基于CA模型的城市用地扩张模拟研究

发布时间：2016-10-27 09:10

  本文关键词：基于神经网络的单元自动机CA及真实和忧化的城市模拟，由笔耕文化传播整理发布。

《华中农业大学》 2010年

基于CA模型的城市用地扩张模拟研究

郑占  

【摘要】： 我国正处于城市化高速发展阶段,社会经济发展导致城市用地急剧扩张,从而激化人地矛盾。作为人均土地资源稀缺的国家,必须科学合理配置城市土地,控制城市规模,实现城市的可持续发展。城市用地扩张具有开放性、非线性、不确定性和动态性等特征,传统方法难以真实准确的描述城市用地数量和空间上的变化。元胞自动机由于其“自下而上”的动态演化能力,逐渐成为城市用地扩张研究的热点。元胞自动机与GIS等技术方法相结合,可以有效的模拟城市用地的时空变化过程,弥补传统方法的不足,为城市规划工作提供参考依据。 本文首先阐述元胞自动机和马尔科夫模型基本理论及其在城市用地扩张研究中的扩展。然后使用土地利用动态度、地形分布优势指数和土地利用状态转移矩阵分析城市用地扩张的特征,分析地形因素和交通因素对城市用地布局的影响。在上述分析结论的基础上,通过若干约束条件对Markov模型生成的元胞转换规则进行修正,提高元胞自动机模拟精度。以武汉市中心城区为研究区域,综合运用Erdas、Arcgis和Idrisi Andes处理数据和分析评价各种因素影响,得到城市用地扩张特征,以此特征为主要依据,对元胞转换规则进行修正。通过真实现状数据检验元胞自动机模型合理性,并校正模型时间参数。使用Markov模型预测城市用地数量变化,同时用元胞自动机模型对未来城市用地扩张进行空间布局模拟。 研究结果表明,转换规则进行修正后,元胞自动机模型可以较准确的预测城市用地扩张的数量变化和空间布局变化,对城市规划工作具有指导意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：F293.2
【目录】：

摘要8-9

ABSTRACT9-10

1 绪论10-17

1.1 选题的背景和研究意义10-11

1.2 国内外相关研究进展11-14

1.2.1 国内相关研究进展11-13

1.2.2 国外相关研究进展13-14

1.2.3 国内外研究总结14

1.3 研究内容与目的14-15

1.3.1 研究目的14

1.3.2 主要研究内容14-15

1.4 研究方法与技术路线15-16

1.4.1 研究方法15

1.4.2 技术路线15-16

1.5 可能的创新点16-17

2 相关研究理论基础17-27

2.1 元胞自动机的概念17-18

2.2 元胞自动机的构成18-21

2.2.1 元胞及元胞空间18-19

2.2.2 元胞状态19

2.2.3 邻域19-20

2.2.4 转换规则20

2.2.5 时间20-21

2.3 元胞自动机的特征21-22

2.3.1 元胞自动机的一般特征21-22

2.3.2 元胞自动机的本质特征22

2.4 元胞自动机应用中需解决的难题22-24

2.5 元胞自动机在城市用地扩张研究中的可行性及合理性24-25

2.6 马尔可夫模型概述25-27

3 城市用地扩张分析与模拟27-39

3.1 城市用地扩张研究概述27-30

3.1.1 城市用地扩张概念27

3.1.2 城市用地扩张研究方法27-29

3.1.3 城市用地扩张影响因素分析29-30

3.2 城市用地扩张分析30-35

3.2.1 城市用地扩张统计分析30-31

3.2.2 城市用地扩张数量预测31-32

3.2.3 城市用地扩张的地形因素分析32-34

3.2.4 城市用地扩张的交通因素分析34-35

3.3 元胞自动机模型的扩展35-36

3.3.1 元胞及元胞空间的定义35

3.3.2 元胞状态集的选取35

3.3.3 元胞转换规则的扩展35

3.3.4 模型时间参数校正35-36

3.4 元胞自动机模型与GIS集成36

3.5 城市用地扩张模拟研究36-39

3.5.1 地形和交通因素作用标准化36-37

3.5.2 其他修正转换规则的约束条件37-38

3.5.3 城市用地扩张模拟38-39

4 基于CA模型的城市用地扩张实证研究39-60

4.1 武汉市概况39-40

4.1.1 研究区自然条件39

4.1.2 研究区社会经济条件39-40

4.2 数据来源与数据处理40-44

4.2.1 数据来源40

4.2.2 数据处理40-44

4.3 研究区城市用地扩张分析44-53

4.3.1 研究区城市用地扩张数量分析44-45

4.3.2 研究区城市用地扩张转换分析45-47

4.3.3 研究区城市用地扩张的地形因素作用分析47-50

4.3.4 研究区城市用地扩张的交通因素作用分析50-53

4.4 研究区城市用地模拟53-58

4.4.1 元胞及元胞空间53

4.4.2 元胞状态53

4.4.3 邻域空间53

4.4.4 转换规则53-56

4.4.5 时间参数56

4.4.6 基于CA的城市用地扩张模拟56-58

4.5 模拟结果分析58-60

5 研究总结及讨论60-63

5.1 研究总结60-61

5.2 讨论61-63

5.2.1 研究中存在的不足61

5.2.2 后续研究展望61-63

参考文献63-68

研究生期间发表的论文68-69

致谢69

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【参考文献】

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  本文关键词：基于神经网络的单元自动机CA及真实和忧化的城市模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：155007