基于多目标灰色决策与CA的城市空间扩展系统的开发设计与应用研究

发布时间：2020-10-12 23:09

　　 本文首先针对城市驱动机制和城市扩展进行了综述分析,从邻域空间角度提出基于多目标灰色决策和CA相结合的城市空间扩展模型,然后将之编写成软件并进行实例验证。全文分三个部分:(1)模型构建。城市扩展模型建模通过CA与多目标灰色决策方法实现城市驱动因子与元胞邻域作用的紧密耦合,构建完整的城市扩展模型。(2)系统开发。首先采用UML可视化建模技术构建软件框架设计、界面设计和功能设计的详细方案,然后在Microsoft Visual Studio和GIS平台下对城市空间扩展系统开发实现。(3)实证研究。以成都市郫都区为系统测试实例,进行该城市扩展的模拟预测,并分析该区域城市扩展的趋势。本文得出以下结论:(1)本文提出的城市空间扩展模型的结合方式极大提高城市扩展控制因素驱动效果与真实影响效果的接近程度,最有效的体现城市真实情况下的驱动特征与扩张情景,消除驱动因子间的强相关性,增强模型在交替复杂环境系统下空间模拟分析能力。该模型实现在兼顾邻域效应及城市元胞自身随机特性条件下提取城市空间扩展的内在转换关系,克服城市驱动因子与城市CA耦合中不确定性而导致不确定预测结果的难题。从宏观和微观两方面建立城市空间扩展转换规则,极大提高了城市扩展模拟结果的精准程度。经过模拟验证,城市空间扩展模拟误差均小于5.27%,Kappa系数整体达到0.84,说明模型可较好捕捉城市内在转化机理。使用该方法对进一步挖掘土地类型转换之间的驱动原理及土地发展潜力研究具有重要价值。(2)开发设计的城市扩展系统软件,极大改善城市CA系统研发较为凌乱分散的开发局面,为推动集成开发成熟统一的CA软件提供一定借鉴,可成为理解城市演变现象的有力工具。同时弥补了GIS计算能力上的不足,为使用者提供方便稳定的空间模拟分析环境。利用集成开发的城市空间扩展系统对成都市郫都区进行模拟预测,结果合理,验证了系统的有效性,表明使用Microsoft Visual Studio和GIS二次开发平台环境研发城市扩展模拟系统是较好的选择。同时在开发过程中基于UML可视化建模语言提出城市扩展系统的设计方案,便于同行不同软件设计的交流。(3)以成都市郫都区为研究区/研究对象,进行了城市空间模拟预测与土地发展模式分析:即呈现集中连片的城市增长模式——“城市的集约式发展”模式,这种扩展模式符合可持续发展、生态城市化设计理论。并验证了城市扩展模型的可适性。模拟结果在一定程度上反映了城市扩张与演化的情景特性,尤其是城乡统筹地区的城市扩展走向与趋势规律,对政府制定有效的土地管理方针具有重要意义。
【学位单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P208
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究目的及意义
        1.2.1 理论意义
        1.2.2 实践意义
    1.3 城市扩展模型系统研究综述
        1.3.1 城市扩展模型系统的概述
        1.3.2 城市扩展模型系统的发展趋势
    1.4 技术路线
    1.5 研究内容和组织结构
2 理论基础和方法
    2.1 研究模式与研究方法
        2.1.1 城市扩展的动力机制
        2.1.2 城市扩展的特征模式
        2.1.3 多目标灰色决策方法
    2.2 城市扩展模拟系统的集成
        2.2.1 UML概论
        2.2.2 城市扩展模拟平台
        2.2.3 城市扩展模拟系统的集成方式
3 基于多目标灰色决策与CA城市空间扩展模型研究
    3.1 城市空间扩展模型的建模原理
        3.1.1 构建城市空间扩展模型的具体步骤
    3.2 城市空间扩展模型的构建
        3.2.1 城市空间扩展模型的组成
        3.2.2 城市空间扩展模型所需数据
        3.2.3 城市空间扩展模型的转换规则
4 城市空间扩展模拟系统的开发与设计
    4.1 系统开发环境配置
    4.2 系统的UML建模
        4.2.1 系统的功能模块总体设计
        4.2.2 系统静态模型的建立
        4.2.3 系统动态模型的建立
    4.3 系统功能模块详细开发
        4.3.1 地图的基本操作模块
        4.3.2 城市空间扩展功能模块
        4.3.3 结果分析模块
5 实例验证——城市扩展模拟系统在成都郫都区的实例应用研究
    5.1 研究区概况
        5.1.1 地理位置
        5.1.2 自然条件
        5.1.3 城市建设
    5.2 数据处理与分析
        5.2.1 数据来源
        5.2.2 数据预处理
        5.2.3 数据的提取
        5.2.4 研究区土地动态变化分析
    5.3 模拟预测与结果分析
        5.3.1 模拟具体流程及结果显示
        5.3.2 模型精度验证
        5.3.3 结果分析
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2838406