地理模拟优化系统GeoSOS软件构建与应用

在提出的地理模拟优化系统概念的基础上,进一步构建了整合的软件系统GeoSOS,以解决地理信息系统(GIS)目前在对过程分析存在功能不足的难题。作为GIS的重要扩展,该系统由3个重要模块组成:地理元胞自动机(CA)、多智能体系统(MAS)和生物智能(SI)。地理元胞自动机模块包含了常用的CA模型,包括MCE-CA,Logistic-CA,ANN-CA,Decision-tree CA等,为用户提供了一种选择最佳模拟模型的方便环境。GeoSOS能根据训练数据,自动获取最佳的模型参数。该系统还将MAS和SI引进模型中,提高了对复杂地理过程进行分析的能力。另一特色是具备了将模拟和优化耦合的能力,由此能大大改善模拟优化的结果,为复杂的资源环境模拟和优化提供了强有力的过程分析工具。

地理模拟优化系统(GeoSOS)及其在地理国情分析中的应用

第一次全国地理国情普查工作已基本完成,需要对所获取的地理国情监测数据进行空间统计分析,以得到地理国情的时空分布模式、演变规律及发展趋势,形成地理国情信息和知识。地理国情监测生成的基础数据源,可用于土地资源集约利用、城乡及城市群协调发展、生态环境保护等问题的空间智能决策分析,但目前有效的模拟分析工具还比较缺乏。笔者提出的地理模拟优化系统(GeoSOS)理论框架,耦合了地理过程模拟预测和空间优化,为上述研究提供了有利的理论支持和实用工具。为进一步方便与GIS进行无缝的链接,本文提出了基于ArcGIS插件的GeoSOS以方便进行高效的地理模拟分析。并以快速城市化地区的城市扩张与生态保护研究为例,通过在地理国情信息分析中的应用,得到了一些重要的发现。模拟结果显示,按照现在的发展趋势,广东省优化开发区域在2020年其土地开发强度将超出规定的约束指标,并发现各区域均存在大量城乡建设用地占用生态保护压力等级高和较高地块的现象,而基于土地开发强度和生态保护双重约束的城镇化扩张能够在满足约束指标的同时获得更紧凑的景观格局。表明GeoSOS及其ArcGIS插件可以成为地理国情信息分析的有利工具,并给出了今后需解决的问题和发展方向。

基于耦合的地理模拟优化系统

尽管GIS在涉及空间信息的许多学科和行业有广泛的应用,但其在对过程进行模拟和优化方面存在严重的功能不足。本文提出地理模拟优化系统GeoSOS的概念与实现方法。进一步建立了GeoSOS1.0的模拟优化平台,作为GIS的重要补充工具。包含了三个重要部分:地理元胞自动机(CA)、多智能体系统(MAS)、生物智能(SI)。其核心内容就是根据微观个体的相互作用,达到模拟和优化的目的。根据Tobler地理学的第一定律,提出了GeoSOS的统一的相互作用规则。GeoSOS具备将模拟和优化耦合起来的功能。将动态模拟模型与空间优化模型耦合起来,使得优化的方案具有一定的前瞻性。对比实验结果发现,耦合模型产生的效用值比非耦合模型分别高出4.3%(点状优化)和4.1%(线状优化),表明GeoSOS能够改善优化的结果。

地理模拟优化系统(Geo SOS)在城市群开发边界识别中的应用

城镇化是一种复杂的地理时空演变过程,如何利用地理过程机制分析未来城市增长情景是实施科学空间规划的基础。针对复杂地理过程分析,我们在国际上较早提出了地理模拟优化系统( Geographical Simulation andOptimization Systems,GeoSOS)理论并构建了相应的技术解决方案。目前,统筹谋划城市、农业和生态三类空间并协调好城市开发边界与永久基本农田和生态保护红线的空间关系,是自然资源监管的核心工作内容之一。城市群作为今后我国城镇化推进过程中一种高级空间组织形式,研究和探索城市群开发边界的识别更是一项重要的规划科学命题。本文以长株潭城市群为例,阐述了GeoSOS 理论及其模型方法在城市群开发边界识别中的应用效果。研究表明,GeoSOS 是认知地理过程机制的有效理论和工具,可以为城市群开发边界识别提供重要的技术实现途径。然而针对复杂人地关系调控,今后GeoSOS 还需进一步改善,发展多尺度协同与多主题融合的精细化模型。

基于地理模拟优化系统的赞皇县用地演变模拟试验

以河北赞皇县"多规合一"试点项目为工作背景,利用地理模拟优化系统,基于ANN-CA转换规则对赞皇各类用地相互转化过程进行模拟试验,获取控制性参数,为未来赞皇国土空间规划提供决策依据。

耦合地理模拟与优化的城镇开发边界划定

研究目的:城镇开发边界划定是典型耦合空间模拟和优化的复杂地理问题,当前划定方法的科学性和系统性还有待加强,引入地理模拟优化系统理论以期提供更好的辅助规划成果。研究方法:在回顾城镇开发边界相关概念及划定方法的基础上,提出基于地理模拟优化系统(GeoSOS)的城镇开发边界划定方法,并以珠江三角洲重点优化开发区域为例对城镇开发边界进行了划定。研究结果:基于GeoSOS的多目标空间优化方法界定了研究区的生态、农业和城镇空间,并通过城镇扩展数量和农业生态双重约束的CA模型预测未来城镇扩展格局,最终利用形态学方法划定城镇开发边界。研究结论:基于GeoSOS的划定方法能够优化这三类空间,并基于底线约束预测未来规划期的城镇扩展格局,从而划定城镇开发边界,为划定实践工作提供科学依据和有利支撑。

基于地理信息系统的配电网优化设计

配电网优化是当前电力系统规划的研究热点,为了获得更加合理的配电网优化方案,提出一种基于地理信息系统的配电网优化方法。首先对当前配电网优化研究现状进行了分析,并针对配电网特点构建了配电网优化数学模型;然后采用粒子群算法对配电网优化数学模型进行了求解,并与地理信息系统结合得到了配电网优化的最优结果;最后采用仿真模拟实验对其性能进行了测试。结果表明,此方法可以准确找到最优配电网优化方案,且方案更加科学和合理,为复杂配电网提供了一种新的优化工具。

基于耦合地理模拟优化系统GeoSOS的农田保护区预警

依据农田保护区规划与城市发展模拟相耦合的新思路,开展农田保护区预警研究。以广东番禺为实验区,首先利用基于多智能体的空间优化配置模型(AgentLA)自动生成农田保护区范围。AgentLA模型能避免产生分散、破碎的空间格局,有利于保护区的管理和维护。通过地理模拟优化系统GeoSOS中的神经网络CA模型对研究区2025年的城市发展格局进行三个情景的模拟:低速增长情景、基准情景和高速增长情景。最后利用GIS空间分析方法将预测结果与农田保护区相结合,提取农田保护与城市扩张产生冲突的区域。总体上,冲突的严重程度随着空间上城市扩张强度的增大而加剧,高速增长情景中冲突区域的面积较大。冲突区域的存在一方面说明了农田保护区需要相应的法律、法规支持,否则可能会因城市扩张而被侵占;另一方面也反映了农田保护与地区发展之间的冲突。因此,可以根据所提取的冲突区域面积大小、空间位置等特征,采取某种形式补偿,以此取得农田保护与地方利益之间的平衡。

地理模拟优化系统GeoSOS及前沿研究

提出地理模拟优化系统(GeoSOS)的概念、研究内容和实现方法,以提供一种十分有效的地理过程分析和空间探索的工具。地理模拟优化系统的理论基础涉及复杂系统理论、地理信息科学、计算机科学、地理学等。所提出的地理模拟优化系统由3个子模块构成:元胞自动机模拟子系统、多智能体模拟子系统和基于生物智能的优化子系统。建立地理模拟优化系统可以为复杂资源环境及变化提供一种有效的模拟和优化工具,弥补目前GIS对过程分析功能的严重不足。

GeoSOS在城市扩展中的应用

城市扩展是一个复杂的时空转换过程,元胞自动机(CA)是一种时空离散、状态简洁,利用简单的局部规则来模拟复杂系统时空演化过程的格网动力模型,CA在城市增长、扩展和土地利用演化的模拟等方面有着巨大的优势。本文基于Geo SOS for Arc GIS平台,分别利用Logistic-CA、ANN-CA和DT-CA这3种模型对长春市主城区1995—2005年、2005—2015年的城市扩展情况进行了模拟,结果表明Logistic-CA、DT-CA两种模型更适用于研究单一土地利用类型的模拟,ANN-CA更适用于涉及多种土地利用类型转换的模拟。而后,利用综合表现最佳的DT-CA模型对长春市主城区2015—2025年的城市扩展进行预测,模拟结果可为相关部门对土地规划的宏观决策提供一定的参考和数据支持。

农林生态经济系统结构优化决策支持系统研究

将地理信息系统技术作为平台 ,研究和设计了流域农林生态经济系统结构优化空间决策支持系统 ,该系统以遥感数据为基础 ,集成了水库营养盐负荷 -浓度响应关系模型、农业非点源污染模拟模型和农林土地利用优化配置模型等 ,集成后模型与 GIS在结构上联结成为一个系统 ,该系统具有完整的界面 ,用户可以同时在不同功能模块之间随意切换 。

地下水三维数值模拟及其优化开采

通过总结地下水三维数值模拟及其优化开采的研究方法,本文建立了地下水概念模型、数学模型、三维数值模拟模型和优化模型的耦合模型,最后提出了联合运用地理信息系统软件ArcView、地下水模拟软件FEFLOW和最优化软件Lindo或Lingo的实现方案。

城镇排水管网设计模式系统观

针对现阶段排水管网系统面临的问题(如内涝、合流制溢流、雨水径流污染等),从系统工程角度对现行的排水管网设计模式进行了评述,提出了包括排水管道系统布局优化模型、排水管道参数优化设计模型、基于非恒定流模拟技术的排水管网设计方案系统分析模式和以风险为目标的排水管网设计方案评价模式的排水管网系统设计新模式。

基于Web的GIS/CCSODS/ES系统设计与实现

文章主要介绍了基于Web的GIS/CCSODS/ES系统的设计、结构、功能与实现。该系统是一套依托PAID平台,基于WebGIS下运行的具有农业生产智能决策、模拟模型预测功能,以及农业基础资源可视化空间查询功能的信息系统。系统具备智能化、数字化、网络化以及集成性、拟合性、实用性6大技术特点。

基于ANN＿CA模型的安徽省淮北市土地利用变化模拟

以安徽省淮北市为研究区,选取2005年、2010年、2015年土地利用数据,基于GIS、GeoSOS for ArcGIS平台,探究2005-2015两个时段土地利用变化及转化方向,并使用ANN_CA模型对研究区2015年的土地利用空间布局进行模拟。结果表明:1)淮北市土地利用以耕地为主,占研究区61%。2005-2010,耕地转变为建设用地面积为29.68km^2;水域流出量为3.14km^2,转向建设用地;水域流入量为5.21km^2,来自耕地。其他土地利用类型转化不明显。2010-2015,耕地转变为建设用地面积为45.33km^2,草地向耕地和林地转移14.22km^2、10.47km^2。水域转为耕地和建设用地面积为10.76km^2、8.36km^2。2)运用ANN_CA模型进行模拟,模拟结果总体精度为78.46%,满足预期目标。

“三规合一”服务的空间信息技术:地理模拟与优化

中国的国民经济和社会发展规划、土地利用总体规划以及城乡规划都是法定规划,但由于规划主体、技术标准和编制办法、实施手段和监督机制等的不同,导致"三规分离"、各个规划之间相互冲突的问题较为突出。虽然国家为了消除冲突,正在开展"三规合一"的有关工作,但缺乏有关技术手段的支持。本文以地理信息科学为出发点,对地理过程建模在国内外研究中的应用进行了总结,阐述了地理模拟与优化的框架体系可以成为目前中国正在进行的"三规合一"工作的重要理论和方法支撑。

基于SWMM模型的郑州市运粮河组团区内涝研究

针对以内涝为主要特征的城市洪水问题日趋突出,所造成危害日趋严重的现象,构建了基于地理信息系统(ArcGIS)的城市雨洪模型(SWMM)。以郑州市运粮河组团区为例,模拟分析了不同重现期降雨下规划区域的内涝情况,并选取具有代表性的易涝点进行优化分析。结果表明,该模型的计算结果可以为排水系统设计标准校核及优化设计方案提供一定的技术支持。

“5S”技术在数字农业中的应用浅谈

在科学技术高速发展的今天,数字农业已得到了迅猛的发展。阐述了数字农业的涵义、"5S"技术的内容及特点,概述了"5S"技术在数字农业中的应用,为"5S"技术在数字农业上的进一步应用提供了参考。

燃气管网分析系统的开发

结合AutoCAD的相关控件功能,开发出一套燃气管网分析系统。该系统具有自动读取GIS信息,可对AutoCAD格式文件灵活操作等特点,实现对燃气管网进行输配模拟和优化设计方面的计算分析。