人口密度模型与CA集成的城市化时空模拟实验

有机地集成城市经典模型与元胞自动机 (CA)是一种有意义的理论实验。本文分无约束和有约束两种条件构建了城市化CA模型 ,推导出了基于均质地理背景和孤立城市的假设的城市人口密度时空模型 ,并进行了二者集成的实验研究 ,得出了如下结论 :(1)CA是城市化时空模拟的有效方法 ;(2 )经典的地理、城市模型可以有效地集成到城市化CA模型中 ,起到控制城市化轨迹的基本作用 ,在某种程度上能够弥补CA建模过于简单的不足。     

地理学基础理论研究的方法变革及其发展前景

西方科学赖以发展的两大基础可以归结为源于欧氏几何学的形式逻辑和通过系统实验寻找因果关系。地理学如果不将自身作为一门“例外主义”的学科，无疑也要借助形式逻辑和系统实验发展基础理论体系。遗憾的是，逻辑思想只有借助数学方法才能发挥理论演绎的威力，而传统数学不适宜于地理系统空间结构与功能的描述；另一方面，系统实验必须是可以重复的受控试验，由于地理系统的不可控性，地理研究无法利用常规的实验方法寻找因果关系。地理学的理论研究如今正在经历着方法的变革：一方面，分形等后现代数学理论为地理学提供了有效的定量描述手段；另一方面，细胞自动机等仿生科学理论为地理学提供了模拟实验工具。不仅如此，由于新方法的引入，传统的实证研究方法也重新焕发生机。将数学、实证和计算机模拟三种方法有效结合，地理学的基础理论体系必将建立起来，发展前景将十分广阔。     

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。     

基于GIS的细胞自动机模型与人地关系的复杂性探讨

探讨人地非线性关系可以揭示地理系统空间复杂性的许多简单本质 ,具有重要的理论意义和实践价值。以地理信息系统 (GIS)为技术支持 ,建立以细胞自动机 (CA)为核心的综合集成模型 ,将成为人地关系复杂性研究的主要方向。建议在CA GIS集成技术的基础上 ,一方面引入人工神经网络、进化算法、多重智能体系 (MAS)以及后现代数学分析方法 ,另一方面面向具体研究对象开发包括自然、人文地理要素在内的集成区域动力学模型 ,据此发展智能化综合集成模型体系 ,形成人地关系复杂性的模拟研究实验室。本文提出了开发智能化CA GIS模拟方法的初步设想。     

基于城市流和层级性的城市群扩展模型构建

城市群是具有网络关系与层级性的区域空间,一直是中国推进城镇化与区域协调发展的主体单元。本文综合考虑城市群的网络与层级性特征,运用城市流刻画城际网络交互作用,采用分层广义线性模型（HGLM）揭示城市群分层驱动机制。同时,选取长江中游城市群开展实证研究,通过与元胞自动机（CA）耦合,构建HGLM-CA模型模拟城市群空间扩展。将模拟结果与Logistic-CA模型、BBO-CA模型进行比对,据此评析HGLM-CA模型的优劣与改进方向。实证结果表明：城市群空间扩展是多层驱动因素共同作用的结果,城市流不仅会推动城市群空间扩展,而且对元胞层因素起到重要的调节作用,使之具有城际分异性;HGLM-CA模型相比Logistic-CA模型模拟精度更高,说明顾及城市流与层级性的城市群空间扩展模拟结果更为精准;与智能模型BBO-CA相比,HGLM-CA模型模拟精度较低,但其便于从层级性角度把握城市群空间扩展机制。     

状态扩展元胞自动机模型在时空数据挖掘中的应用

引入状态扩展元胞自动机模型对时空数据进行挖掘,其核心是引入可以量化的属性和不可量化的状态对元胞状态进行扩展,解决时空数据挖掘中数据稀疏性和属性数据交互性问题,采用遗传算法寻找元胞自动机模型的最优规则.实验结果表明,对于复杂的非线性和数据稀疏性问题,利用该方法能得到比传统方法更好的结果.     

数字制图技术中元胞自动机的设计与规划

数字制图自执行框架为改善数字制图过程复杂、周期冗长的状况提供了途径,自执行框架的构成需要大量的数字制图元胞自动机作为主体。通过对一体化数字制图处理方法的分析,总结出数字制图处理方法的3种基本形态以及作用流程,并对其中的常见方法进行了分析规划,为数字制图元胞自动机方法库的建立提供了基础。     

基于地理环境的CA模型演变规则研究

本文定义了城市扩展模拟中的CA模型,提出模拟地理实体的栅格元胞要求;探讨了惯性自由扩展、土地利用类型转变、交通引力作用、大城市辐射、其他用地自组织、自然条件限制、规划条件约束、决策修正行为等模拟城市建设用地扩展的演变规则;并将专家打分法应用于城市建设用地扩展CA模型演变规则集成阶段,通过打分结果与阈值比较确定城市建设用地扩展的变化情况.     

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。     

基于元胞自动机的城市发展密度模拟

元胞自动机CA越来越多地被用于模拟复杂的城市系统,但这些模拟基本不考虑城市的发展密度。不同的城市发展密度会对城市的形态有很大的影响,有必要将城市的发展密度引进CA的城市模拟中,以获得更好的模拟结果。本文将密度梯度函数引进了CA模型的转换规则中,并定义‘灰度’来反映状态的转换。利用该模型对不同可能的城市发展组合进行了模拟,为城市规划提供了辅助依据。