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基于细胞自动机的城市土地利用变化研究

作　者: 惠林虎
导　师: 屈百达
学　校: 江南大学
专　业: 系统工程
关键词: 细胞自动机系统 GIS系统城市扩展神经网络
分类号: TP301.1;P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
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内容摘要

我国城市化的进程加快,使得城市用地需求增加,城市土地利用中的矛盾日趋紧张。因此,必须有合理的城市土地利用方案来对城市规划进行引导。针对城市土地利用具有控制因素复杂、关键特征值提取困难等特点,本文提出了一种基于细胞自动机和GIS系统相结合的新型复合预测方法,对城市土地利用进行了仿真和预测,主要工作如下:第一,在对经典细胞自动机理论进行分析的基础上,针对城市系统的特点进行了扩展与改进,使之与GIS系统有机融合,利用ArcGIS软件中功能对所需数据进行编程处理,并结合BP神经网络对城市土地利用规律进行提取,然后将所得规律作为细胞自动机的转换规则进行仿真预测,所得结果再通过GIS进行可视化输出,从而构建了城市细胞自动机来研究城市土地利用变化。第二,建立了无锡细胞自动机,利用无锡1991、1998、2001、2008、2010年的遥感地图及其他社会经济数据,以1991年各数据为输入,2010年数据为导师训练得出无锡城市土地利用变化规律,运行无锡细胞自动机模拟得出了1998、2001、2008和2010年的土地利用状况图,结果表明该仿真方法的Lee-Sallee形状指数分别为0.683,0.604,0.595和0.586,达到了较好的模拟效果,并在此基础上预测了2012年无锡的城市土地利用变化状态。第三,对得出的无锡城市土地利用变化仿真图进行了评价,根据大量数据从自然、经济、政策、交通等方面分析无锡城市土地利用状态的变化,最后根据2012年无锡土地利用变化状态预测结果,提出了对无锡市城市土地利用变化的建议。最后通过仿真证明,运用细胞自动机与GIS系统相结合的方法构建的城市细胞自动机,在无突发政策及其他干扰的情况下,可以在一定程度上模拟预测出城市土地利用变化,给出未来可能的城市土地利用变化状况,对规划城市土地利用具有相当意义的参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 论文研究背景、意义和目的  7-8
  1.2 国内外模拟城市用地扩展模型的相关研究  8-12
  1.3 论文研究方法与技术路线  12
  1.4 论文结构安排  12-17
第二章理论基础与方法讨论  17-33
  2.1 细胞自动机(CA)的理论基础  17-22
    2.1.1 细胞自动机的背景  17
    2.1.2 细胞自动机的组成  17-19
    2.1.3 细胞自动机的特点  19-20
    2.1.4 细胞自动机的应用  20-21
    2.1.5 细胞自动机的举例——生命游戏  21-22
  2.2 细胞自动机的转换规则  22-29
    2.2.1 BP 神经网络的概念及其结构  23-27
    2.2.2 BP 神经网络的算法  27-28
    2.2.3 BP 神经网络与细胞自动机系统的结合  28-29
  2.3 利用细胞自动机系统研究城市土地利用的可行性和合理性  29-30
  2.4 利用细胞自动机系统研究城市土地利用的不足和局限性  30-31
  2.5 本章小结  31-33
第三章基于细胞自动机的城市土地利用系统  33-47
  3.1 城市土地利用的控制因素  33-35
  3.2 细胞自动机在城市土地利用变化研究中的扩展  35-37
    3.2.1 城市细胞及其状态  35-36
    3.2.2 城市细胞空间  36
    3.2.3 城市细胞邻居  36
    3.2.4 城市细胞状态转化规则  36-37
  3.3 城市细胞自动机的构建方法  37-38
  3.4 城市细胞自动机系统的实现步骤  38-45
    3.4.1 城市细胞自动机数据来源  38
    3.4.2 城市细胞自动机数据的处理  38-41
    3.4.3 城市细胞自动机数据库的建立  41
    3.4.4 城市细胞自动机模块的建立  41-42
    3.4.5 细胞转换规则——BP 神经网络的建立  42-44
    3.4.6 城市细胞自动机模型的校验与评价  44
    3.4.7 城市细胞自动机模型的应用举例——无锡新安和雪浪镇  44-45
  3.5 本章小结  45-47
第四章无锡市的城市土地利用变化模拟与仿真  47-61
  4.1 无锡的地理位置及其社会经济状况  47-49
    4.1.1 无锡的地理位置  47
    4.1.2 无锡的自然地理概况  47-48
    4.1.3 无锡的社会经济概况  48-49
  4.2 无锡城市细胞自动机系统的构建  49-52
    4.2.1 无锡城市细胞自动机模型的数据  49-50
    4.2.2 无锡城市细胞自动机模型的数据的获取  50-51
    4.2.3 无锡城市细胞自动机模型的数据库的建立  51
    4.2.4 无锡城市细胞自动机模型神经网络的训练  51-52
  4.3 无锡市的城市细胞自动机模型的模拟和仿真  52-56
    4.3.1 无锡城市细胞自动机模型动态模拟方法框架  52-53
    4.3.2 无锡城市细胞自动机模型具体仿真  53-56
  4.4 仿真结果分析  56-60
    4.4.1 政策对无锡市发展的影响  57-58
    4.4.2 自然条件和交通对无锡市发展的影响  58-59
    4.4.3 社会经济条件对无锡市发展的影响  59-60
    4.4.4 仿真结果对无锡市城市扩展的指导  60
  4.5 本章小结  60-61
第五章总结与展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-69
附录  69-72
  附录A 神经网络模块部分源程序  69-72
  附录B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72

基于细胞自动机的城市土地利用变化研究

内容摘要

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