主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 贵州大学     

基本信息

项目名称:
CA-Markov模型在城市土地利用中的应用研究
小类:
数理
简介:
本项目基于复杂适应系统理论,在建立土地利用变化Markor性质统计检验方法的基础上,构建城市土地利用的元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markor模型),并对其进行计算机模拟,找出城市土地利用变化的规律,为土地管理提供辅助依据。
详细介绍:
本项目基于复杂适应系统理论、元胞自动机和马尔科夫链的性质,构建城市土地利用的元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov模型),给出了从众系数矩阵的演化规则和确定方法。以舟山市土地利用变更为例,利用CA-Markov模型对该市土地利用变化进行计算机模拟预测,分析城市土地利用变化的规律。

作品专业信息

撰写目的和基本思路

目的:研究土地利用结构的特征,发现土地利用过程中存在的问题,探索土地利用结构变化进行动态模拟和预测,为城市土地管理部门合理配置土地资源提供依据。 基本思路:本项目基于复杂适应系统理论,在建立土地利用变化Markor性质统计检验方法的基础上,构建城市土地利用的元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markor模型),并以舟山市为例,对其进行计算机模拟,找出舟山市土地利用变化的规律。

科学性、先进性及独特之处

第一,本项目以复杂适应系统理论,元胞自动机理论和马尔科夫理论为理论指导,其研究内容和方法是当前国际上的前沿和主流。 第二,论文构建了基于从众矩阵的CA-Markov模型,更加全面细致地描述了CA-Markov模型。 第三,在充分利用Matlab的基础上,提出了一种更为简便的计算新方法,并得到相应的土地利用变化规律,为城市土地管理部门合理配置土地资源提供决策依据。

应用价值和现实意义

第一,本项目的计算机模拟研究,不仅减少了实验时期资金的大量投入,还能减少实验时间,具有广泛的应用性。 第二,我们的研究可广泛应用于城市土地规划,为土地利用做预测规划。 第三,项目模拟演化复杂适应性系统的能力较好,适用于中小城市土地的利用开发,具有良好的市场经济效益前景。

学术论文摘要

本文基于复杂适应系统理论和Markov理论,构建了城市土地利用的CA-Markov模型,给出了从众系数矩阵的演化规则和确定方法。以舟山市土地利用变更为例,对该市土地利用变化进行了计算机模拟,分析得到了城市土地利用变化的规律,结果显示居民工矿用地将大幅度扩张,大面积的耕地和园林地被占用,需加强保护。同时,得到的土地利用系统非线性的复杂特征体现了CA-Markov模型具有模拟复杂适应系统的能力。结果表明CA-Markov复合模型不仅具有空间演化的优势,还具有Markov过程的优良性质,比简单的Markov模型和CA模型更优越。

获奖情况

该作品是2010年浙江省大学生科技创新项目(新苗人才计划)“CA-Markov模型在城市土地利用中的计算机模拟研究”的中期研究成果。

鉴定结果

项目申报所涉及的材料真实可靠。

参考文献

请提供对于理解、审查、评价所申报作品具有参考价值的现有技术及技术文献的检索目录 [1] WARDDP, MURRAYAT. An Optimized Cellular AutomataApproach for Sustainable Urban Development in Rapidly Urbani-zing Regions[J]. International Journal ofGeographical Informa-tion Science, 1999, 7(5): 235-250. [2] 熊利亚,常斌,周相广.基于地理元胞自动机的土地利用变化研究[J].资源科学, 2005, 27(4): 38-43. [3] 侯西勇,常斌,于信芳.基于CA-Markov的河西走廊土地利用变化研究[J].农业工程学报, 2004, 20(5): 286-291. [4] 汤洁,汪雪格,李昭阳等.基于CA-Markov模型的吉林省西部土地利用景观格局变化趋势预测[J].吉林大学学报,2010,40(2):406-411. [5] 杨国清,刘耀林,吴志峰.基于CA-Markov模型的土地利用格局变化研究[J].武汉大学学报.2007,32(5):414-418. [6] 刘县明. CA-Markov模型及其在城市土地中的应用研究[D].南昌大学,2007. [7] 马新生,刘县明,胡文玉.基于Markov模型的城市土地利用预测[J].南昌大学学报,2008,30(3):241-244. [8]吴琼,王如松,李宏卿等.土地利用/景观生态学研究中的马尔可夫链统计性质分析,应用生态学报,2006,17(3):434-437. [9] 张荣,孔海英.2009舟山年鉴[M].中国统计出版社.2009,8. [10] 舟山市2008年土地变更调查统计[DB/OL].,2. [11] 王伟贤.有限齐次Markov链遍历性的快速判定[J].工程数学,1999,15(2):77.

同类课题研究水平概述

关于CA-Markov模型在土地利用中的应用在国内外已有较多研究。 在国外,在进入90年代中期后,基于CA模型的城市增长模拟研究也越来越多的受到关注。加拿大的White和荷兰的Engelen多次成功地应用约束性元胞自动机模型模拟了城市的土地利用变化,如美国Cincinnati市的城市增长,全球气候变化对Caribbean岛土地利用构成变化的影响研究等。Deadman等利用CA来模拟加拿大Ontario地区的农村居民点的扩张过程,获得了很好的结果。Couclelis将一种栅格形式的空间数据与CA模型相集成,来模拟城市的空间变化。Xie提出了城市发展动态模型(Dynamie Urban Evolution Model,简称DUEM),该模型以元胞自动机理沦来描述和模拟具有自相似和分形分维特征的城市及其发展过程,并对Buffafo市的土地利用变化进行了有效地模拟。Clarke在大型空间数据库和各种分辨率遥感卫星影像数据的支持下,采用CA模型在宏观和中观尺度下模拟人为因素造成的土地利用变化,并在10到100乃至150年这样的时间尺度上进行中长期预测。他主要根据城市发展的市增长的CA模型,并将此模型与地理信息系统平台松散结合,对美国的旧金山和巴尔的摩都市区的城市发展进行了成功的模拟和预测。 在我国,基于CA的城市空间动态模型研究起步较晚。比较有影响的如周成虎等人在Batty和Xie的CA模型的基础上构建了面向对象的、随机的和两个CA模型藕合的GeoCA-Urban模型,该模型可以引入GIS空间数据库、遥感土地分类等实际数据来模拟和预测具体城市的发展演化,并于1999年出版了《地理元胞自动机》一书,对相关工作进行了介绍和总结,该书是国内有关CA在地理学中应用的第一本教材,具有很大的参考价值。还有刘继生,陈彦光(2002 )对基于GIS的元胞自动机模型与人地关系的复杂性做了深入的探讨,并提出了开发智能化CA-GIS模拟方法的初步设想;杨洁(2010)等在运用RS-GIS技术得出土地利用景观格局分布图的基础上,利用CA-Markov耦合模型对土地利用景观格局变化趋势进行了预测。
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