基于空间模型和CA的城市用地扩展模拟研究——以大庆市为例

基于ArcGIS空间分析建模工具,将城市发展适宜性模块、邻域影响模块、约束影响模块、随机影响模块进行集成,实现CA模型的构建,并以大庆市为例对城市建设用地未来发展进行模拟。研究认为:(1)将GIS空间分析和CA模型集成,模型结构清晰,避免二次程序开发;(2)根据大庆市特点,考虑资源开发因素对城市发展的影响和人口增长对随机因素的影响;(3)大庆市2015、2020年城市面积将继续扩展,城市重心将明显向北移动,并具有向东移动的趋势。

基于CA模型的城市空间扩展模拟预测——以锦葫沿海地区为例

基于3S技术和Landsat TM遥感图像,解译得到1990年9月、2000年6月和2010年9月的锦葫沿海地区城市用地分布图。采用时空动态约束的城市元胞自动机(celluar automata,CA)模型,对锦葫沿海地区2020年的城市空间形态进行模拟。该模型采用了多时段动态的转换规则,即利用转移概率矩阵基于多时段基础数据预测增加的城市用地总量,作为城市CA模型的约束条件,并利用Logistic回归技术对CA的转换规则进行校正。分析计算了模拟结果的景观格局指数,分析得知:1990年9月—2010年9月间,城市用地形状不断复杂化,破碎化程度加重;2010年9月—2020年9月间,城市用地形状规则化,破碎化的程度趋于缓解;1990年9月—2020年9月间,城市用地的平均斑块大小基本呈增大趋势,最大用地斑块的影响程度逐年加大,城市用地斑块的聚集程度加速增长;锦葫沿海城市的地理空间正逐步拉近,伴随着锦葫地区交通运输条件的改善,锦葫空间一体化发展将成为一种必然的趋势。

基于CA模型的城市空间规划研究综述

CA模型是一种"自下而上"的具有时空计算特征的时间、空间、状态都离散的非线性动力学模型,具有模拟复杂系统时空动态演化过程的能力,常用于自组织系统演变过程的模拟研究。自产生以来,被广泛地应用到社会、经济、军事和科学研究的各个领域。本文在综合分析CA模型基本原理和特点的基础上,对CA模型在城市空间规划相关领域的应用进行了分类研究,包括城市土地利用演变、交通流、生态系统演化、景观格局演变、城市灾害和人流疏散等仿真模拟等。

基于CA复合模型的城市空间演变研究

介绍了元胞自动机(CA)模型、马尔柯夫(MARKOV)和层次分析(AHP)的概念和原理,在分析城市空间演化过程和模型特点的基础上,对标准CA模型进行扩展,构造出CA-MARKOV-AHP复合模型。在G IS和基础地理信息数据库的支持下,对广东江门城市空间的演变进行模拟和预测。

基于CA模型的城镇空间扩展预测——以昆明市为例

城市空间扩展一直以来都受到多重因素的影响。文章以昆明市主城区为例,利用CA模型分别从单一坡度因子以及经济、人口、坡向、坡度等多因子两个方面分析昆明市主城区历年的土地利用数据,探讨城镇空间扩展模型建立所存在的问题,并提出解决办法。

城市规划CA模型及其应用

基于CA模型,从城市规划角度,通过引入控制性详细规划层,将整个城市空间划分为不同组团片区,构建了自下而上和自上而下相结合的城市规划CA模型(UPCA),并以长沙市为例进行实证研究。结果表明:该模型简化了传统CA城市模拟模型的数据量,提高了模型的模拟精度,并增强了模型的规划决策功能,使模型具备一定的社会经济分析能力。

CA-AR模型在人口增长模拟中的应用

文章结合人口变化的空间和属性两个基本特征,充分利用CA和AR模型的优点,构建了用于模拟人口增长的CA-AR模型。对成都市主城区作实证研究,以1991年～2004年的人口统计数据为基础估计模型参数,并用2005年的人口数据对模型进行检验。结果表明,此模型较好地解决了在人口增长模拟中人口数量的时间序列变化和空间相互影响相结合的问题,使人口增长模拟更符合实际情况,预测精度较高,为城市规划、城市土地利用规划等提供了科学的参考依据。

复杂性科学理论与区域空间演化模拟研究

针对传统上两类模拟区域空间演化的模型策略 ,着重讨论了它们的建模思想和手段 ,在此基础上介绍了复杂性 (Complexity)研究的重要成果———复杂适应系统 (CAS)理论的基本概念以及CAS模型的思想 ,探讨了区域作为复杂适应系统的一般特征 。

佛山市城乡非建设用地空间演变及模拟研究

城乡非建设用地概念的提出是快速城市化地区发展面临巨大资源与环境挑战的一种空间响应。以珠江三角洲地区佛山市为例,在GIS和RS等空间分析方法和数学模型的支撑下,系统地从数量结构、变化速度、空间分异、空间形态和空间模式等方面描述了佛山市城乡非建设用地空间演变特征。2008年佛山市城乡非建设用地面积比1990年减少985.67 km2,减少幅度达28.18%。佛山市综合土地利用类型的动态度呈现出先递减后增加的趋势,其中1990—1995最大,达到2.36%。并基于CA模型模拟预测了2020年佛山市建设用地的规模达到1515.23 km2,发现远超过同时期规划控制的规模。需要尽快构建一套城乡非建设用地技术理性的规划方法和政策理性的管理措施,来应对建设用地无序地蔓延。

东莨菪碱慢性给药大鼠作为老龄相关记忆损害模型的探索

目的对东莨菪碱慢性给药大鼠能否作为老龄相关记忆损害模型进行探索。方法14只1月龄SD大鼠随机分为对照组和东莨菪碱模型组。东莨菪碱模型组大鼠皮下注射东莨菪碱2mg kg,2次日,正常对照组予等量生理盐水,连续21d。然后利用Morris水迷宫(MWM)参照记忆试验进行行为学测试;神经元的特殊染色及电子显微镜技术,观察大鼠海马CA1、CA3区锥体细胞数、超微结构的改变以及突触可塑性变化。结果东莨菪碱组大鼠隐匿平台搜索实验成绩有一定损害;两组大鼠空间探索次数差异无显著性(P>0.05)。两组间海马CA1、CA3区锥体细胞数差异无显著性(P>0.05)。两组大鼠锥体细胞胞体超微结构无差异,但两组大鼠CA1区神经元突触超微结构有轻微变化。结论东莨菪碱慢性给药对大鼠学习记忆能力有一定损害,但对长时记忆无明显影响;对海马神经元结构无明显损害,对神经元突触可塑性有轻微影响。此种动物模型可能不是理想的老年性痴呆或老年相关记忆损害模型。

武汉市城市空间形态演变研究

概述了武汉市城市空间形态演变的基本过程,从用地变迁、CA模拟、形态测度三个方面进行了定量化研究,运用GIS技术进行用地、人口空间分布数据的建库和可视化表现,运用CA模型对四个主要历史时期主城空间增长过程进行了模拟,运用数理统计方法对城市空间形态进行了测度评价,分析了空间增长的基本规律和存在的问题。

浅论CA模型与区域空间研究

地理学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用和关系 ,及其时空规律的科学。区域地理学一直是地理学的重要分支。本文简要指出了区域科学的研究趋势逐渐由静态的、均衡的方式向动态演化的方式转变 ,并开始应用复杂科学的理论和方法来研究和分析区域问题 ,从而形成复杂区域科学研究阶段。在简单介绍了复杂科学理论知识的基础上 ,详细综述了复杂科学的研究方法之一的CA模型及其特征 ,国内外运用CA模型对城市—区域空间动态模型研究的现状与进展 ,以及未来复杂区域科学发展的趋势。

顾及存量更新与增量发展不均速率的城市空间增长模拟研究

我国大多数城市正处于从增量规划向存量规划转型的过渡阶段,存量规划的实施仍需以增量规划为基础,二者之间相辅相成、协同发展。值此转型阶段,新的国土空间规划体系强调了规划的层级传导,从宏观到微观,渐近式地引导和约束着城市的发展方向。本文依据存量更新与增量发展的时空增减更替变化规律,分别进行参数控制以实现二者指标的调整和面积分配,将其纳入到多层次矢量元胞自动机(Vector Cellular Automata,VCA)模型中,以此实现顾及“存量更新-增量发展”的城市空间增长多层次矢量CA模拟,并将其应用于存量规划背景下的江阴市2027年多情景用地增长预测与分析。研究结论如下:(1)多层次VCA通过不同层次间驱动力自上而下差异性分解与自下而上协同性传递的方式,既完成了上层管控的指标落实,又实现了用地模拟的精细化控制;(2)多层次VCA给予不同片区差异化的速度参数,充分顾及到了驱动因子与用地分布的空间异质性,其整体FoM达到了24.6%,精度相比单层次VCA高2.5%;局部细节特征上,多层次VCA对不同用地类型的错分情况以及对水域等禁建区的侵占情况要比单层次的模拟结果少,且对条状地块的模拟效果更好;(3)在“底线管控-分层管控-指标管控”层次约束下,随着存量更新速度的提高,不同情景下预测的新增建设用地的扩张情况均保持在规划控制的范围之内,且集中在澄西、澄南和澄东南3个片区,这与规划划定的增长边界和用地布局结构相吻合;(4)不同情景下存量用地更新方向以工业用地为主导,乡村建设用地次之,情景二中(d)和(e)的模拟结果中,工业更新趋于饱和,整体实现均衡增长,可作为未来江阴市用地格局发展的主要参考。

生态视角下的城市增长边界划定方法——以杭州市为例

以生境恶化和土地资源供需平衡两大现实问题为背景,针对当前城市增长边界划定方法存在的误区,在分析GIA与约束性CA模型的基础上,构建了生态视角下的GIA-CA空间模型。该模型将生态保护的传统被动防御转变为主动控制的模式,以城市存量土地"质"的生态分级和"量"的有限供给作为空间增长模拟的宏观约束条件,从而划定城市增长边界,达到控制城市蔓延和引导城市在适宜发展区域增长的目标。最后,杭州的实证研究证明,以GIA-CA模型划定城市增长边界能够破解当前城市蔓延相关问题,从而保障了健康城镇化的顺利进行。

利用约束性CA重建历史时期耕地空间格局——以江苏省为例

历史时期耕地空间格局重建是土地利用/土地覆被变化研究(LUCC)的重要组成部分,受到了国内外学术界的广泛关注。已有研究多采用基于总量进行空间分配的方法。考虑到耕地连续性分布及相关空间约束特点,基于约束性元胞自动机提出重建历史时期空间格局的方法,给出了模型建立、参数识别和结果验证的方法,结合数据可获得性,以江苏省为例进行了模型应用。通过与空间分配方法进行对比,结果表明该方法能较为客观地反映历史时期耕地空间格局的演变过程,可为历史耕地研究提供新的方法借鉴。

城市增长时空系统动态学模拟研究

将Forrester城市动态学与元胞自动机相结合,建立了城市增长的时空动态模拟模型,采用美国Vermont大学生态经济研究所开发的空间建模环境(SME),对北京城市增长进行了模拟研究.研究表明,综合了各种自然物理和社会经济变量与规则的离散时空系统动态学模拟模型,是探讨城市增长复杂性管理的有效手段.

顾及人口流动交互的城镇景观动态模拟

针对现有城镇空间增长动态过程模型多基于层级中心地理论和空间集聚效应原理,以反映单体城镇的建设用地蔓延式空间扩张为主体,不能满足我国新型城镇化战略的现状,提出了人口与土地协同城镇化的多中心城镇网络化空间增长过程分析建模的需求,研究人口-土地协同城镇化的城镇多中心空间增长格局情景模拟技术,建立基于人口迁移网络分析的城镇空间发展模拟模型。并以鄂州市为例开展实例研究,结果表明,鄂州市城镇建设用地持续增长,特别是新型的人口集聚区内城镇建设用地增长显著,城镇空间结构多中心化发展趋势明显。通过与逻辑斯蒂元胞自动机模型(Logisitic CA)模拟结果对比分析表明,顾及人口迁移驱动的城镇扩张模拟方法克服了传统CA模型难以模拟和发现新的增长中心的不足,适合多中心城镇发展格局的预测模拟。