基于复杂适应系统理论与CA模型的城市增长仿真

将复杂适应系统理论与CA模型结合,构建城市增长仿真模型,并应用该模型对西安市的城市增长过程进行仿真。结果表明,在CA中引入适应性思想更能反映城市发展的客观规律,尤其是对“城市空心化”的模拟;其中一些结论对城市规划具有积极的指导意义。     

利用约束性CA制定城市增长边界

作为控制城市蔓延的重要工具之一,城市增长边界(UGBs)已经在国际学术界得到了广泛的关注和研究。从控制机制来看,由于规划城镇建设用地边界具有控制城市增长的法律地位,与西方国家的UGBs较为相似,因而可以被视为中国特有的一种UGBs。该边界的制定在我国经过了长期的实践,然而以往的方法往往缺乏充分的科学依据。因此,本文提出一种基于约束性元胞自动机来制定城市增长边界的方法,该方法考虑了城市发展的综合因素,能够较为客观、全面地反映城市增长的时空动态变化过程,并能体现众多城市发展政策的影响效果。利用约束性元胞自动机模型,以北京市域为研究区域,制定了中心城、新城和乡镇三个层次的UGBs。实证分析表明,利用该方法与传统方法所制定的UGBs存在一定的差异,因此在拟定新的UGBs或改进现有的UGBs过程中,应当充分考虑这一情况,参考该方法的模拟结果建立更为科学合理的UGBs。     

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。     

元胞自动机在城市模拟中的误差传递与不确定性的特征分析

元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)已越来越多地用于地理现象的模拟中,如城市系统的演化等。城市模拟经常要使用GIS数据库中的空间信息,数据源中的误差将会通过CA模拟过程发生传递。此外,CA 模型只是对现实世界的近似模拟,这就使得其本身也具有不确定性。这些不确定因素将对城市模拟的结果产生较大的影响,有必要探讨CA在模拟过程中的误差传递与不确定性问题。本文采用蒙特卡罗方法模拟了CA误差的传递特征,并从转换规则、邻域结构、模拟时间以及随机变量等几个方面分析了CA不确定性产生的根源。发现与传统的GIS模型相比,城市CA模型中的误差和不确定性的很多性质是非常独特的。例如,在模拟过程中由于邻域函数平均化的影响,数据源误差将减小;随着可用的土地越来越少,该限制也使城市模拟的误差随时间而减小;模拟结果的不确定性主要体现在城市的边缘。这些分析结果有助于城市建模和规划者更好地理解CA建模的特点。     

基于动态约束的元胞自动机与复杂城市系统的模拟

为获得复杂城市系统更理想的模拟效果,提出时空动态约束的城市元胞自动机(CA)模型。用不同区域、不同时间新增加的城市用地总量作为CA模型的约束条件,形成时空动态约束的CA模型,并利用该模型模拟1988—2010年东莞市和深圳市城市扩张过程。结果表明,利用CA模型模拟的1993年城市用地总精度比静态CA模型提高了5.86%,而且模型中的动态约束条件可以反映城市发展的时空差异性。     

基于CA的昆嵛山腮扁叶蜂传播的空间模拟

元胞自动机CA（Cellular Automaton）与地理信息系统（GIS）的集成弥补了GIS在时空分析和时空演化方面的不足,为昆虫种群生态学的研究提供了新的手段。利用DEM提取地形因子,使用统计分析分析了昆嵛山腮扁叶蜂与林分因子、立地因子之间的关系。主要取得了腮扁叶蜂虫口密度与立地因子关系密切,并推导出了腮扁叶蜂的虫口密度与海拔、坡度、坡向、坡位的逐步逻辑回归数学模型。以数学模型结合空间自相关函数建立时空预测模型作为转换规则,以地理信息系统为平台利用元胞自动机模型模拟腮扁叶蜂传播,预测结果给出了昆嵛山腮扁叶蜂密度分布的结果,给防治决策提供了方便。     

基于神经网络的单元自动机CA及真实和优化的城市模拟

提出了一种基于神经网络的单元自动机（CA）。CA已被越来越多地应用在城市及其它地理现象的模拟中。CA模拟所碰到的最大问题是如何确定模型的结构和参数。模拟真实的城市涉及到使用许多空间变量和参数。当模型较复杂时，很难确定模型的参数值。本模型的结构较简单，模型的参数能通过对神经网络的训练来自动获取。分析表明，所提出的方法能获得更高的模拟精度，并能大大缩短寻找参数所需要的时间。通过筛选训练数据，本模型还可以进行优化的城市模拟，为城市规划提供参考依据。     

基于元胞模型的河道纵剖面调整动态模拟

纵剖面的调整是河道演化的重要内容,其对于河道整治及水沙灾害机理研究都具有重要意义。利用多年观测资料可以较为精确地分析和推断河道纵剖面的调整过程。但是,这种方法不能从过程机理上对纵剖面的调整进行模拟分析。而自然条件下河道边界条件的复杂性使得对河道纵剖面演化的物理过程模拟有很大困难。元胞自动机是一个时间、空间和状态都离散的动力模型,是研究复杂系统动态演化过程的有力工具。本文以黄河尾闾河道为例,利用一维元胞模型对河道纵剖面的调整进行动态模拟。模拟揭示了河道纵剖面在初始形态、不同水沙组合以及河道延伸等情况下的演化规律与趋势。     

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。     

城市土地利用扩展的空间模式与动力机制

本文通过系统地评析国外不同学术派系对城市土地利用扩展的空间模式、动力机制及管理政策的研究进展 ,指出其研究重点已从归纳空间演替模式深化到探究城市土地开发过程中的决策过程与动力机制 ,从崇尚土地市场的自由运作转向对其进行精明管理。     

基于多目标决策和CA模型的土地利用变化预测模型及其应用

结合宏观用地总体需求与微观土地利用适宜性, 集成灰色预测模型、多目标决策模型、 元胞自动机模型、地理信息系统技术方法, 建立了GCMG 土地利用变化预测模型。GCMG 模型包括非空间和空间2 个模块, 非空间模块侧重依据宏观社会经济发展趋势预测研究区未 来的总体用地需求变化, 而空间模块集成多目标决策模型、元胞自动机、地理信息系统等技 术方法实现了基于土地适宜性的土地利用空间配置。运用该模型对龙海市2000-2010 年土地 利用变化进行了情景模拟, 结果表明园地和建设用地是该区域内变化最为显著的用地类型, 基本农田保护政策严格实施与否将对龙海市未来土地利用变化产生深远的影响。GCMG 模型 在龙海市的应用实例表明, 该模型将土地利用系统作为一个整体, 兼顾到区域宏观水平上的 土地利用需求与局部尺度上的土地利用适宜性, 能够较好地同时模拟不同土地利用类型以及 不同人类决策情景下的土地利用转换概率, 因而可为理解土地利用多尺度复杂系统提供一定 的帮助。     

基于SD和CA的城镇土地扩展模拟模型——以江苏省南通地区为例

充分利用系统动力学模型(System Dynamics,SD)在情景模拟和宏观因素反映上的优势和元胞自动机模型(Cellular Automata,CA)在微观土地利用空间格局反映上的优势,构建一个耦合SD和CA的城镇土地扩展模拟模型,并以江苏省南通地区为例,对模型的实证应用做了进一步的验证。结果表明,这种耦合模型不仅能够对研究区域未来城镇土地扩展数量给予一个比较好的预测,而且还对其空间分布效果做了一定精度上的模拟,这使得城市规划在土地利用预测方面有一个相对科学的依据。     

基于GIS的北京城市土地利用扩展模式

采用ＧＩＳ空间分析技术,对１９８２～１９９７年期间北京城市土地利用扩展的时空过程进行空间骤类和历史形态分析。证实工业用地的高速外向扩展是北京城市土地利用规模“超常膨胀”的主要原因;揭示城市土寺利用扩展的空间分析规律,阐明城市土地利用扩展中心和扩展轴的时空迁移模式。     

基于SLEUTH模型的东莞市区城市增长模拟研究

应用SLEUTH城市增长模型,借助GIS、RS技术,对东莞市区1990-2003年的城市增长过程进行模拟,同时预测2003-2030年城市增长情况。结果表明,SLEUTH模型较好地描述了东莞市区"自下而上"的城市增长模式,在这种增长模式下,未来东莞市区的城市化水平将在10～20 a内达到临界状态。研究结果对于理解东莞市区城市增长的内在规律具有理论和现实指导意义,同时可为政府制定相关决策提供依据。     

城市规划CA模型及其应用

基于CA模型,从城市规划角度,通过引入控制性详细规划层,将整个城市空间划分为不同组团片区,构建了自下而上和自上而下相结合的城市规划CA模型(UPCA),并以长沙市为例进行实证研究。结果表明:该模型简化了传统CA城市模拟模型的数据量,提高了模型的模拟精度,并增强了模型的规划决策功能,使模型具备一定的社会经济分析能力。     

城市土地潜力分析--以南京市为例

研究城市土地潜力是城市建设者合理利用城市土地、提高城市土地利用效率、保护耕地的基础。该文利用GIS对土地、规划、环保、人口等相关数据进行整合,从房地产开发的角度建立测算最低经济容积率的模型,求得每块城市土地的经济容积率;基于GIS空间分析功能,分析城市土地利用现状与最低经济容积率,并用地域环境质量综合评价、历史文化名城保护规划等数据对结果进行修正,得出南京市城市土地潜力的数量、质量及空间分布。     

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.     

基于GIS与CA的城市扩展研究——以洛阳市为例

元胞自动机(Cellular Automata,CA)是一种"自下而上"的动态模拟建模框架,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力。CA模型的这些特点使得它在城市增长、扩展和土地利用演化模拟等方面较为合适,成为CA应用的热点。探讨利用GIS技术开发CA模型将会改善CA模拟城市扩展的环境,建立典型的城市CA模型也会发现新的参数和转换规则。基于CA原理,结合GIS与RS技术,在ArcGIS平台中进行二次开发,构建了GIS-CA模型系统。以洛阳市为研究区域,对其城市扩展进行了模拟和预测,结果表明,将人为的规划因素加入到CA模型中,打破了CA模型只能模拟城市受自然因素影响而进行的扩展。模拟结果比较真实可信,也为下一步城市规划提供决策支持。     

基于Theil指数和Sharpley值分解的山东省城市土地扩张强度差异及其成因研究

基于山东省17地市2002-2011年数据和Theil指数及其分解方法研究表明,山东省城市土地扩张强度差异存在"先扩大后缩小"的趋势,相似人口规模等级城市内部差距及经济发展水平较高区域城市内部差异显著。政府财政支出、区域产业结构、城市人口密度和区域开放度等均是影响山东省城市土地扩张强度的重要因素。Sharpley值分解结果表明,区域第三产业比重和市辖区人口密度对山东省城市土地扩张强度差异的相对贡献率呈增长趋势,开放度的相对贡献率先增后减,区域第二产业比重成为弥补城市间土地扩张强度差距的因素,政府财政规模对城市土地扩张强度差异变化的影响较小。