFCA-Urban)对于我们理解城市土地利用演化的发展规律和特征,指导城市决策者的实际工作具有重要的意义。客观而言,实证预测结果并不能作为深圳特区城市发展的精确预测,而是提供了一种大致的可能性。模型思想虽做扩展,但CFCA-Urban模型也还处于尝试性研究阶段,模型的精度和真实性尚待提高,留下了巨大的后续研究空间。     

城市形态演化的粒子群智能随机元胞模型与应用——以上海市嘉定区为例

城市形态演化是一个非线性的复杂时空动态过程,认识、理解和模拟此变化过程,有助于探索城市扩展的机理。地理元胞自动机(CA)因其较强的复杂系统模拟和预测能力,越来越多地应用于城市形态的演变研究。CA"自下而上"的结构特性,与粒子群智能(PSO)由底层单元交互而呈现系统全局的自组织性,本质上是一致的。本研究将两者结合,以模拟结果和真实形态的差异最小化为基础,利用粒子群智能,以快速随机搜索的方式,获取CA参数的优化组合和模型结构,从而建立了一种粒子群智能地理元胞自动机模型(PSO-CA)。以上海市嘉定区为案例,通过较长时段的历史数据对PSO-CA模型进行校正,成功模拟了该区域1989-2006年的城市形态演化过程,并进行了2010年发展预测。与传统地理CA模型比较,PSO-CA模型模拟结果的精度更高。     

六盘水市土壤侵蚀时空特征及影响因素分析

六盘水市是我国生态地位极其重要,水土流失又较为严重的城市。近些年,六盘水市实施了一系列生态工程,为了定量分析六盘水市土壤侵蚀状况及其影响因素,本文基于RUSLE模型,利用降雨数据、遥感影像数据、土地利用数据等,对贵州省六盘水市1990-2015年土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,分析其时空动态变化,利用地理探测器定量分析影响因素,并进行空间相关性分析,结果表明： ① 六盘水市土壤侵蚀以微度和中度侵蚀为主。土壤侵蚀严重地区主要分布在北盘江流域与南盘江流域交界处以及喀斯特山地地区,煤矿开采使植被覆盖等抑制土壤侵蚀因子减少作用,使局部地区土壤侵蚀程度加剧。② 1990-2010年平均土壤侵蚀模数整体为下降趋势,2010-2015年为上升趋势。其中2000年平均土壤侵蚀模数最大,2010年平均土壤侵蚀模数最小。该变化由降雨可蚀性因子和植被覆盖度因子综合影响所致。③ 植被覆盖度因子和多年平均降雨量因子是影响区域土壤侵蚀空间分布的重要因素。未利用土地、植被覆盖度小于0.3、坡度在25°以上和降雨量在1543~1593 mm之间的地区为高风险侵蚀区域。④ 植被覆盖度与土壤侵蚀在空间上全部呈负相关性,降雨因子与土壤侵蚀在空间上存在负相关性和正相关性。⑤ 土壤侵蚀改善区域大多分布在生态工程区域内,生态工程建设能够改善土壤侵蚀情况,不同生态工程保护侧重点不同导致土壤侵蚀改善程度不同。退耕还林还草工程对六盘水市土壤侵蚀的改善具有重要意义,六盘水市更宜退耕还林。     

基于元胞自动机模型的河道汇流过程模拟

对河道汇流过程进行模拟可为洪水灾害预警预报提供参考。利用水力水文学方法能很好地模拟河道汇流过程,但需要输入的参数多,运算过程复杂,对数据精度要求高,而且在无资料区流域无法确定河道上断面流量情况下,该方法具有一定局限性。本文将元胞自动机模型与水文模型相结合,构建了河道汇流过程中的元胞自动机模型和产流汇流规则。通过建立河道坡面拓扑关系,利用SCS-CN（Soil Conservation Service-Curve Number）模型逐个计算河道元胞上的坡面入流,并利用曼宁方程模拟河道汇流过程,最后在ArcEngine平台下进行二次开发,实现了河道汇流可视化。本文以厦门市茂林溪流域为研究区,对1997年5月6日至7日的一场降雨进行了模拟。将本文模拟结果与该流域其他学者的研究进行了对比分析,结果表明在输入数据与水文模型参数相同的情况下,本文不仅模拟出每次降雨间隔产生的较小洪峰,并且整场降雨产生的最大洪峰流量精度与时间精度均提高了5倍,可以更准确地模拟河道汇流过程,适用于河道汇流可视化,该模拟可以为洪水灾害预警预报提供一定参考。     

基于城镇化背景下的城郊土地利用模拟研究——以广州市花都区为例

本文以广州市花都区1990年和2008年TM影像作为数据源,在分析花都区2个时期土地利用格局时空特征的基础上,结合人工神经网络与元胞自动机(ANN-CA)模型对研究区的土地利用空间布局进行模拟。研究表明:根据研究需求构建的ANN-CA模型在实际模拟过程中无需人工定义模型结构和转换规则,只需通过3层神经网络即可模拟复杂的城市形态。因此,通过构建ANN-CA模型对土地利用空间布局进行模拟,可以合理预测城市土地利用发展趋势,具有较强的科学性和可靠性。     

网络化地理空间的元胞自动机群体时空格局仿真模型研究

计算机网络的出现,显著地改变了地理空间的相关性。在网络化地理空间中,相关事件、现象、消息的特定网络信息流达到一定程度时,可能引发并塑造群体的特定时空分布格局。因此,针对网络化地理空间特性,基于元胞自动机模型,构建了网络化地理空间元胞自动机仿真模型。仿真实验结果表明：(1) 网络化地理空间中,元胞群体意见存在5种分布;(2) 元胞在空间上呈现出聚集的时空分布格局。研究结果将有助于理解网络化地理空间中针对特定事件、现象、消息的信息流对群体时空分布格局的影响,为网络环境下特定事件、现象的群体时空分布格局分析提供依据。     

多维参数反演遗传算法的元胞自动机模型与应用

城市是一个自组织的复杂系统,其扩展受许多不确定性因素影响。元胞自动机(CA)模型具有强大的空间运算能力,可以有效地模拟复杂的动态系统,在模拟城市扩展及其他地理现象中,得到了良好的效果。转换规则是CA模型的核心,其利用由地理元胞的状态及空间关系得出的空间参数计算元胞的变化。空间参数权重的确定是模型应用的难点。现有的权重确定方法存在可靠性不高,运算量大等不足。通过一种改进的遗传算法--实数编码遗传算法可以自动获取参数的权重。分析表明,所提出的方法在CA模型运算时间、模拟精度方面均有所提高。     

基于GIS和USLE的东圳库区土壤侵蚀量预测研究

运用GIS、遥感技术与USLE模型相结合预测东圳库区流域土壤侵蚀量,利用GIS平台建立东圳库区基础地理数据库,以10×10m为栅格单元对库区进行离散化,在GIS空间分析功能支持下,结合USLE土壤侵蚀预测模型,根据合适的USLE因子算法生成栅格图层,通过图层运算,预测了东圳库区土壤侵蚀量,进而标识库区土壤侵蚀严重区域,为库区非点源污染控制及水土流失治理提供定量依据,并通过建立实用的泥沙输移比模型结合水文监测数据,对预测结果进行验证。根据USLE方程,采用改进后的SDR方程,预测的渡里流域年输沙量与流域实际监测得到的年输沙量仅相差14.08%,说明本文采用USLE方程模拟流域土壤侵蚀结果可信,可定量评价、拟定水土保持措施方案。     

土壤侵蚀危险度的计算与影响因子分析——以福建安溪红壤水土流失区为例

随着国家对生态环境的重视和水土保持科学的发展,有关土壤侵蚀危险性评价的研究越来越重要。本文对土壤侵蚀危险度评价的一般方法进行了改进。首先,分析了安溪县各强度等级的土壤侵蚀在高程、坡度、土地利用类型和土壤类型的面积分布情况,计算了不同高程带、不同坡度、不同土地利用类型和土壤类型的土壤侵蚀综合指数然后,以各影响因子的土壤侵蚀综合指数为权重,计算了不同侵蚀影响因子在安溪县各子流域的土壤侵蚀危险度,既避免了权重确定的主观性,又保证了土壤侵蚀危险度的计算适合当地的实际情况,从而明确了各子流域土壤侵蚀发生的可能程度最后,依据土壤侵蚀危险度和土壤侵蚀强度的分布规律,对整个研究区进行了水土保持分区,提出了治理方向。     

珠江三角洲传统村落生态侵蚀时空演变特征

传统村落的保护随着中国第四批保护名录的公布逐渐成为全社会的共识。传统村落是人类与自然环境长期相互作用与有机融合的产物,其周边农田、山林、水塘等自然生态环境使着传统村落生产及生活活动得以延续。1978年改革开放后,快速城市化的背景下,不同背景下的城乡建设使得传统村落周边生态自然环境不断遭受到侵蚀威胁,为其整体保护带来极大的挑战。为开展快速城市化背景下传统村落生态环境的影响研究,本文首先界定了传统村落生态侵蚀的概念,应用侵蚀动力学理论对自我生态侵蚀、外来生态侵蚀、突发性生态侵蚀与生态侵蚀修复4种生态侵蚀方式提出生态侵蚀演变的4种模型,同时以珠江三角洲中国传统村落为研究案例,从时间和空间上对珠江三角洲地区传统村落生态侵蚀情况进行分析,探讨其生态侵蚀演变规律,揭示快速城市化背景下传统村落生态侵蚀的时空演变特征,总结了“城镇建设外侵模式、村落建设扩张模式、道路交通占领模式、综合发展模式”4种传统村落生态侵蚀的用地演化模式,丰富和深化传统村落生态视角的研究,为传统村落的保护和相关规划提供了重要参考。     

基于自适应权值的土壤侵蚀危险性模糊评价

针对现有土壤侵蚀危险性评价方法的不足,尝试多方法融合来建立评价模型,采用层次分析法确定基础权值,借鉴变权思想修正权值,一改以往"以不变(恒权)应万变(参评因子)"的权值状态,最终得到具有自适应性的连续权值,将其带入评价模型得到土壤侵蚀危险性模糊评价结果。该模型融合层次分析法和变权思想的优势,并考虑到了土壤侵蚀评价中的模糊性及不确定性,改进现有的评价模型,经实际验证,具有一定的普适性。     

福建东圳库区淹没及水土流失的3D-VRGIS构建与应用

本文应用VRGIS(Virtual Reality Geographical Information System)技术,建立水库工程水土流失三维可视化动态仿真模型,实现库区的空间信息可视化。以福建省东圳水库为研究对象,建立水土流失区域三维虚拟地理信息系统(3D-VRGIS),生成水土流失现状以及库区生态环境三维场景。并结合水土流失中水淹分析要素与三维空间的数据可视化技术,实现水土流失监测预报及其区域定位监控的可视化处理,为减少水土流失危害,提供可靠的信息资源。     

FLUS-UGB多情景模拟的珠江三角洲城市增长边界划定

城市增长边界（UGBs）能够控制城市空间的无序蔓延并引导城市合理增长,多发展情景下的UGBs是对不同规划条件下城市未来发展空间范围进行界定的常用方法。元胞自动机（CA）模型能对未来城市发展进行动态的预测,并已广泛的应用于UGBs的划定中。然而,目前的方法和模型大多只针对单一的城市发展情景进行UGBs的划定,较少能对未来多种发展情景下的UGBs进行准确划定。因此,针对这个问题本文提出了一种基于未来用地模拟（FLUS）模型和膨胀与腐蚀的算法的多情景UGBs划定模型（FLUS-UGB）。本文选取珠江三角洲地区为研究区,在对2000-2013年珠江三角洲地区城市土地利用进行模拟和验证的基础上（Kappa系数为0.715,总体精度为94.539%）,预测了2013-2050年基准、耕地保护及生态控制3种情景下珠江三角洲地区的城市扩张,并根据预测结果对该地区UGBs进行划定。结果显示,该方法能够针对不同的城市发展情景进行相应UGBs的划定,具有较好的可靠性及适用性。