多层次矢量元胞自动机建模及土地利用变化模拟

城市规划对土地利用变化起着重要的引导作用,各层次规划相互支撑、互为补充,自上而下影响着土地利用格局的演变。矢量元胞自动机以不规则的地理实体作为基本单元,可以更逼真地表达客观复杂的城市用地空间结构。然而,当面向具有层次协同性、空间引导性和管控传导性等特征的城市规划时,其元胞多层次体系构造、层次间协同方法和转换规则获取等关键问题凸显出来。本文以江阴市2007年、2012年、2017年3期土地利用现状数据为基础,在多层次矢量元胞自动机建模基础上,模拟了2017年土地利用变化,通过模拟结果与用地现状对比分析,对模型个别参数进行了修正,进一步提高了模型的可行性与适用性,进而预测了2022年城市土地利用格局。模拟结果显示,中心城片区建设用地发展已经趋于饱和,澄南、澄东南和澄东片区建设用地扩张较为明显,有逐步形成"中心城区-城镇组团-村庄"三级城乡空间聚落体系的趋势。最后利用FoM指标对模拟结果进行了评价,得到整体和各片区的精度基本都大于或接近于0.21,表明模拟结果精度较高,其构建的模型在面向多层次规划的用地变化模拟方面具有更好的效果。

耦合约束动态地块分裂和矢量元胞自动机的城市扩张模拟

矢量元胞自动机模型(VCA)能精细地模拟城市土地利用变化,在VCA中引入合理的地块分裂规则更符合城市扩张高度破碎化的特点。由于地块破碎及其模拟实现的复杂性,目前已有研究尚未考虑地块的动态分裂。该文提出了一种对地块分裂进行约束的矢量元胞自动机模型(Constrained Dynamic Land Parcel Subdivision and Vectorbased Cellular Automata,CDLPS-VCA),通过形状、坡度、邻域来约束动态地块分裂过程,采用逻辑回归模型挖掘转换规则,并耦合矢量元胞自动机进行城市扩张模拟。该模型被应用于深圳市宝安区2009-2014年的城市扩张模拟,结果表明:与VCA和DLPS-VCA相比,CDLPS-VCA能获得最高的模拟精度(FoM=0.266,分别提高了0.046和0.020)和最相似的空间格局(al=86.08%,分别提高了11.30%和3.11%),说明在VCA中有机融合合理的地块分裂过程,能更精确地模拟土地利用变化;同时,基于模拟结果识别出了宝安中心组团、西部工业组团、西部高新组团3个城市发展热点区域。该方法能准确地模拟城市化进程,为城市土地利用监测和城市发展规划提供依据。

基于元胞自动机模型的新型二值图像压缩算法

不同于传统的去相关,去冗余的压缩方法,提出一种基于元胞自动机模型的二值图像压缩算法。该算法用遗传规划算法搜索出较优的元胞自动机规则后,对分块后的二值图像矢量进行元胞自动机变换,利用元胞自动机的变换状态多样性等特点,生成相邻矢量,将变换次数作为码本。实验表明:该算法经过4次以内的元胞自动机变换即可生成较优的相邻矢量,具有编码时间短、重建图像的质量好、压缩率高、适应性强等特点,并且与其它压缩算法结合性好。

矢量元胞自动机中的邻域影响力度量——以深圳市为例

基于矢量元胞自动机(cellular automata, CA),对深圳市城市土地利用变更模拟中的邻域影响力进行了讨论,选取矢量密度因子及矢量邻域索引构建邻域影响力函数。根据深圳市路网数据及相关参数权重,计算地块通达度及发展为居住或生产用地的适宜度,同时结合政府规划的土地利用分区状态进行土地利用变更的模拟。使用Kappa系数对模拟结果与实际数据的一致性进行评估,评估结果表明,邻域距离半径为50 m时结合邻域影响力函数能获得比较好的模拟结果。

矢量CA支持下的耕地补偿空间决策模型研究

研究目的:为实现耕地总量动态平衡,保障耕地资源的持续供给,本文探讨引入矢量CA支持下的耕地补偿空间决策模型用于耕地补偿决策的可行性。研究方法:GIS空间分析技术、实证分析法。研究结果:针对矢量数据处理的便捷与快速性质,提出基于矢量数据格式的元胞自动机支持下的耕地补偿决策模型,着重讨论了二维矢量元胞自动机的邻居模型和转换规则,指出元胞状态转换规则主要依赖于与邻居元胞的大小、距离、相邻边长度和相邻边分维指数、邻居影响力效果指数,在此基础上,研究了耕地补偿决策中的邻居影响力即转换规则。文章以海南省琼海市九曲江乡为例,计算不同参数控制下的多种耕地补偿决策方案,证明了该模型用于耕地补偿决策的可行性。

不规则元胞自动机空间邻域的研究进展

对已有的不规则CA(cellular automata)模型在土地用途变更中的邻域定义及邻域影响力计算方法进行了梳理及整理。首先简述了不规则CA中如何使用图模型进行计算优化,然后介绍了6种较为常用的邻域定义,如邻接邻域、严格拓扑邻域、邻近邻域、缓冲截断邻域、宽范围邻域和动态邻域等,并总结了邻域影响力计算方法,如距离影响力、占地比例影响力、动态邻域影响力、空间外部性等。最后探讨了不规则元胞自动机空间邻域未来可能面临的挑战。

多分辨率建模航空武器装备体系对抗效能评估

根据多分辨率建模的思想,分析航空武器装备体系对抗的特点,提出基于多分辨率建模的航空武器装备体系对抗效能评估模型框架,通过体系对抗过程物理特性的分析提炼数学描述方法,基于主动元建模技术建立从高分辨率实体仿真模型的仿真元模型,探讨了对仿真元模型进行基于马尔科夫链的串联聚合和基于元胞自动机的空间聚合方法,提出效能评估多维矢量空间指标体系,研究结果对我军航空武器装备效能评估以及作战论证都具有一定的指导意义和参考价值。

中国城市地区的识别:街区尺度的探索

作为评估城市发展的重要指标,城市地区被认为能够通过广泛可用的数据集来进行明确且便捷的识别并有助于规划决策和相关的城市研究。截至目前,识别城市地区的既有方法通常基于中分辨率的遥感数据集或空间中(如具有数平方千米的区块乃至更大的乡镇或行政区)低分辨率的社会经济信息(如人口密度)。然而,这些方法鲜少关注通过结合形态和功能特征来定义的具有高分辨率微观数据的大面积城市地区。故本文研究了一个自动化框架,用于在街区层面划定城市地区,使用逐渐可及的地形测量来生成各个区块(或地理单位)及广泛的兴趣点(POIs),从而推断出每个区块的密度。同时,本文基于矢量元胞自动机(VCA)模型,从所有生成的街廓中识别城市街廓,并将各街廓的密度、邻里条件与其他空间变异纳入考量。本文将这种方法用于绘制所有654个中国城市的城市地区,并将其与中分辨率遥感图像、人口密度和道路交叉口所反映的信息进行比较。与其他现有框架相比,本文提出的框架被证明更为简单、省时且精细。该架构主张定义城市地区的过程应具有一致性、高效性和可用性,同时应考虑城市中无所不在的空间和功能因素。

QCA电路仿真软件的可扩展性框架设计

为了克服QCA Designer在设计上的缺陷,提出了一个QCA电路仿真软件框架,并在此框架之上对"双稳态"和"相干矢量"算法进行了重新实现.为了验证该框架的可扩展性,利用该框架实现了一个QCA电路功耗分析算法.

交通驱动下微观地块尺度的城市土地利用变化模拟——以深圳市为例

城市交通作为土地利用空间格局变化的重要驱动因素,在城市发展模拟研究中值得重视。如何有效挖掘城市交通因素并引入地块尺度城市土地利用模拟成为重要议题。本文提出一套基于矢量元胞自动机考虑交通因素的城市土地利用变化模拟框架(T-VCA)。该框架综合交通流、信息流、经济流等数据量化城市连通性因子,基于路网数据有效量化交通可达性因子,将其引入矢量元胞自动机模型,能够有效模拟微观地块尺度下的城市土地利用变化。以深圳市为研究区,本研究所提出的T-VCA模型模拟精度最高(FoM=0.266),相较于最新的基于随机森林的矢量元胞自动机(RF-VCA)模型模拟精度提高了11.05%,景观指数相似度高达96.00%,表明考虑交通因素可以有效提高城市发展模拟精度。T-VCA模型较仅考虑城市连通性的矢量元胞自动机(C-VCA)模型和仅考虑交通可达性的矢量元胞自动机(A-VCA)模型精度分别提高2.67%和3.75%,表明城市连通性因素适用于挖掘新兴城区和远郊区的土地利用转化规则,而城市交通可达性因素适用于挖掘发展成熟的中心城区的土地利用转化规则。本研究可为城市规划人员在城市交通和土地利用管理方面提供参考。