基于多智能体与元胞自动机的城市生态用地演变研究

论文摘要

城市化快速进程在土地利用上主要表现为土地利用土地覆盖的快速变化。对保持良好生态环境质量、维持区域生态平衡直接有益的土地,即生态用地因为建设用地的扩张而退化。中国现在以及未来一定时间内都还将继续处于城市化高速发展的阶段,研究城市生态用地演变规律无论对环境还是规划决策都具有重要的理论和实践意义。本文采用元胞自动机与多智能体相结合的方法探索城市生态用地演变规律。元胞自动机部分采用了Logistic回归的方法,利用历史数据挖掘几个空间变量以及邻域对元胞状态转换的影响规律,避免了人为影响。多智能体部分包括政府智能体和居民智能体。政府智能体部分主要利用以总规为大前提,较充分考虑了城市经济政策等因素的近期建设规划,同时受居民智能体的影响。居民智能体主要考虑了对城市绿地的需要。模型还引入了约束条件作用和随机因素,前者判断受限制区域,后者增强模拟的真实性。本文在ArcGIS中建立了模型后,以深圳市作为试验区,对模型进行了试验。包括实验室数据的预处理,回归方程的确定,运行结果分析三个部分。实证结果表明,本文建立的模型能在一定程度上反应城市生态用地演变规律,也可以为城市规划决策提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目标与意义
• 1.2 相关研究进展
• 1.2.1 城市模型研究的发展
• 1.2.2 基于元胞自动机的动态城市模型的发展
• 1.3 研究内容和方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法和框架
• 第二章 元胞自动机的理论基础
• 2.1 元胞自动机简述
• 2.1.1 元胞自动机模型
• 2.1.2 元胞自动机的构成
• 2.2 元胞自动机在地理研究中的可应用性
• 2.3 元胞自动机地理过程模拟的局限性
• 2.3.1 简单性与真实性的矛盾
• 2.3.2 空间划分问题
• 2.3.3 转换规则定义问题
• 第三章 多智能体与元胞自动机结合模型
• 3.1 用地分类
• 3.1.1 土地利用分类标准
• 3.1.2 生态用地的重新定义
• 3.1.3 本研究用地分类
• 3.2 多智能体的基本原理
• 3.2.1 多智能体概述
• 3.2.2 多智能体与CA及GIS的集成
• 3.3 逻辑回归方法
• 3.3.1 逻辑回归方法基本概念
• 3.3.2 Logistic回归的假设条件
• 3.3.3 Logistic回归的检验
• 3.4 多智能体与元胞自动机的生态用地演变模型
• 3.4.1 元胞与元胞空间
• 3.4.2 元胞状态
• 3.4.3 邻域
• 3.4.4 转换规则
• 3.5 具体规则
• 3.5.1 Logistic回归模型
• 3.5.2 转换规则的约束条件部分
• 3.5.3 政府Agent的抉择行为
• 3.5.4 居民Agent及其抉择行为
• 3.5.5 转换规则的随机因素作用部分
• 3.5.6 演变概率表达
• 第四章 模型设计与实现
• 4.1 ArcGIS9介绍
• 4.2 GeoProcessing空间处理框架与ArcGIS图解建模
• 4.2.1 GeoProcessing空间处理框架
• 4.2.2 ArcGIS图解建模
• 4.3 模型的图解实现
• 4.3.1 约束部分
• 4.3.2 Logistic回归方程模块
• 4.3.3 多智能体部分
• 4.3.4 随机作用模块
• 4.3.5 综合转换概率求取
• 4.3.6 状态转换判断及状态转换执行
• 第五章 深圳市生态用地演化实例研究
• 5.1 研究区概况
• 5.2 数据收集与处理
• 5.2.1 数据收集
• 5.2.2 数据处理
• 5.2.3 主要数据处理结果
• 5.3 数据分析
• 5.3.1 Logistic部分
• 5.3.2 多智能体部分
• 5.3.3 随机作用部分
• 5.4 模型运行结果
• 5.4.1 1995年─2000年模拟结果
• 5.4.2 2000年─2005年模拟结果
• 5.5 运行精度评定
• 5.6 模型模拟预测
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要成果与创新
• 6.1.1 主要成果
• 6.1.2 主要创新
• 6.2 后续研究
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果