基於矢量元胞自動機和多主體的區域LUCC建模與模擬

《基於矢量元胞自動機和多主體的區域LUCC建模與模擬》是依託南京師範大學，由曹敏擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於矢量元胞自動機和多主體的區域LUCC建模與模擬
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：曹敏
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

土地利用變化模型不僅能模擬不同時期土地覆被在數量上的變化，還能反映出這種變化在空間上的分布情況。初步研究顯示，元胞自動機和多主體建模已經成為模擬土地利用變化的重要方法。本課題針對柵格元胞自動機的形狀規則一致以及與多主體的數據匹配問題，以景觀生態學、地統計學、複雜性科學的原理為理論基礎，結合人工神經網路、遺傳算法、蟻群算法等群智慧型最佳化方法，採用微觀與巨觀分析相結合、定性與定量分析相結合、模型與原型分析相結合的手段，以自下而上的建模思想，研究矢量元胞自動機和多主體建模原理與方法，解決VCA-Agent行為規則智慧型挖掘、面向GIS空間分析的VCA-Agent行為過程模型構建等關鍵技術問題，構建基於矢量元胞自動機和多主體的區域土地利用變化模型。課題擬取位於長江口北岸的啟東市為研究案例地區，實現基於矢量元胞自動機和多主體的土地利用變化建模與模擬，豐富土地利用科學的理論與方法。

結題摘要

元胞自動機和多主體建模已經成為模擬土地利用動態變化的重要方法。本課題針對柵格元胞自動機的形狀規則一致以及多主體的數據匹配問題，結合蜂群智慧型最佳化方法，採用微觀與巨觀分析相結合、定性與定量分析相結合、模型與原型分析相結合的手段，以自下而上的建模思想，研究矢量元胞自動機建模原理與方法，研究基於矢量元胞自動機和多主體的土地利用變化建模，豐富土地利用科學的理論與方法。本課題主要結論如下： （1）在分析標準元胞自動機的元胞、元胞空間、轉換規則、鄰居關係的四個組成部分的基礎上，對比分析柵格-矢量元胞自動機在數據結構、元胞定義、鄰居劃分和轉換規則四個方面的差異性。研究認為：兩者最根本的差異是由於各自所用數據的數據結構不同而產生的。 （2）使用Model Builder構建一種矢量元胞自動機模型，並用來模擬啟東市2002-2007年土地利用演化過程，所構建的矢量元胞模型能較好地模擬土地利用演化過程，模擬結果精度較高。研究認為：Model Builder是構建矢量元胞自動機模型的方法之一。 （3）採用基於拓撲的鄰居元胞劃分方式，套用蜂群智慧型算法智慧型挖掘矢量CA的轉換規則，構建基於蜂群算法的矢量元胞自動機模型（ABC-VCA），並以啟東城區2002-2007年城市用地擴展過程模擬為研究案例，實現ABC-VCA模型的原型系統，並進行模型精度驗證分析。研究認為：人工蜂群算法可以有效地智慧型挖掘矢量元胞自動機的轉換規則，ABC-VCA模型的模擬精度較高。 （4）採用基於促進關係的拓展型鄰居元胞劃分，構建了VecCA矢量元胞自動機模型。並以啟東市城區為研究區域，實現模型的原型系統，實現啟東城區2002-2007年城市用地擴展過程模擬，並進行模型精度驗證分析。研究認為：基於促進關係的拓展型鄰居元胞劃分方式，提高了矢量元胞鄰居劃分的效率和合理性，VecCA模型可以改變矢量元胞的幾何形狀，具有較高的模擬精度。 （5）採用Agent-based model建模方法，使用ArcGIS的擴展模組Agent Analyst工具，分析Agent類型、狀態和行為過程，實現啟東市城區2002-2007年城市擴展變化模擬。研究認為：Agent Analyst既發揮了Agent 模型優勢模擬地理系統中大量微觀主體的局部相互作用來表現巨觀空間結構的自組織過程，也充分發揮了GIS的空間表現和空間分析能力。