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。     

基于遗传算法自动获取CA模型的参数

本文提出了基于遗传算法来寻找CA模型最佳参数的方法。CA被越来越多地应用于城市和土地利用等复杂系统的动态模拟。CA模型中变量的参数值对模拟结果有非常重要的影响。如何获取理想的参数值是模型的关键。传统的逻辑回归模型运算简单,常常用来获取模型的参数值,要求解释变量间线性无关,所以获取的城市CA模型参数具有一定的局限性。遗传算法在参数优化组合、快速搜索参数值方面有很大的优势。本文利用遗传算法来自动获取优化的CA模型参数值,并获得了纠正后的CA模型。将该模型应用于东莞1988~2004年的城市发展的模拟中,得到了较好的效果。研究结果表明,遗传算法可以有效地自动获取CA模型的参数,其模拟的结果要比传统的逻辑回归校正的CA模型模拟精度高。     

中小学校疏散演练人员疏散模型研究

本文以元胞自动机模型理论为指导,以人员疏散时间最短为目标,构建中小学校疏散演练人员疏散模型。本文从开展地震应急疏散模型研究出发,为地震应急演练疏散训练软件提供核心算法。通过对空间基础构建元素及搭建方法的分析研究,设计完成疏散虚拟场景的建模方法。最后开展人员疏散算法构建方式的研究,并结合应急疏散演练人员行为规范的研究成果,完成疏散模型的总体设计,达到为应急演练疏散软件提供人员疏散演化模型以及为人员疏散过程合理性评判提供依据的目的。     

重庆两江新区空间结构演变驱动机制分析与过程模拟

两江新区作为中国第一个内陆开放区,在短时间内经历了高强度开发,其社会经济空间结构演变对于国家新区的发展和规划具有重要意义。两江新区的城市建设用地扩张基本分布在中心城区外围,部分沿交通线向外扩张,并可通过元胞自动机模型对未来建设用地演变趋势进行模拟。本研究基于两江新区的人口数据、建设用地空间分布、道路数据等基本要素分析区域空间结构演变过程,定性与定量相结合研究两江新区空间结构演变的特征与机制并进行多模型模拟。研究结果表明：① 从人口、用地、交通等基本要素的时空变化可以看出,两江新区自2010年6月成立至2015年,区域城镇中心体系和空间结构都发生了明显的变化;② 政策环境、基础设施、要素成本和集聚效应是企业入驻两江新区的4个主要驱动因素;③ 两江新区建设用地扩张空间累积阻力值呈同心圆和轴带发展形态,建设用地空间演变基本向空间累积阻力值低的方向和地区扩张;④ 元胞自动机模型模拟的结果精度在80%以上,能够展示过去5年两江新区空间结构的演变过程和未来该区域空间结构的状况。本研究的结果能够为内陆开放区的优化建设提供科学参考,有助于提高重庆市两江新区开发建设的效益。     

顾及城市空间结构信息的元胞自动机模型构建及其应用

利用衡量新增斑块空间邻接关系的多阶景观扩张指数定量识别城市组团的空间特征,结合城市组团所表现出的城市空间结构信息,构建基于MLEI的元胞自动机城市扩展（MLEI-CA）模型。针对武汉市1990、2000、2013年3期遥感影像数据,运用MLEI-CA对武汉市城市扩展进行模拟,通过与Logistic-CA模型对比验证该模型的适用性。研究结果表明,MLEI-CA模型更加准确地揭示城市扩展的空间演变过程,MLEI-CA模型精度优于Logistic-CA模型,Kappa系数、城市用地的精度分别提高6%和4%。     

基于案例推理的元胞自动机及大区域城市演变模拟

元胞自动机(CA) 被越来越多地用于复杂系统的模拟中。许多地理现象的演变与其影响要素之间存在着复杂的关系, 并往往具有时空动态性。在研究区域较大和模拟时间较长时, 定义具体的规则来反映这种复杂关系有较大的困难。为了解决CA 转换规则获取的瓶颈问题, 提出了基于案例推理(CBR) 的CA 模型, 并对CBR 的k 近邻算法进行了改进, 使其能反映转换规则的时空动态性。将该模型应用于大区域的珠江三角洲城市演变中。实验结果显示, 其模拟的空间格局与实际情况吻合较好。与常规的基于Logistic 的CA 模型进行了对比, 所获得的模拟结果有更高的精度和更接近实际的空间格局, 特别在模拟较为复杂的区域时有更好的模拟效果。     

用于沿海城市扩展模拟的一种CA模型

对传统的克拉克城市扩展模型进行了分析,构造了一种适合沿海城市扩展的CA模型.利用建立的CA模型,对沿海城市青岛市的城市扩展进行了模拟,试验结果表明,模型对沿海城市的扩展具有很好的模拟效果.     

基于CA的城市人口密度分布动态模拟——以长沙市人口密度变化为例

利用元胞自动机（CA）进行模拟可以帮助认识城市人口密度分布的演变过程,并为相关的调控提供决策依据。以长沙市为例,由元胞自动机层构建了精确到街道的长沙市人口密度分布仿真模型,对2000～2005年人口密度分布进行重建,与实际情况对比,整体预测精确度达76％以上;并对2010年,2015年人口密度分布进行了预测,结果表明,长沙市仍处于城市发展的初期阶段,市区人口密度分布受交通通达度、距市中心距离、公共设施便利性、环境、政府主导等多因子影响,总体呈现典型的Clark分布。     

A cellular automata model for population expansion of Spartina alterniflora at Jiuduansha Shoals,Shanghai, China

Biological invasion has received considerable attention recently because of increasing impacts on local ecosystems. Expansion of Spartina alterniflora, a non-native species, on the intertidal mudflats of Jiuduansha Shoals at the Yangtze River Estuary is a prime example of a spatially-structured invasion in a relatively simple habitat, for which strategic control efforts can be modeled and applied. Here, we developed a Cellular Automata (CA) model, in conjunction with Remote Sensing and Geographical Information Systems, to simulate the expanding process of S. alterniflora for a period of 8 years after being introduced to the new shoals, and to study the interactions between spatial pattern and ecosystem processes for the saltmarsh vegetation. The results showed that the CA model could simulate the population dynamics of S. alterniflora and Phragmites australis on the Jiuduansha Shoals successfully. The results strongly support the hypothesis of space pre-emption as well as range expansion with simple advancing wave fronts for these two species. In the Yangtze River Estuary, the native species P. australis shares the same niche with the exotic species S. alterniflora. However, the range expansion rate of P. australis was much slower than that of S. alterniflora. With the accretion of the Jiuduansha Shoals due to the large quantity of sediments deposited by the Yangtze River, a rapid range expansion of S. alterniflora is predicted to last for a long period into future. This study indicated the potential for this approach to provide valuable insights into population and community ecology of invasive species, which could be very important for wetland biodiversity conservation and resource management in the Yangtze River Estuary and other such impacted areas.