基于生命周期理论的煤矿区 土地利用演化模拟

准确、可靠地模拟和预测煤矿区土地利用结构的变化,是矿区制定土地利用规划、土地复垦措施的重要依据。考虑到元胞自动机模型(CA)在土地利用结构变化模拟和预测方面的优越性能,将CA模型引入了矿区土地利用结构变化的模拟和预测。但矿区在不同的发展阶段,土地利用类型之间的转换具有不同方式,使得土地利用结构的演化存在阶段性的特点。因而利用CA模型对矿区的土地利用变化进行模拟和预测,就要求在不同阶段使用不同的转换规则,而传统CA模型难以满足这样的要求。本文基于矿区生命周期理论,改进了传统CA模型,通过控制变量的引入,实现了元胞转换规则的动态获取和应用。为了验证模型的有效性,以潞安矿区为研究区域,常村矿为研究对象,利用改进的模型对常村矿的土地利用空间结构进行了成熟期和衰退期的预测。通过和传统CA模型预测结果的比较,表明该模型的预测结果和矿区的不同阶段的土地利用演化特点比较吻合。因此该模型能够提高矿区土地利用结构演变模拟和预测的精度,是有效可行的方法。     

基于区块特征的元胞自动机土地利用演化模型研究

针对传统元胞自动机模型中栅格式规则空间模拟复杂地理元素精度不高的问题,提出一种基于土地区块特征的非规则空间元胞自动机模型,以地理单元实质不规则实体形状作为元胞空间单元,进行土地利用变化的仿真模拟,运用MapInfo建立非规则空间元胞自动机模型的应用软件.对头灶镇土地利用演化的实证研究表明,非规则空间元胞自动机模型可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则,可为城市规划提供决策支持.     

基于核主成分元胞模型的城市演化重建与预测

通过元胞自动机(CA)模拟和重建城市演化的复杂非线性过程,对于城市土地利用规划和决策具有指导意义。利用传统线性方法获取的地理CA转换规则,较难刻画城市演化的时空动力学过程。基于核主成分分析方法(KPCA),通过核函数映射,在高维特征空间下不仅能够对多重共线的空间变量进行非线性降维,且由此建立的地理元胞模型KPCA-CA参数物理意义明确,能够较好地体现城市化过程的非线性本质。基于GIS环境下自主研发的地理模拟框架SimUrban,利用该KPCA-CA模型模拟和重建了快速城市化区域上海市嘉定区1989-2006年城市演化过程,并预测了研究区2010年的城市空间格局。模拟结果显示,嘉定区城市主要沿中心区域及主干道路而扩展,体现了KPCA方法提取的前两个主成分的作用,与城市实际发展情况相符。利用混淆矩阵和面积控制精度等指标,对模拟结果进行了评价,得到总体精度为80.67%、Kappa系数为61.02%,表明模拟结果与遥感分类结果及统计结果符合程度较好;与传统基于线性方法的地理CA模型比较,KPCA-CA模型模拟结果精度更高。     

非均匀断层结构地震活动细胞自动机模拟系统几个算法设计

为研究介质非均匀性与地震活动的关系,编制开发了模型可定制的二维细胞自动机模拟软件。针对软件设计中出现的非均匀断层结构模型的建立、系统模拟数据记录结构设计以及内存管理等问题,提出了解决方案。改善了模拟系统所需的几种关键算法,使研究人员能根据需要灵活设定模型的介质参数。并利用内存管理技术,在一定程度上解决了大型模拟系统中普遍存在的硬件瓶颈问题,从而提高了细胞自动机模拟系统的适应性。     

元胞自动机的地理过程模拟机制及扩展

地理空间、地理梯度、地理流和空间关系是经典地理学进行地理过程分析常用的4个基本概念,元胞自动机(CA)作为复杂空间系统研究的重要工具。分析表明,其与经典地理过程分析理论具有类似地表达机制,因而能有效地进行地理过程模拟。但由于标准CA是一种更广泛抽象的空间模型,其对地理特征的描述存在一定局限,限制了其更真实地模拟地理过程的能力。论文提出了基于地理特征的CA概念模型,深圳特区土地利用演化的实证研究表明,地理特征CA概念模型具有极大的应用价值。     

岩石单轴抗拉强度的几何形状效应研究

提出了一种模拟岩石破坏过程的细胞自动机模型,以力、位移作为基本状态变量,基于基本的力学规律构造了细胞自动机模型的矢量局部更新规则,克服了以往规则确定随意性以及标量化的缺点。利用该模型模拟了岩石的单轴破坏过程,研究了非均质性对单轴直接拉伸破坏过程的影响,并研究了几何形状（长宽比）对单轴拉伸强度的影响,研究结果加深了对岩石单轴抗拉强度的了解,对试验有一定的指导作用,应进一步加强岩石的直接拉伸试验研究。     

Toward Optimal Calibration of the SLEUTH Land Use Change Model

SLEUTH is a computational simulation model that uses adaptive cellular automata to simulate the way cities grow and change their surrounding land uses. It has long been known that models are of most value when calibrated, and that using back‐casting (testing against known prior data) is an effective calibration method. SLEUTH's calibration uses the brute force method: every possible combination and permutation of its control parameters is tried, and the outcomes tested for their success at replicating prior data. Of the SLEUTH calibration approaches tried so far, there have been several suggested rules to follow during the brute force procedure to deal with problems of tractability, most of which leave out many of the possible parameter combinations. In this research, we instead attempt to create the complete set of possible outcomes with the goal of examining them to select the optimum from among the millions of possibilities. The self‐organizing map (SOM) was used as a data reduction method to pursue the isolation of the best parameter sets, and to indicate which of the existing 13 calibration metrics used in SLEUTH are necessary to arrive at the optimum. As a result, a new metric is proposed that will be of value in future SLEUTH applications. The new measure combines seven of the current measures, eight if land use is modeled, and is recommended as a way to make SLEUTH applications more directly comparable, and to give superior modeling and forecasting results.     

扩展邻域元胞自动机模型城市扩张研究

元胞自动机近年来被广泛应用于动态模拟城市扩张,但其邻域类型一般固定于摩尔邻域.文章基于Geo-CA理论,自定义扩展邻域类型,并结合特定地理位置多层次约束性条件构建CA模型,扩展了CA模型的空间建模功能.以武汉市为例,将2000年和2009年TM遥感影像和城市用地数据作为基础,结合武汉市城市规划图、DEM、道路交通图、水域等多层次图像,构成空间数据库,建立武汉市城市扩张扩展邻域CA模型.最后以2009年数据为基础,对武汉市2018年城市用地扩张情况进行预测,为武汉市城镇建设提供参考.     

国土空间规划视角下的城镇开发边界划定和空间管控体系构建

新时期国土空间规划背景下,科学合理地划定城镇开发边界,建立健全的国土空间用途管制制度是有序引导国土空间各类开发保护行为的重要举措。本文以福州市为例,构建了一种全域多维度国土空间管控体系,将其管控约束条件嵌入未来土地利用格局模拟中。同时,顾及区域空间异质性和时空依赖性,设计了一种服务于城镇开发边界划定的集成地理分区策略、深度学习技术、FLUS模型功能模块的时空元胞自动机ST-CA(Spatio-Temporal Cellular Automata)模型。基于已有成果集成三区三线,开展"划管结合"思维下的空间管控应用研究。结果表明:(1)顾及区域空间异质性和时空依赖性的ST-CA模型可以有效提高土地利用变化模拟精度(OA指标从95.95%提升至98.34%),实现更为真实、准确的地理模拟过程;(2)地理模拟过程中嵌入管控约束条件,可引导城镇、农业和生态3类空间合理布局且规模可控,基于模拟结果划定的城镇开发边界能有效避开规划保护用地;(3)未来模拟预测结果结合管控预警值可看出,福州市主城区及周边区县的城镇扩张形势比较严峻,未来亟需对福州市国土空间格局进行合理调控;(4)边界变化趋势特征表明划...