基于CA-Markov模型的淮河流域土地利用变化研究

【目的】研究淮河流域土地利用变化特征并预测淮河流域2030年土地利用变化,实现流域土地资源的合理开发利用。【方法】基于淮河流域1990—2020年共7期的土地利用数据,采用土地利用转移矩阵和土地利用动态度分析淮河流域土地利用变化特征。基于元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型模拟淮河流域2010和2015年的土地利用格局,并在满足一定的精度条件下,预测淮河流域2030年的土地利用变化趋势。【结果】(1)耕地和建设用地面积占淮河流域土地利用面积的80%以上,是淮河流域最主要的两种土地利用类型;(2)耕地的减少和建设用地的持续扩张是淮河流域1990—2020年土地利用最为明显的变化特征;(3)基于CA-Markov模型模拟的2010年和2015年土地利用的Kappa系数分别为0.937和0.944,模拟精度较高;(4)预测的淮河流域2030年土地利用变化显示:耕地的减少和建设用地的扩张仍然是主要趋势,但二者变化幅度放缓,林地和草地的变化不显著,水域面积继续增加。【结论】淮河流域建设用地大幅度扩张以及耕地面积持续减少应引起重视,基于CA-Markov模型模拟的2030年土地利用变化可为流域未来土地利用开发提供参考。

基于CA-Markov模型的公园绿地土地利用变化及预测——以武汉市江岸区为例

研究城市内公园绿地的土地利用变化,对于日后城市公园的发展及改造、城市的经济发展、空间安排都具有一定的参考意义。以武汉市江岸区为研究对象,运用ArcGIS对Landsat 2005年、2010年、2015年和2020年4期土地遥感数据进行目视解译,并通过CA-Markov模型对2030年土地利用情况以及城市公园绿地变化进行预测,在此基础上分析了2005-2030年城市公园绿地的变化情况。结果显示:①武汉市江岸区的主要用地类型为建设用地,面积占总用地面积的60%以上;②耕地和林地的减少和建设用地的持续增加是武汉市江岸区2005-2010年土地利用最为明显的变化特征;③运用CA-Markov模型模拟2015年和2020年土地利用变化,其Kappa系数分别为0.772和0.809,均大于0.75,模拟精度合格;④预测的武汉市江岸区2030年土地利用变化显示:耕地和林地的减少以及建设用地的增加仍然是主要趋势,但二者变化幅度减缓,城市公园绿地处于持续增加的状态。指出了武汉市江岸区建设用地的持续增加,耕地林地的持续减少需要引起重视,基于CA-Markov模型模拟的2030年土地利用变化也可为武汉市江岸区未来土地利用开发提供参考,同时城市公园绿地的建设可以此为参考依据,发展原有的城市公园绿地或开发新的城市公园绿地。

Markov模型的软件可靠性测试充分性问题的研究

在分析现有Markov模型的软件可靠性的充分性判别的基础上,定义了严格转移概率的概念,提出了基于严格转移概率的测试充分性判别方法。将Markov模型转化为严格Markov模型,在每个边或者状态的差异计算时引入严格转移概率,对可达相异转移集中所有可达相异转移k的转移概率进行原转移概率对应计算后进行求和再平均运算,得到的结果作为每个边或者状态的差异值。实验表明严格测试充分性判别方法比非严格Markov模型方法更稳定、有效。

基于多状态Markov模型对男性血尿酸水平变化的预测研究

目的血尿酸(serum uric acid,SUA)升高不仅是心脑血管疾病的独立危险因素,还与男性睾酮素下降、阴茎勃起功能障碍、性功能紊乱有关。本研究将分析男性SUA水平各状态间转移规律,为男性SUA水平的预测及高尿酸血症(hyperuricemia,HUA)的防治提供参考。方法选择北京小汤山医院2012~2016年的男性体检者为研究对象,进行问卷调查、体格检查、生物化学指标测量,将SUA水平根据420μmol/L和540μmol/L两个切点分为3个等级,分别命名为SUA正常(<420μmol/L)、HUA1(420μmol/L≤SUA<540μmol/L)、HUA2(SUA≥540μmol/L),运用R软件中的"msm"包对SUA多状态间的转移建立多状态Markov模型。结果本研究基线共纳入7 730人,平均年龄为(44.73±13.53)岁,随访时间中位数3年。1年内,SUA正常状态者中有9.2%进展为HUA,其中平均有8.7%进展为HUA1状态,0.5%进展为HUA2状态;HUA1状态者中平均有25.5%缓解到SUA正常状态,4.5%进展到HUA2状态。较高的教育程度[HR=1.12,95%CI(1.03,1.22)]、饮酒[HR=1.13,95%CI(1.03,1.24)]、超重肥胖[HR=1.24,95%CI(1.15,1.33)]、高血压[HR=1.22,95%CI(1.11,1.36)]、血脂异常[HR=1.33,95%CI(1.21,1.47)]均是SUA正常状态进展到HUA1的危险因素;肉食为主的饮食模式[HR=0.88,95%CI(0.80,0.97)]不利于HUA1状态缓解到SUA正常状态;血脂异常[HR=1.34,95%CI(1.07,1.68)]同时还是HUA进展恶化的危险因素。结论多状态Markov模型可以较好地拟合血尿酸水平各状态间的转移过程;限制饮酒,均衡饮食,控制体重、血压、血脂有利于降低HUA的发病率和增加HUA的好转率。

基于衰变-Markov模型的沥青路面性能预测研究

为解决在路面使用性能各项指标的预测过程中,预测值与实测值间误差波动较大这一问题,采取同济大学孙立军教授提出的标准衰变方程作为预测模型的基础,充分调查浙江省S101省道嘉兴段现有路况,根据收集的公路路面结构、厚度和交通量轴载数据等资料,对其沥青路面性能变化进行预测,即对路面损坏状况指数PCI和行驶质量指数RQI这两个在路面使用性能指数PQI中占较大权重的指标进行预测,继而采用Markov模型对其预测结果进行修正,建立与养护策略相对应的Markov转移矩阵而得到衰变-Markov预测模型,为之后能准确掌握沥青路面使用性能变化趋势并得到合理的养护决策提供可靠依据.

Markov链在人力资源供给预测中的应用

本文利用Ｍａｒｋｏｖ链建立模型，对组织各类人员的供给作出定量预测，为组织的人事部门或人力资源管理部门根据职位人员需求安排合适的人选提供决策的依据。文中介绍的模型不仅可以预测组织中各类人员的供给人数，而且可以预测组织中各类人员的分布。

Markov模型在社会职业阶层转移中的应用

通过对职业阶层传递的历史数据调研统计,掌握各社会职业阶层人员的转移情况,建立Markov模型,用Markov链的性质推断未来社会各职业阶层人员的分布比例,同时得出社会职业阶层在一定时间后的稳态分布,为社会学家的相关研究提供数据支持。

齐次Markov链在细胞分裂过程中的应用

以随机过程为研究工具研究了生物学中质体随细胞分裂而传递的规律,通过数学建模对含突变质体的杂合细胞的纯合概率和细胞的不同状态之间的转移在生物学意义上进行了详细的讨论.

通过消息监控识别罪犯的Markov模型研究

通过消息监控识别罪犯是一个十分有意义的实际问题。采用Markov模型,将整个消息传递网络看作一个犯罪传递的Markov链,根据所收集到的消息估计出两个节点(人)之间犯罪传递的概率,得到一个Markov概率转移矩阵,并求出网络长期运行的稳定解,作为各节点(人)参与犯罪程度的度量。通过实例说明了该方法的有效性。

基于MCE-CA-Markov模型的森林景观格局演变和模拟预测——以宁乡市为例

【目的】通过分析景观格局动态变化特征,模拟预测未来的森林景观格局,为区域景观资源优化配置及森林城市创建提供参考。【方法】选择宁乡市为研究区域,以2009、2013、2017年3期Landsat遥感影像解译结果为基础,采用转移矩阵和景观指数对2009—2017年森林景观格局动态变化进行分析,结合高程、坡度、河流、道路、GDP和行政中心6个影响因子,构建MCE-CA-Markov模型,对2021年宁乡市森林景观格局进行模拟预测。【结果】1)2009—2017年,宁乡市森林景观类型以乔木林地和耕地为主,其面积占比从35.95%和51.27%变化为37.13%和49.67%。2)2009—2017年,乔木林地和建设用地显著增加,主要来源于耕地和其他林地,表明城镇化进程加快,森林资源得到有效管理;耕地减少速度明显减缓,得益于保护耕地的力度加强。3)2009—2017年,乔木林地、耕地和建设用地的斑块破碎化程度显著升高,各森林景观类型呈均衡化趋势分布,景观聚集度下降,景观异质性朝着多样性发展。4)2017年森林景观分类预测值和2017年森林景观分类实际值的Kappa系数为0.83,满足精度要求。5)预测结果显示,2021年宁乡市耕地和建设用地面积增加,林地面积减少。【结论】运用MCE-CA-Markov模型模拟森林景观格局演变是可行的,解析省会次中心城市土地开发利用背景下森林景观格局的演变规律,可为同类型区域森林景观格局演变和模拟预测提供参考。

基于CA-Markov模型的宁夏沿黄生态经济带土地利用变化及模拟研究

[目的]研究宁夏沿黄生态经济带2009-2017年土地利用变化特点,并模拟2025年土地利用空间格局,为宁夏沿黄生态经济带土地开发、利用与保护提供引导,为国土空间规划编制提供参考。[方法]基于时间尺度和空间尺度,对宁夏沿黄生态经济带2009-2017年各类用地变化情况进行了分析,计算得出了各类用地转移概率矩阵,并基于CA-Markov模型,对自然发展情景、土地规划情景、耕地和生态保护情景下宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用格局进行了模拟研究。[结果] 2009-2017年,宁夏沿黄生态经济带土地利用整体呈现出耕地、其他农用地及各类建设用地不断增加,园地、林地、草地、水域及自然保留地均有所减少的特点;除水域、其他建设用地外,其他各类用地转为城乡建设用地概率普遍较高,特别是耕地转为城乡建设用地概率最高,达到10.65%。[结论]在自然发展、土地规划、耕地和环境保护3种情景下,宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用结构仍然以牧草地、耕地、自然保留地为主,但随着城镇化进程加快和基础设施持续完善,城乡建设用地和交通水利用地增加幅度较大。

基于CA-Markov的土地利用时空变化与生境质量预测——以宁夏中部干旱区为例

探究干旱半干旱区土地利用结构动态变化特征,评估并预测生境质量,可为区域生态规划和恢复提供决策性依据。本研究以搭载OLI和ETM+传感器遥感影像和气象数据、社会经济数据等为基础,采用土地利用转移流概念、InVEST模型和CA-Markov模型研究2000—2030年宁夏中部干旱区土地利用和生境质量时空变化特征及规律,对未来情境进行模拟和预测。研究结果表明:宁夏中部干旱区土地系统结构变化与生态建设规划高度一致,具有黄河流域两侧集中分布的特征,土地系统综合动态度逐期减小,活跃度具有稳中有变、部分较活跃的特征。土地系统信息熵特征值呈逐年降低趋势。随着时间变化土地系统受人类活动干扰强度低,自我调整程度高,修复能力强,系统向稳定状态转化。2000—2015年研究区生态环境质量呈“U”型特征,以优秀等级为主。2015—2030年土地系统结构将发生显著变化,生境质量优秀、差和良好等级面积逐渐扩大,生态系统呈现稳定向好的趋势。本研究的多模型集成应用可为区域土地规划和生态恢复建设提供理论依据和支撑。

Markov链模型在教学效果评价中的应用

教学评价是教育教学工作中最重要的环节之一,它起到了定向和调控,诊断和预测的功能.建立科学合理的评价体系,成为当下教育教学工作者急需解决的任务.研究运用马尔科夫链模型,提出一种教学效果量化评估算法,试图用学生"标准化"后的成绩及学生对某一学科的学习兴趣作为评价因子,通过极限向量及罚因子法共同对教学效果进行实证分析,并根据研究结论对课堂教学作进一步反思,探究不同样本间评价结果差异的形成性因素,为教师评价教学提出可参考依据.

基于灰色马尔科夫模型预测四川省肺癌死亡率趋势研究

目的预测未来5年四川省肺癌死亡率变化趋势,为四川省加强肺癌防治提供理论依据。方法通过《四川统计年鉴》明确该省2005至2021年肺癌死亡率情况,运用灰色马尔科夫模型结合Matlab2017b软件对四川省未来5年的肺癌死亡率进行预测。结果灰色模型的预测精度为95.07%,通过马尔科夫链进行优化后,预测精度上升至98.06%,优化后的模型拟合预测效果更精准。灰色马尔科夫模型预测未来5年四川省肺癌死亡率将呈持续上升趋势。结论灰色马尔科夫模型可以对四川省肺癌死亡率进行较好的预测和拟合,该组合模型可以作为未来预测肺癌死亡率发展趋势的一种新方法,为肺癌防治提供理论依据。

基于马尔可夫链的电力系统连锁故障预测

近年来,国内外发生了多起连锁故障引起的大面积停电事故,因此对连锁故障的预测就成了电力系统领域内受到普遍关注的重要问题。现有的连锁故障预测方法未能把网络拓扑结构、前后级故障间的关联、系统不确定性等因素系统而综合地利用起来。在此背景下,提出基于马尔可夫链的连锁故障预测方法,其能够计及系统前后级故障视在功率转移关系、保护/断路器不正确动作的可能性、系统硬件失效率等因素。首先,根据系统初始故障概率和各级故障之间的状态转移概率,预测系统连锁故障的发展趋势,预测出下一级可能的故障集,得到具有时间先后顺序的连锁事故路径。之后,提出了3个脆弱性指标来评估后续故障对系统的影响,以便对可能的连锁故障加以监视和快速控制。最后,用IEEE 10机39节点系统说明了所发展的模型和方法的基本特征。

基于转移矩阵识别的马尔可夫能源结构预测模型

将马尔可夫预测模型应用到能源结构预测中,提出一种计算转移矩阵的方法,并以某地区的能源消费结构统计数据为例,验证了该模型的可行性。

基于RS和GIS的深圳特区绿地景观动态分析及预测

在遥感和地理信息系统支持下,以2002和2005年两期的QuickBird高分辨率卫星影像为数据源,利用景观指数和转移矩阵法分析了深圳特区绿地景观格局的动态变化,并应用马尔可夫模型对今后6年(至2011年)绿地动态变化趋势进行了定量预测。结果表明:深圳特区绿地景观变化的主要特征为人工绿地景观组分不断增加,而原有的自然绿地景观组分不断减少;绿地景观斑块破碎度增加,斑块形状趋于规则化,多样性指数和均匀度上升,优势度下降,景观类型有向多样化、均匀化方向发展的趋势;预计至2011年研究区绿地总面积不断增加,但生态效益较高的自然绿地面积将会减少。

灰色-马尔科夫模型在桥梁运营状况预测中的应用

为了找到一种能够精确有效地预测桥梁运营状况的方法,提出一种基于灰色GM(1,1)理论模型并用马尔科夫链修正的灰色-马尔科夫预测模型.结合河北省某地区的159座桥梁数据对该方法进行应用检验,结果表明:灰色-马尔科夫模型预测数据的平均相对误差为-0.11%,相比灰色GM(1,1)理论模型预测数据的平均相对误差-0.34%,在精度上有了明显的提高,而且灰色-马尔科夫模型预测出的数据更加稳定.利用马尔科夫链优化过的灰色GM(1,1)理论模型预测出2017年至2019年该地区一类桥的数量分别为49座、39座以及34座.由此可知灰色-马尔科夫模型在已知的桥梁定期检查数据基础上可以提供较为精确的预测,相较于灰色GM(1,1)预测模型,该方法具有更高的精度和稳定性.

黑龙江省大庆地区景观动态变化及预测研究

基于大庆地区1978、1988、1992、1996、2001年5个时段的MSS和TM影像,获取20余年不同时期的土地利用景观变化信息,以GIS技术为数据集成分析平台,利用景观组分转移概率矩阵分析探讨了大庆地区23年来景观的动态变化;应用马尔可夫理论,对大庆地区未来几十年景观动态变化过程进行了模拟分析和定量预测。结果表明:草地不断退化,湿地大面积减少,沙化和盐碱化日趋严重;大庆地区2010年后景观类型变化的趋势是耕地、林地、盐碱地、沙地和建设用地在逐年增加,草地、湿地和水域逐年减少,这种变化将持续很长时间,直到相对稳定状态时,耕地占53.45%,林地5.89%,草地12.25%,湿地7.67%,盐碱地13.56%,沙地0.71%,水域1.01%,建设用地5.46%。

马尔可夫模型状态转移概率矩阵的快速计算方法

马尔可夫模型在系统可用性分析中,具有重要应用。马尔可夫模型求解系统可用性的关键,是分析系统可能状态,并且计算系统状态转移概率矩阵,提出了系统可能状态分析的新方法,进一步根据单元状态转移概率矩阵,提出了系统状态转移概率矩阵分析计算的新方法,所提出的方法,概念清晰,便于编程计算,可用于马尔可夫模型,计算系统可用性。