基于自组织机制理论的滩角地形数值模拟

一般认为滩角是近岸带泥沙、水动力和地形耦合作用的产物,对近岸带特别是碎波带和冲流带的动力变化响应迅速,还可以反映海滩状态,但具体的成因一直得不到很好的解释.首先详细介绍了关于滩角成因的争论以及自组织机制理论,其中驻立边缘波假说和自组织机制假说是最为认同的两种滩角成因假说.基于WERNER(1993)提出的滩角形成的自组织机制假说,建立包含冲流动力、泥沙输运和地形演变的滩角形成和发育的元胞自动机模型.模型中修正了以前研究中的坡度参数表达式和水动力输入方式.经过200个冲流循环的数值模拟,原来平直的滩面上形成了明显的滩角形态,滩角间距约为5.5～6.0 m,520个循环周期后,滩角形态基本上达到稳定状态.对模拟过程进行分析,结果表明:(1)模拟得到的滩角形态比先前的研究结果更接近天然状态下的滩角;(2)随机的水质点冲流运动使海滩地形呈无规律变化,但通过动力、泥沙、地形之间的反馈过程逐渐形成了滩角地形;(3)滩角形成过程中,海滩基本上处于堆积过程中.开始堆积速度较快,当滩角形态达到准平衡状态时(大约300个循环后),海滩体积增速变慢,并逐渐地达到稳定状态,海滩体积变化呈现小的波动调整;(4)模拟得到的有效冲流距离(S)和滩角间距(λ),满足滩角自组织机制假说的基本关系.因此,可以认为滩角是在海滩泥沙、地形与波、流的自组织过程中形成的,是一种堆积地形.自组织理论为从不同的侧面认识和研究海岸带现象与过程提供一扇窗口,是一个值得研究的方向.     

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。     

基于空间的生态足迹与生态承载力预测模型——以甘肃省河西走廊地区为例

介绍了测度可持续发展的生态足迹分析的计算方法,在此基础上提出了生态足迹和生态承载力的预测模型:在生态足迹的预测方面采用消费预测模型和人口模型相结合的方法,在生态承载力的预测方面采用地理元胞自动机和地理信息系统技术相结合的方法。以甘肃省河西走廊地区为例,采用以上模型方法计算了1995、2000年的生态足迹和生态承载力,预测了2005年的生态足迹和生态承载力,结果表明:河西走廊地区的生态足迹在逐年上升,生态承载力前5年上升后5年下降。采用该模型方法计算与预测生态足迹和生态承载力,具有快速、准确、可操作性强的特点,但预测具有一定的局限性。     

开放边界条件下平面环行交叉路口交通流的相图研究

运用具有内、外环车道的平面环形交叉路口元胞自动机模型,对开放边界条件下平面环行交叉路口的交通流进行研究.计算机模拟结果表明:边界条件和道路瓶颈影响着平面环形交叉路口交通流的性质,产生概率和消失概率均只在一定范围内影响系统流量的变化.根据系统流量与产生概率和消失概率的关系,将系统分为三个相区,并对相图进行研究,为实际交通控制提供参考.     

基于CA的城市演变的知识挖掘及规划情景模拟

城市演变过程是复杂的动态系统, 掌握其规律在城市理论和资源环境管理中有重要意义. 利用元胞自动机(CA)进行城市模拟可以帮助认识城市形态的演变过程, 并为其调控提供决策依据. 传统方法在确定CA模型的参数时有一定局限性, 采用遗传算法有效地获取CA模拟的参数. 这些参数在城市形态的演变模拟中起到控制性的作用. 以珠江三角洲为例, 针对目前普遍存在的沿公路“摊大饼”式无序蔓延的发展模式, 提出根据紧凑式城市发展理论, 对不同的城市发展形态进行评价, 获取好的控制性参数, 从而模拟出合理的城市形态, 为区域的城市空间形态的调控提供决策依据.     

土地资源的动态监测和动态模拟研究

本文结合国家“九五”攻关项目 ,介绍了有关利用 3S技术进行县级土地资源动态监测的最新研究成果 ;将细胞自动机 (Cellular Automaton,CA )与 GIS系统集成 ,构建了基于 CA的土地利用演化模型.     

运用细胞自动机模型模拟强震前地震活动时间演化过程

强震发生前震源及其周围地区可能会出现前震活动, 这种前震活动可以分为二种: 一种为连续型, 即前震的频度或震级随时间渐渐增大, 直至主震发生; 另一种为不连续型, 前震的频度和震级先增大后减小, 然后发震。 这种现象不但在破裂声发射试验中观测到, 也在中国大陆地区多次强震前被观测到。 文中基于细胞自动机模型, 引入时间-状态依从摩擦本构关系, 即把自组织非线性系统的普适特征与真实断层摩擦的具体特征结合起来, 研究了强震前短期前兆地震活动的时间演化过程的机理。 文中研究了模型中各参数对模拟事件时间过程的影响, 结果表明, 静摩擦强度在断层上的分布, 或是说静摩擦系数的离散程度直接影响强震前地震活动时间演化过程。     

BP网络并行预测地下水位研究

提出了适用于孔隙承压水水源地的BP-遗传元胞自动机方法,这种方法的原理来源于地理元胞自动机的方法框架。把每个水源地作为一个元胞,每个水源地的下一时刻的状态由其本身、周围水源地上一时刻的状态和下一时刻的行为及它们所处的环境条件决定。并用该方法进行了多水源地水位并行预测,效果良好。      

基于元胞自动机的遗传神经网络在土地利用变化模拟分析中的应用

元胞自动机模型在土地扩展的转换规则设计上具有随机性,受周围环境影响较大。文中建立基于BP神经网络和遗传神经网络算法优化的元胞自动机土地扩张模型,对广州市2009—2011年进行城市扩张模拟分析。实验结果显示:BP神经网络能够较好地模拟分布较集中的耕地和林地等区域,精度可达到70%以上,而对于面积较零碎的建筑用地区域,模拟效果较差;而遗传神经网络优化算法能够总体提高模拟精度约5%,部分精度能提高至20%。同时,该算法还能充分考虑影响土地变化的各种扰动因素,优化选择驱动因子和缩短迭代次数,对于城市土地扩张研究具有可行性。     

基于C5.0决策树算法的元胞自动机的洪河湿地演化模拟

以洪河自然保护区1992年、2001年、2010年三期TM遥感影像为数据源,利用C5.0决策树算法从已有的数据及其影响因子数据中挖掘出洪河湿地的演变规则,并将获得的转换规则应用到元胞自动机模型中进行洪河湿地演变的动态模拟与预测,分析和探讨了元胞自动机模型在湿地景观模拟和预测中的重要作用。结果表明,在现有的空间变量和条件不变的情况下,在未来的洪河自然保护区湿地面积将减小,洪河自然保护区干旱化将加重。通过对湿地景观的动态变化模拟和预测研究,能够较好地反映湿地景观的动态变化情况。