基于CA模型的乌鲁木齐都市圈城市用地扩展模拟研究
基于ca模型的城市空间扩张模拟过程
基于ca模型的城市空间扩张模拟过程嘿，咱今儿就来唠唠这基于 CA 模型的城市空间扩张模拟过程。
你说这城市啊，就像个不断成长的孩子，一天天在变呢！CA 模型呢，就像是给城市成长搭的一个特别的架子。
它能帮助我们看清城市是怎么一点点变大、变样的。
想象一下，城市里的每一块地就像是一个小格子，它们有着自己的状态和属性。
而这个 CA 模型呢，就负责指挥这些小格子怎么变化。
比如说，有些地方适合建房子，那它可能就从荒地变成了居民区；有些地方交通便利，可能就变成了商业区。
这就好像是一场神奇的变身游戏！咱再深入一点说，CA 模型得考虑好多因素呢。
像是人口增长，人多了房子就得跟着多起来呀，不然大家住哪呢？还有经济发展，有钱了才能盖更多的高楼大厦嘛。
而且，城市扩张可不是随便乱来的，得有规划呀！不能这边建一堆，那边空着一大片。
这就好比画画，得先构思好整体画面，不能东一笔西一笔的。
你看那些发展得好的城市，不都是规划得井井有条吗？街道整齐，功能分区明确。
这都是 CA 模型在背后悄悄发力呢！在这个模拟过程中，每个小格子都可能会有不同的命运。
也许今天它还是一片草地，明天就变成了热闹的商业街。
这多有意思啊！咱普通老百姓可能不太懂这个专业的东西，但咱能感觉到城市的变化呀。
就说咱周围的那些高楼大厦，以前哪有啊，不都是一点点建起来的嘛。
通过这个 CA 模型的模拟，我们能更好地理解城市为啥会变成现在这样。
也能为未来的城市发展提供一些参考呢。
你想想，如果没有这样的模拟，城市发展可能就会乱套，那可不行呀！所以说，这个基于CA 模型的城市空间扩张模拟过程可重要了呢！它就像是城市的导航仪，指引着城市朝着更好的方向发展。
咱得重视它，好好利用它，让我们的城市变得越来越美，越来越宜居。
咱不都希望生活在一个舒服、漂亮的城市里嘛！对吧？。
基于CA-MARKOV的城市建设用地扩展模拟
年的概率转移矩阵，由此确定研究区域土地利用变化
的 CA-MARKOV 模型，并由此预测 2015 年武汉市的
城市建设用地，
得出以下结论：
（1）土地利用的变化具有某种线性相关性，因此
可以利用相关的模型进行模拟预测，例如本研究的
CA-MARKOV 模型。
自然资源各项调查监测及评价、城市规划、制图、军事
等众多领域。
TM 影像主要特点为具较高空间分辨率、波谱分
辨率、极为丰富的信息量和较高定位精度，能满足有
山水林田湖等自然资源以及相关的规划、环境等领域
的监测以及相关的分析等的基本要求。
本研究的数据为多时相遥感数据，为了增加准确
性，尽可能选取每年同一时间段的遥感数据，以减少
时间原因造成的太阳高度角等的影响，大都在 6—9
月。本次实验所用的数据为 Landsat 卫星 2000、2005、
2010 年的 TM 影像数据。
2 动态模拟关键技术 CA-MARKOV 模型
本研究建模的主体算法是马尔科夫链分析算法
以及元胞自动机分析算法。马尔科夫链分析法是应
用于土地利用变化的传统建模方法，基于马尔科夫过
但是该模型也存在很多的不足之处，如土地的利用类
型需要保持不变，模型的适用范围不能太大，一次参
数的设置只适用于同等自然条件的区域等。因此该
模型还需要进一步改进，增加模型的适用性跟因地制
宜性，该模型也为自然资源规划以及城市建设利用提
供了一种可行性的建设方案及方法。
参考文献
［1］田光进，纪远，大方，等.基于遥感与 GIS 的 20 世纪
果进行聚类矢量化处理，城市圈用地范围结果如下：
基于GIS技术的乌鲁木齐建成区土地利用变化研究
基于ＧＩＳ技术的乌鲁木齐建成区土地利用变化研究作者：张锐来源：《管理观察》2009年第10期摘要：土地利用研究是目前全球变化研究的主要领域之一；本文以统计数据与卫星影像为主要信息源，研究乌鲁木齐市土地利用变化过程，总结这种变化的机理和规律。
关键词：土地利用变化乌鲁木齐建成区土地是人类赖以生存与发展的物质基础，是社会经济活动的载体。
自然和社会经济条件变化，引起区域土地利用和覆被变化，进而导致区域生态环境相应变化；这种变化又对社会经济发展产生影响。
本文利用遥感数据研究2000 -2005年乌鲁木齐建成区土地利用变化过程与规律。
1.研究区概况乌鲁木齐地处天山中段北麓、准噶尔盆地南缘，是沟通新疆南北疆，连接中国内地与中亚、欧洲的咽喉，是第二座亚欧大陆桥中国西部的桥头堡，向西对外开放的重要门户。
乌鲁木齐现辖七区一县包括天山区、沙依巴克区、新市区、水磨沟区、头屯河区、达坂城区、米东区、乌鲁木齐县。
乌鲁木齐东、西、南三面环山，北部为乌鲁木齐河与头屯河冲积平原。
2.研究方法2.1数据来源和技术路线选取2000年和2005年中巴资源卫星影像为数据源，并参照同期乌鲁木齐统计数据进行分析。
技术路线图如图1：2.2 数据处理利用遥感图像处理软件EARDAS对图像进行几何校正，通过控制点的选取、变换坐标、重新采样等步骤，将2000年、2005年乌鲁木齐市建成区影像校正到地形图的坐标投影中；利用大气校正消除影像中大气散射、反射造成的图像模糊，进而得到信息明显的数据影像。
2.3 土地利用类型分类根据FAO建立土地利用/土地覆盖分类系统准则，考虑本文研究遥感影像的分辨率，并参考中国土地资源分类系统，确定本文的土地利用分类系统。
由于不同部门统计口径不同，因此本文将林地、草地归为一类，作为林草地，乌鲁木齐市建成区的土地利用类型分为：耕地、林草地、建设用地、交通用地、水域和未利用土地共六个一级土地利用类型。
2.4 提取土地利用变化信息用地理信息系统软件supermap，对两期专题图进行空间叠置分析，利用地图代数运算原理，提取变化数据，得到土地利用变化转移矩阵。
CA—Markov模型在土地利用模拟研究中的应用
CA—Markov模型在土地利用模拟研究中的应用作者：王菲柴旭荣来源：《现代农业科技》2013年第02期摘要土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的热点。
研究土地利用变化模拟的方法很多，将各个模型相互结合逐渐成为土地利用变化模拟的研究前沿。
该文简要回顾了马尔科夫链模型和元胞自动机模型在土地利用模拟中的研究进展，探讨了这2种模型在研究中的优缺点，并对其今后在土地利用变化模拟中的发展趋势提出了展望，以为土地利用变化模拟研究提供参考。
关键词元胞自动机；马尔科夫链；土地利用变化中图分类号 F301.24 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）02-0227-01土地利用变化模拟研究已经成为土地利用变化研究的重点，是当今土地利用变化研究中的前沿和热点课题。
土地利用变化空间化建模一直是土地利用变化研究的难点问题。
土地利用变化模拟研究常用的方法很多，现阶段人们进行土地利用变化模拟的方法主要有马尔科夫链模型、元胞自动机模型、GIS、空间Logistic模型等。
其中，马尔科夫链模型和元胞自动机模型在土地利用变化模拟研究中应用非常广泛。
当然，每种模型的应用范围和在研究中所起到的作用不同，各有其优缺点，单独应用某种模型来模拟或预测土地利用变化的研究已经成为过去式。
近年来，将各个模型相互结合研究土地利用变化的研究越来越多。
该文对马尔科夫链模型和元胞自动机模型机理进行简单描述，重点分析2种模型在土地利用变化模拟中的研究进展，并对马尔科夫链模型和元胞自动机模型今后在土地利用变化模拟研究中的发展趋势进行了展望，以为土地利用变化模拟提供参考。
1 马尔科夫链模型在土地利用变化研究中的应用1.1 马尔科夫（Markov）模型Markov模型是基于Markov过程理论而形成的预测事件发生概率的方法，通过对不同状态的初始概率以及状态之间的转变频率的研究，来确定状态的变化趋势，从而达到预测未来的目的[1]。
在土地利用变化研究中，可以将土地利用变化过程视为马尔科夫过程，将某一时刻的土地利用类型对应于Markov过程中的可能状态，它只与其前一时刻的土地利用类型相关，土地利用类型之间相互转换的面积数量或比例即为状态转移概率。
基于RS和GIS的乌鲁木齐市空间扩张特征与驱动力分析
经济快速发展 的过程 中， 如何 保护和利用 宝贵 的土地
究 。Ｐ ｅ ｔ ｅ ｒ 等 基 于遥 感 影 像 数 据 对 美 国五 大 湖 自 １ ９ ９ ２～ ２ ０ ０ １ 年 的生态 环境进行 了动态监测 。在 国内 ，
项 目中国新疆 南部主要 中心城 市与法 国图卢 兹市之 间的城 市化发
展 及 生 态 环 境 对 比研 究 （ 批准号 ４ １ ０ １ ０ １ ０ ４ ０ ４ ０ ） 通信作者 ： 孜 比布 拉 ・ 司 马义 （ １ ９ ６ ２一） ， 男， 新疆 焉 耆县 人 ， 博 士， 教授 。主要 研 究 方 向 ： 城市发展与城市规划， ｚ ｉ ｂ ｉ ｂ ｕ ｌ ｌ ａ ３ ２ ８ ３ ＠
地资 源的时空变 化 和城 市动 态监 测方 面做 了大 量 的
研究 。如国外 有 Ｗｅ ｌ ｃ ｈ通 过对 Ｔ Ｍ 的假 彩 色合 成 图 像 目视解译 提取 了城 市建成 区面积 ， 进一步 分析 了建 成区面积 与人 口之 间 的关 系 。Ｊ ｏ ｈ ｎ等 利用 遥感 影像对城市 基础设 施 和社 会属 性 进行 了动 态监 测研
许 多学者利用 ３ ｓ技术对 大中城市相继 开展 了城市扩
Hale Waihona Puke 资源 ， 是迫切 需要解 决 的 问题 。其 次 ， 对 一个 城 市空
间扩张过程进行研 究 ， 不仅有 助于优化城 市 的空间格
基金项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 项 目南 疆 铁 路 沿 线 地 区城 镇 化 与
张研 究 ， 并分析 了驱 动力 因素 。虽然利 用遥感 影像
３ ４ ２ ． ６ ７ ｋ ｍ ； （ ２ ） 自２ ０ ０ １至 ２ ０ ０ ６年 ， 建 设 用地 面积 年 均 增 长 率 为 ７ ． １ ８ ％， 年 均 扩 张速 率 为 １ ３ ． ８ ２ ｋ ｍ ／ ａ ； （ ３ ）自 ２ ０ ０ ６年 至 ２ ０ １ ０
城市建设用地扩张研究中CA模型的应用
城市建设用地扩张研究中CA模型的应用摘要：本文首先介绍了元胞自动机基本理论及其应用于城市建设用地扩张研究中表现的特性。
其次，就城市建设用地扩张的特点，阐述了研究中如何定义元胞自动机。
然后以Idrisi Andes软件中集成的Markov模型和CA模型为研究工具，重点提出了研究方法及思路。
最后总结分析了利用成熟CA模块研究城市建设用地扩张的利弊。
关键词：建设用地；扩张；CA随着人类生存需求和经济活动的日趋加剧，特别是近年城市化水平的不断提高，给耕地保护和经济发展带来了巨大压力。
为了合理有序的推进城市化建设，必须加强城市用地扩张的管理，提高城市用地规划的水平。
城市用地是城市复杂巨系统的一部分，其扩张的演变过程遵循一定规律，受到地理条件、基础设施、社会经济、政治、人口、国家政策法规和人类活动等因素的影响。
目前，元胞自动机（CA）模型与GIS技术相结合，进行城市用地扩张的动态模拟日益成为研究热点，作为时空演化分析和模拟的工具，将元胞自动机模型和GIS技术引入城市建设用地扩张的研究中，能够弥补统计分析模型的不足，提供具有时空特性的分析结果。
一、基本概念元胞自动机（CA）由V on Neumann在20世纪40年代提出，用于研究自复制系统的逻辑特性。
元胞自动机是一种时间、空间、状态都离散，空间相互作用及时间因果关系皆局部的网格动力学模型（周成虎等，1999）。
分布在规则格网中的每一个元胞拥有有限的离散状态，按照一致的作用规则，根据确定的局部规则同时同步更新元胞状态，完成整个元胞空间的变化。
大量元胞通过简单的相互作用完成系统的动态演化。
与传统的动力学模型不同，元胞自动机不是由明确的函数或模型确定，而是一系列模型在确定的构造规则条件下的有机组合。
遵守这些既定构造规则的模型都可以称作元胞自动机模型。
所以元胞自动机是一种解决问题思想，或者说是一个方法框架。
元胞自动机由元胞、元胞空间、元胞状态、邻域、转换规则和离散时间构成。
乌鲁木齐都市圈的城市化水平评价与影响因素
04
城市化水平影响因素分析
人口因素对城市化水平的影响
人口规模和增长
乌鲁木齐都市圈的人口规模较 大，且近年来呈增长趋势，这 表明城市化进程中人口规模和
增长是重要的推动因素。
乌鲁木齐都市圈的城市化水平评价 与影响因素
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目录
• 引言 • 乌鲁木齐都市圈概述 • 城市化水平评价 • 城市化水平影响因素分析 • 提高城市化水平的对策建议 • 研究结论与展望
01
引言
研究背景与意义
乌鲁木齐都市圈作为中国西北地 区的核心城市之一，城市化发展 对于区域经济和社会发展具有重
公共服务设施
公共服务设施的完善程度对城市化水平产生影响，例如教育、医疗 、文化娱乐等设施的完善可以提高居民的生活质量。
环境保护
环境保护是城市化进程中不可忽视的问题，良好的环境可以增强居 民的生活质量和幸福感。
政策因素对城市化水平的影响
土地政策
土地政策对城市化水平产 生重要影响，包括土地利 用规划、土地征收、土地 流转等。
单一指标评价法是指用一个最能反映城市化水平的指标进行评价，如人口城市化率、经济城市化率等 。
多指标综合评价法
多指标综合评价法是指选取多个与城市化水平相关的指标，进行综合评价，以全面反映一个地区的城 市化水平。
乌鲁木齐都市圈城市化水平评价结果
乌鲁木齐都市圈的人口城市化率较高，但经济城市化率和土地城市化率相对较低。这说明该地区的城市人口规模较大，但城 市经济发展和用地规模还有待进一步提高。
人口结构
乌鲁木齐都市圈的人口结构包括年 龄、性别、民族等，这些因素对城 市化水平产生不同程度的影响。
基于Markov-PLUS_模型的乌鲁木齐市土地利用变化及模拟研究
地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第812期第18期2023年9月收稿日期：2023-04-21作者简介：王炎（1997—），女，硕士生，研究方向：国土空间规划。
通信作者：邓文彬（1977—），男，博士，教授，研究方向：大地测量等专业教学及研究。
基于Markov-PLUS 模型的乌鲁木齐市土地利用变化及模拟研究王炎邓文彬（新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐830047）摘要：【目的】研究土地利用变化情况有助于优化土地资源空间布局，实现区域经济与生态环境协调可持续发展。
【方法】以乌鲁木齐市为研究区，采用GLC_FCS30的2000、2010、2020三期土地利用数据，从土地利用面积、土地利用动态度、转移矩阵三方面探究乌鲁木齐近20年的土地利用发展规律，利用Markov-PLUS 耦合模型模拟预测自然发展、耕地保护、生态保护三种情景下的土地利用数量及土地利用格局。
【结果】乌鲁木齐草地和未利用地占比最大，20年间地类变化主要是草地向未利用地转化，建设用地的发展前10年快于后10年。
自然发展情景中，草地面积持续衰减；耕地保护情景中，耕地类型面积显著增长，土地利用动态度由负转正，建设用地面积增长受到约束；生态保护情景中，水体、林地面积增长，耕地、草地面积衰减速率降低，生态保护取得一定成效。
【结论】乌鲁木齐水资源匮乏，草地、耕地面积逐年衰减，后续规划应加强水土保持治理，改善生态环境。
关键词：土地利用变化；Markov-PLUS 模型；精度验证；多情景模拟；乌鲁木齐中图分类号：F301.24文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）18-0095-06DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.18.020Land Use Change and Simulation Study in Urumqi Based onMarkov-PLUS ModelWANG Yan DENG Wenbin（College of Civil Engineering and Architecture,Xinjiang University,Urumqi 830047,China ）Abstract:[Purposes ]Studying land use change is conducive to optimizing the spatial distribution of landresources and achieving coordinated and sustainable development of regional economy and ecological en⁃vironment.[Methods ]In this paper,taking Urumqi City as the research area,using the land use data of the three phases of 2000,2010and 2020from the GLC_FCS30,this paper explores the land use develop⁃ment law of Urumqi in the past 20years from the three aspects of land use area,land use dynamics and transfer matrix,and coupled with the Markov-PLUS model to predict and simulate the land use pattern under the three scenarios of natural development,arable land protection and ecological protection of land use quantity and spatial distribution.[Findings ]The results show that grassland and unused land in Urumqi account for the largest proportion,and the change of land type in the past 20years is mainly the transformation of grassland to unused land,and the development of construction land in the first ten years is faster than the last ten years.In the natural development scenario,the grassland area continues to decay;Cultivated land protection scenario,the area of cultivated land has increased significantly,thedynamic degree of land use has changed from negative to positive,and the growth of construction land area has been constrained;In the scenario of ecological protection,the area of water bodies and forest land increases,the decay rate of cultivated land and grassland area decreases,and ecological protection achieves certain results.[Conclusions]Urumqi lacks water resources,grassland and cultivated land area is declining year by year,and follow-up planning should strengthen water and soil conservation and im⁃prove the ecological environment.Keywords:land-use change;Markov-PLUS model;accuracy verification;multi-scenario simulation; Urumqi0引言社会经济的快速发展，改变了城市原有的规划布局，在土地利用格局发生巨大变化的同时，也出现了人地关系紧张、资源环境矛盾突出、生态系统受损等问题，土地利用/覆盖变化（land use/coverchange，LUCC）逐渐成为土地资源利用的重点研究方向［1］。
基于CA模型的土地利用模拟研究
安徽农学通报 2023 年 12 期
基于 CA 模型的土地利用模拟研究
黄永坚 1，2 陈科玚 3 闫茂华 1* 王景辉 4，5 张学虎 5，6
（1中国地质环境监测院，北京 100081； 2广东工业大学管理学院，广东广州 510520； 3宁波市自然资源整治储备中心，浙江宁波 315042； 4中国地质大学水资源与环境学院，北京 100083； 5自然资源部矿山生态效应与系统修复重点实验室，北京 100081；
增强研究的客观性与说服力，对“CA 模型是什么 （What）”“CA 模型的前因与后果（Why）”及“如何有 效模拟未来土地利用（How）”3 个根本问题进行综 述。第 1 步：设定研究目标。系统梳理国内外在土 地利用模拟中 CA 模型的研究现状，将构建 CA 模型 研究的知识框架作为本文研究的主要目的。第 2 步： 明确概念边界。CA 模型概念的明晰，有利于理解其 优越性和不足之处，从而有针对性地提出解决问题 的办法。第 3 步：二次人工筛选。对于原始文献中 可能有与研究目标不相称或不符合的内容，需要进 一步筛选剔除[5]。①剔除非学术类文献，如会议通 知、会议综述、新闻通讯等；②CA 模型应用领域较为 广泛，要明确的是 CA 模型在土地利用模拟领域的应 用，对文献的研究对象以及其实施目标进行比较与 判别，若偏向于其他领域，则予以剔除。第 4 步：样 本编码。首先，按照本文的研究目标，根据以下 4 个 方面对收集到的文献进行独立编码：①文献基本信 息，即出刊时间、作者、作者单位、研究对象、文献来 源及写作目的；②CA 模型的内涵；③CA 模型的前因 后果；④如何有效模拟未来土地利用。然后，确定最 终的框架构成要素。最后，围绕文献编码所形成的 框架报告研究结果。
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一种基于CA
专利名称：一种基于CA‑Markov模型的土地利用时空变化模拟方法
专利类型：发明专利
发明人：官冬杰,谭静
申请号：CN201610919491.9
申请日：20161021
公开号：CN106485017A
公开日：
20170308
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于CA‑Markov模型的土地利用时空变化模拟方法，包括以下步骤：S1.对土地利用数据进行重分类；S2.建立Markov模型，计算研究区域土地利用转移概率矩阵及转移面积矩阵；S3.构建每类用地转化适宜性图，合成土地利用转移适宜性图集；S4.利用适宜性图集及土地利用数据，预测现有某年土地利用面积；S5.预测未来土地利用数据。
本发发明适用性广，模型简单易懂，操作方便，模拟精度高，能从数量和空间上对土地利用情况进行预测。
申请人：重庆交通大学
地址：400074 重庆市南岸区学府大道66号
国籍：CN
代理机构：北京同恒源知识产权代理有限公司
代理人：王贵君
更多信息请下载全文后查看。
乌鲁木齐市中心城区土地多功能利用空间分异研究
第 40 卷 ，第 3 期 2023 年6 月15 日国土资源科技管理Vol. 40，No.3Jun. 15，2023 Scientific and Technological Management of Land and Resourcesdoi：10.3969/j.issn.1009-4210.2023.03.005乌鲁木齐市中心城区土地多功能利用空间分异研究杨俊孝，刘 霄，张飞云（新疆农业大学 公共管理学院，新疆 乌鲁木齐 830000）摘 要：研究基于POI等城市多源数据，采用空间区位指数法、空间自相关分析法及关联规则挖掘法，探究中心城区土地多功能利用的空间分布特征与差异，得出土地多功能利用类型的空间关联规则。
结果表明：（1）中心城区土地多功能利用空间分布特征中，单一功能广泛散布在城区外围，由市区中部呈现出“混合功能—双功能—单一功能”占位发展与圈层扩张模式。
（2）在中心城区土地多功能利用空间差异分析中，生活、生产—生活、混合功能区功能为低水平区位熵值，生态、生产功能为中等水平区位熵值，生产—生态、生活—生态功能为高水平区位熵值。
以生产功能与生活功能为主导的生产、生活、生产—生活、生活—生态及混合功能为正相关类型，以生态功能为主导的生态功能和生产—生态功能为负相关类型，且具有明显的边缘效应。
（3）根据关联规则分析，生产、生活、混合及生产—生活功能之间具有高强度的相互关联性，生活—生态功能和生产—生态功能与其关联性为中等强度，而生态功能与其他六种功能的关联强度是最薄弱的。
关键词：土地多功能利用；空间分异；关联规则；中心城区；乌鲁木齐市中图分类号：F301.2 文献标志码：Ａ 文章编号：1009-4210-（2023）03-061-13On Spatial Differentiation of Multifunctional Land Use in the CentralUrban Area of UrumqiYANG Jun-xiao，LIU Xiao，ZHANG Fei-yun(School of Public Management，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830000，Xinjiang，China) Abstract: Based on urban multi-source data such as POI，this paper applied the spatial location index method，spatial autocorrelation analysis method，and association rule mining method to explore the spatial distribution characteristics and differences of multifunctional land use in the central urban area of Urumqi，and to obtain spatial association rules for multifunctional land use types. The results indicated that：(1) As shown in the spatial distribution characteristics of multifunctional land use in the central urban area，areas with a single function were widely distributed in the periphery of the urban area，and a circle expansion mode of “mixed-use function - dual function - single function” was developed and presented in the central urban area. (2) The spatial difference analysis of multifunctional land use in the central urban 收稿日期：2023-03-17基金项目：国家社会科学基金项目（16BGL132）作者简介：杨俊孝（1964—），男，教授，从事土地资源管理与农业经济研究。
实验六 基于CA的城市扩展模拟
目录实验六基于CA的城市扩展模拟 ................................................ 错误!未定义书签。
1. 实验目的 (2)2. 实验数据 (2)3. 实验原理 (2)4. 实验步骤 (3)4.1实验操作流程 (3)4.2数据处理 (3)4.3生成随机点数据 (10)4.3生成空间距离栅格数据 (12)4.4 SPSS逻辑回归分析 (21)4.5计算并得出各个分析文件 (26)4.6运用GeoSOS进行模拟变化 (29)5. 实验心得 (33)1.实验目的在经济快速发展的今天，城市建设已成为各地发展关注的主要问题。
在确定城市发展方案之前，会先对当地的城市扩展情况进行预测。
实验选择CA模型中的逻辑回归法对各个变量的参数进行确定，并在此基础上进行东莞市的城市扩展模拟分析。
通过实验操作，理解CA模型的意义，掌握整个模拟分析中需要准备的分析文件的生成处理流程以及参数设置。
探索CA模拟的过程中可利用的软件以及代码的编写，掌握一定的技巧与代码技能。
2.实验数据这次实验中要用到的数据有：1993年东莞市和1997年东莞市分别的城市土地利用分类数据、市中心点数据、镇中心点数据、铁路线数据、高速公路数据以及东莞市一般公路数据。
3.实验原理元胞自动机（Cellular Automaton，复数为Cellular Automata），简称为CA，是一种时间、空间及状态都离散，空间上的相互作业和时间上的因果关系皆局部的格网动力学模型。
由于CA模型能够通过一些简单的局部转换规则，模拟出复杂的、全局的空间模式，所以近年广为利用，并通过实践证明CA模型可以有效反映土地利用的演化情况，其模拟结果与实际情况比较吻合。
CA模型基于一些局部转换规则进行预测模拟，转换规则中的变量对应着很多参数，这些参数反映的是不同变量在整个模型中的影响程度，所以在CA模拟中，最重要的便是参数的确定。
在本次实验中，我们运用逻辑回归设定模拟参数。
乌鲁木齐市辖区建成区规模扩张及预测分析
乌鲁木齐市辖区建成区规模扩张及预测分析穆飞翔;蒲春玲;刘祥鑫【摘要】依据乌鲁木齐市2000～2015年社会经济发展数据,通过构建城市建成区规模扩张与社会经济发展的协调性分析模型,计算市辖区建成区规模扩张与社会经济发展的协调性系数;构建预测模型,分析乌鲁木齐市辖区建成区规模与其他社会经济发展指标的关系,进而对其市辖区到2020年建成区规模进行预测.主要结论有:乌鲁木齐市辖区的建成区的单位土地经济效益逐年增加,GDP的增长速度明显要高于建成区规模的扩张,说明其建设用地的土地报酬正处于递增的第一阶段,总体上土地投入较合理;乌鲁木齐市辖区建成区规模扩张与人口增长的协调度较弱,其建成区规模正处于快速扩张阶段;通过分析两个不同预测模型的实际应用效果,显示通过BP 神经网络模型能够获得更加有效的预测,最终预测到2020年乌鲁木齐市辖区建成区规模将达到523.8287km2.【期刊名称】《上海国土资源》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】6页(P30-35)【关键词】建成区;规模扩张;经济社会发展;协调性分析;建设用地;效益分析;多元线性回归;BP神经网络【作者】穆飞翔;蒲春玲;刘祥鑫【作者单位】新疆农业大学管理学院,新疆·乌鲁木齐 830052;新疆农业大学管理学院,新疆·乌鲁木齐 830052;新疆农业大学经济社会发展研究中心,新疆·乌鲁木齐830052;新疆农业大学管理学院,新疆·乌鲁木齐 830052【正文语种】中文【中图分类】F293.22关于建设用地的扩张的研究，国内学者陈江龙利用遥感、土地利用调查等数据对建设用地扩张的过程、格局和机理进行了研究[1]，解修平等人针对城市扩张与耕地之间的关系和矛盾进行动态研究[2]，屈宇宏对建设用地扩张进行了模拟并提出相应的策略[3]，赵可、舒帮荣等从不同的角度对城市建设用地扩张的驱动力进行了研究[4,5]，张乐勤对建设用地扩展驱动力在快速城镇化的背景下进行了研究和展望[6]，庞博、方创琳结合智慧低碳城市的概念对城市发展的动力机制进行了系统的分析和探究[7]。
浅谈乌鲁木齐都市圈空间结构规划
浅谈乌鲁木齐都市圈空间结构规划摘要：本文通过讲述都市圈的四个因素：社会因素、技术因素、经济因素及政策因素对乌鲁木齐都市圈形成与发展影响，肯定了乌鲁木齐的发展过程中的逻辑关系，使读者信任乌鲁木齐都市圈发展成果和今后的辉煌灿烂的发展前途。
Abstract: After analyzing the four factors of social, technologic, economic and policy role in the formation and development of Urumqi metropolitan area, the articles affirms the internal logic in the process and try to convince the reader about the great prospect of the city.关键词：因素，都市圈，城市化，城市空间Key Words; factors, metropolitan area, urbanization, urban space美国地理学家布莱恩·贝利曾指出:“一个地区的经济发展水平与该地区的城市化程度之间在着某种联系”，理论界对于城市化的动力机制方面的研究,一般认为城市化的发生与发展遵循着共同的规律,即受农业发展,工业化和第三产业崛起等三大力量的推动与吸引。
城市化是一种复杂的社会经济发展和变迁过程,需要人们不断的发掘和探索其内在的规律性和必然性。
下面本人通过2007年做的乌鲁木齐都市圈规划实践来分析空间结构的变化过程。
1．城市化是直接的反映在都市圈的社会因素。
都市圈是城市化发展的产物，城市化的结果，必然导致城市人口的增长和城市用地的扩展，引起城市空间的蔓延，使城市空间发展超越城市的界限而形成都市圈。
从发达国家的城市化过程来看地区或市区在城市化过程中一般要经历集中型城市化、分散型城市化（郊区化）、广域城市化（逆城市化）、再城市化等四个阶段，都市圈即形成于其中的分散性城市化（郊区化）阶段。
城市CA模型建模原则与模拟结果检验方法研究
( 2)
s i 为元胞 i的元胞状态 , i# ( 1 , 2 , ∀, n); n 是包括中心元胞的邻域元胞个数; f 是元胞局部转换规则. 所 = f (S, N )
tห้องสมุดไป่ตู้ 1 t t
( 3) 是元胞在 t + 1 时刻的状态, S 是元胞在 t 时刻的状态 , ( 3 ) 式表明了元
在此, t, t + 1 是离散的时间, S
[ 5]
,
可以用来模拟局部演化过程; ∋ CA 与栅格 G IS 具有相同的数学模型结构, 在 A rc / Info 的 Gr id 下易于与 G IS
2 CA 在城市研究中的应用
2 . 1 城市模型发展进程 城市化进程是环境和发展问题的重要组成部分 , 研究城市发展过程具有重要的科研和实际价值 , 可以为 解决城市环境和发展问题提供有效的依据 . 城市模型是基于城市空间现象与过程的数学表达, 抽象地表述城市空间过程 . 城市模型的建立通常要经 过 现实系统 ( 逻辑系统 ( 数学系统 ( 仿真系统 !等的抽象过程, 最终实现对城市系统的模拟验证及规划方 案的效应评估, 为城市政策及城市规划提供决策支持
[ 2]
.
CA 是由元胞 ( C ells)、 元胞空 间 ( La tt ices) 、 元 胞状态 ( C ell states) 、 邻 域 ( Ne ig hbo rhoods) 和 转换 规则 ( T ransition rules)和离散时间 ( D iscrete t i m e)所构成. 在此系统中, 元胞之间是相互离散的, 共同组成一个离 散的元胞空间; 每一个元胞在某一时刻 t只能对应一种由离散有限集合组成的状态; 邻域是由一定的规则定 义的中心元胞周围一定范围、 一定形状的所有元胞的集合, 中心元胞在下一时刻的元胞状态由中心元胞状态 及邻域元胞的状态所决定 ; 转换规则是元胞状态转换的规则 ; 决定元胞从 t时刻到 t+ 1 时刻元胞状态是否转 换和怎样转换; CA 中的 时间不具有物 理意义, 是 离散的. 用 数学符号来表 示一个标准的 CA 可以 表示如 下
不同情景下乌鲁木齐河流域土地利用动态模拟研究
不同情景下乌鲁木齐河流域土地利用动态模拟研究于浩;刘娟【期刊名称】《国土与自然资源研究》【年(卷),期】2024()3【摘要】收集2000、2010、2020年乌鲁木齐河流域土地利用/覆被变化等数据,通过多评价准则(MCE)的元胞自动机(CA)和马尔可夫链(Markov)模型,对2020年土地利用变化进行模拟,预测结果与实际解译结果对比,各土地利用类型的面积预测精度达到82%以上,空间格局kappa系数平均值为81.57,表明预测结果可信。
在此基础上,在不同场景下对2030年的土地利用空间格局进行模拟,结果表明,在趋势发展情景下,耕地、草地面积呈减少趋势,分别为15.1%和5.22%,建设用地、未利用地面积增幅较大,分别为26.09%和21.15%,表明按照当前城市扩张速度和产业结构布局方式发展,生态用地与建设用地需求的矛盾将日益突出,生态环境面临巨大挑战。
在生态优先情景下,建设用地面积增幅减缓至18.03%,耕地、林地、水域面积呈上升趋势,分别为10.26%、2.36%和11.11%,草地面积下降趋势减缓至3.55%,表明城市快速扩张得到遏制,耕地得到保护,林地、草地能够发挥更大的生态调节作用,水源的涵养能力有所提升,土地利用结构变化趋于均衡。
【总页数】4页(P15-18)【作者】于浩;刘娟【作者单位】新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局信息中心;新疆地矿局第一水文工程地质大队【正文语种】中文【中图分类】F301.2【相关文献】1.不同土地利用情景下巢湖杭埠—丰乐河流域非点源污染研究2.大沟头小流域不同土地利用格局下土壤侵蚀情景模拟研究3.闽江流域不同土地利用情景下的径流响应研究4.不同土地利用模式情景下贵州印江河流域生态水文响应研究5.流域土地利用变化情景下的水文响应模拟研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
大尺度和精细化城市扩展CA的理论与方法探讨
Theoretical and Methodological Perspectives of Fine-Scale Urban Expansion Cellular Automata forthe Large Regions作者： 王海军[1,2] 夏畅[1] 刘小平[3] 张安琪[1,4] 朱珏然[1] 王惠霞[1]作者机构： [1]武汉大学资源与环境科学学院,湖北武汉430079 [2]武汉大学教育部地理信息系统重点实验室,湖北武汉430079 [3]中山大学地理科学与规划学院,广东广州510275[4]北京大学城市规划与设计学院,广东深圳518055出版物刊名： 地理与地理信息科学页码： 1-8页年卷期： 2016年 第5期主题词： 城市扩展模拟 CA模型 大尺度 精细单元摘要：城市模型研究存在两个必然趋势：研究单元由粗糙单元向精细单元转变,研究范围由单个城市向城市群、整个国家乃至全球转变,但在大地理区域上建立精细化的城市模拟模型,兼顾大地理尺度和基本空间单元仍存在较大的难题,它对当前地理模拟的计算能力、数据质量和理论方法等都提出了新的要求。
在此背景下,该文从理论、方法和应用研究上总结近年来城市扩展CA 领域取得的重要进展和呈现的新特征,并提出构建大尺度和精细化城市模型的关键技术及亟待解决的主要问题,以满足未来城市模型在大数据量和高精度方面的要求。
研究得出以下结论：1）耦合CA模型与城市空间相互作用模型,可弥补城市扩展CA在表达城市网络空间联系与交互作用上的不足;2）丰富的带有地理位置信息的地理时空大数据,为开展大尺度和精细化城市扩展模拟研究创造前所未有的机遇;3）设计高性能地理元胞并行技术,可为大尺度和精细化城市CA计算提供高效运算工具;4）有必要探究地理时空数据和地理模拟过程的可靠性,实现对现实世界更为准确的模拟与预测。
基于CA-Markov模型的城市扩展及预测模拟研究——以西宁市为例的开题报告
基于CA-Markov模型的城市扩展及预测模拟研究——以西宁市为例的开题报告一、研究背景和意义随着城市化进程的加速，城市规模的扩张已成为一个全球性的趋势。
因此，研究城市扩展规律及其发展趋势，对于探索城市化进程中的空间结构演变规律、提高城市规划决策的科学性、减少城市跨越式发展对环境的不良影响等方面都具有重要意义。
本文选取青藏高原地区的西宁市为例，通过构建CA-Markov模型进行城市扩展及预测模拟研究，探究城市空间结构演变规律，预测未来城市扩张趋势和合理引导城市发展，为城市规划决策提供科学依据。
二、研究内容本文拟采用CA-Markov模型进行城市扩展及预测模拟研究，具体内容包括：1.数据收集和处理。
收集城市历年来的基础数据，包括人口、土地利用、地形地貌等方面数据，用于构建模型并进行模拟研究。
2.模型构建。
运用CA模型和Markov模型相结合的方法，构建CA-Markov模型，用于模拟城市空间演变过程和预测未来城市发展趋势。
3.模型参数设置。
根据所需的研究结果和实际情况，设置城市扩张模型的相关参数，如扩张速度、扩张方向等，以及Markov模型中的转移矩阵等参数。
4.模型验证和分析。
通过对历史数据和模拟结果的比对验证模型的可靠性，分析城市空间演变的规律及未来城市扩张趋势，为城市规划决策提供参考。
三、预期目标和成果本文旨在通过构建CA-Markov模型，研究城市扩展及预测模拟，探究城市空间结构演变规律，预测未来城市扩张趋势和合理引导城市发展。
预期实现的目标有：1.建立城市扩张模型，模拟城市扩张过程，分析城市演变规律和趋势。
2.对模型进行验证分析，验证模型可靠性，为城市规划决策提供科学依据。
3.提出科学合理的城市规划方案，引导城市发展，减少城市扩张对环境的不良影响，为城市可持续发展提供参考。
四、研究方法本文主要运用CA-Markov模型，该模型基于CA模型和Markov模型的理论，是一种基于细胞自动机空间模型的城市扩张模型。
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地的元胞; 为邻居元胞集合[ 13] 。为了避免模型中
元胞均匀向外扩展这一弊端, 要真实反映出城市向
Байду номын сангаас
优势方向发展这一规律, 需要对邻域作用值公式进
行相应的扩展:
N D { x , y} = N { x, y} Dp
式中: N D { x, y} 表示受方向发展概率影响下的邻居作
用影响值; D p 表示{ x , y } 处元胞受 8 个方向概率的
标准 CA 模型的转换规则是局部并由空间排列 决定的映射函数[ 12] , 而城市地理实体的动态变化是 复杂的, 不仅受局部邻域元胞间的相互作用, 而且还 受区域范围多种因素作用。因此, 在确定元胞状态 转换规则时必须综合考虑微观、中观与宏观因素, 建 立多层次转换规则以便较真实地模拟城市的扩展。
1) 城市用地扩展的影响因子总结。为了合理制 定规则, 需要对都市圈城市空间扩张的约束条件与 驱动机制进行总结。 ! 新的城市用地一般是受现有 城市用地的影响在其近邻地区发展起来的, 因此城 市用地现状是模型的基础层; ∀ 研究区土地面积虽 然很大, 但综合考虑地形、土壤、地质、水系等因素, 适合城市发展的用地有限, 因此, 有必要进行城市用 地适宜性评价 来确定城市空间可以扩 展的最大范 围; # 交通便利的地方容易发展为城市用地, 人口增 长、经济发展既需要又推动城市用地向外扩展。因 此, 将叠合的社会经济因子层作为影响城市扩展的 驱动概率层; ∃城市现有的空间格局是经过一定时 期演变而成, 具有自身的合理性, 并且在今后一段时 期仍有向此方向发展的惯性。所以, 城市空间扩展 趋势对今后的城市扩展有一定影响, 可以将其作为 模型中影响城市发展方向的概率层; % 在政策规划
1. 2 模型构建
1. 2. 1 元胞与元胞空间构建 城市增长的时空动态变化过程首先是一个地理
过程, 因而模型中的元胞空间可以很自然地转变为 笛卡尔坐标体系下的地理空间, 这样元胞空间就被 赋予了空间尺度的概念, 具有一定的 地理意义[ 10] 。 将研 究 区 ( 图 1 ) 作 为 元 胞 空 间, 总 面 积 为 7 903. 53 km2。元 胞 取 四 方网 格 状, 元胞 大 小 为 100 m 100 m , 元胞空间内共有790 353个元胞。经 过数据的前期处理, 所有参与 CA 模型运算的图层 均经过地理校正并且转变为与元胞大小一致的栅格
了经 济优先、生态优先与规划优先 3 种不同情景下的 城市用 地扩展, 对都 市圈城 市用地 今后的发 展起到 重要的 启
示作用。
关键词: 乌鲁木齐; 都市圈; CA 模型; 多 情景; 模拟
中图分类号: F291. 1
文献标识码: A
城镇发展的日益区域化、区域发展的日益城镇化 已成为城市 区域发展的全球性主体趋势, 并形成 了复杂的区域城镇群体化发展现象[ 1] 。都市圈作为 当前城镇群体演化的一种趋势, 是区域城镇群体发展 到一定阶段的产物[ 2] , 它是一种圈域层面的城镇群体 空间, 是一个大的城市以及与其有着密切社会经济联 系的具有一体化倾向邻接地域组合[ 3] 。随着城市化 进程的加快, 在我国经济社会发展水平最高的长江三 角洲与珠江三角洲地区, 已经形成一些较为成熟的都 市圈[ 4] 。同时, 在一些经济发展 水平较高的大中城 市, 一些区域性都市圈和地方性都市圈也在逐渐形 成[ 5] , 我国西北干旱区这一特殊地理背景下也出现了 绿洲城镇群体地域空间。天山北坡是新疆城镇最为 集中的地方, 在空间上形成了绿洲城镇群体发展格 局, 乌鲁木齐及其周边中小城市的一体化发展尤为显 著[ 6- 7] 。乌鲁木齐、昌吉、米泉、阜康与五家渠在地理 空间上分布集中、在经济发展中相互渗透、在交通联 系上日益紧密, 已经形成一个绿洲型都市圈的雏形, 并成为新疆绿洲经济发展的增长极[ 8] 。2004 年末起, 乌鲁木齐都市圈经济一体化过程开始实施, 这一进程 将对今后区域用地空间造成较大的影响, 尤其会在很 大程度上影响作为绿洲经济载体的城市空间。在都 市圈发展中, 城市用地不可避免地要继续扩大, 城市
1 乌鲁木齐都市圈城市群体扩展 CA 模型构建
1. 1 模型构建思路
本研究仅从城市形态角度模拟城市空间扩展, 只考虑非城市用地向城市用地的变化。构建都市圈 城市群体空间扩展的 CA 模型将按照以下的思路展 开。首先, 都市圈内的城市均遵循个体扩张的规律, 即每个城市的用地在内部社会经济驱动力的影响下 向外扩展, 并且在扩展的方向、速度等方面具有自身
( 1) 用地适宜性
k
m
( ) S{ x, y} = [
Wi si{x, y } ]
sj{ x, y }
i= 1
j = k+ 1
式中: S{ x, y} 为位于{ x , y } 处的元胞能够转化为城市
用地的适宜性程度; Wi 为限制因子的权重; si 是部
分限制因子, 一般通过因子量化分级法进行赋值或
子对城市用地扩展的驱动概率。由于本文研究的是
多个城市的空间扩展, 为了表现核心城市对其他城 市的吸引力也影响城市用地扩展这一规律, 这里对
上述公式进行如下扩展:
PF { x , y} = P F { x , y} { x , y} 式中: PF{ x , y} 表示核心城市作用力下的城市扩展影 响概率值; F{ x , y} 为核心城市对周边各城市的影响系 数, 后文的数据处理部分也会对其进行阐述。
模型参数对于模拟和预测结果具有决定性的作 用, 因此, 确定一套合适的模型参数是保证模拟效果 的关键。然而, CA 模型中的参数与模拟结果之间 的不确定性关系, 以及较多模型参数和参数的可选 值, 使得模型参数的优选工作非常困难, 模型参数的 选取通常需要经过反复调试来确定[ 14] 。本研究基 于 2002 年与 2006 年的历史数据, 通过反复运行、比 较和调试确定一套较为适合的参数初选方案。
第 29 卷 第 5 期 2009 年 9 月
文章编号: 1000 694X ( 2009) 05 0820 08
中国沙漠
JO U RN A L O F DESERT R ESEA RCH
V ol . 29 N o. 5 S ep. 2009
基于 CA 模型的乌鲁木齐都市圈 城市用地扩展模拟研究
张新焕1, 祁 毅2 , 杨德刚1, 徐建刚2
2) 转换规则 的制定。基于 影响因素的作 用机 制, 结合城市用地扩展的规律, 制定 CA 模型元胞演 化规则( 图 2) 。规则制定流程中所涉及的判断条件 分别由下面的数学模型计算得出:
图 2 CA 模型规则制定流程图 F ig. 2 T he flow char t for rule o f CA mo del
影响值, 每个城市在 8 个方向有不同的发展概率, 后 文的数据处理部分会对其进行阐述。
( 3) 影响概率值
n
( P{ x, y } =
W pi i{ x , y}
i= 1
式中: P { x, y} 为位于{ x , y } 处的元胞向城市用地转化
的概率值; W i 为影响因子的权重; p i 为某类影响因
用地今后发展到多大规模、向哪里发展以及如何扩展 是都市圈用地可持续发展需要关注的内容。
由于元胞自动机( Cellular Aut omat on, CA ) 模 型可以通过一些简单的局部规则有效模拟出复杂系 统的空间格局形成过程[ 9] , 笔者尝试利用 CA 模型 模拟乌鲁木齐都市圈城市用地的扩展过程, 模拟对 象为都市圈多个城市的空间扩展。在现有 CA 模型 技术支持下, 把相关理论与城市扩展的特征融合到 CA 模型中, 模型构建 不仅考虑城市自身的扩展规 律, 而且也需要体现都市圈城市群体发展的特征, 以 期能改进模型的结构并改善模拟结果, 更为真实地 反映都市圈城市群体扩展过程。
分级; sj 为绝对限制因子, 其值取 0 和 1, 分 别表示
位置{ x , y } 处的元胞∗ 不能+和∗ 可以+转化为城市用
地。 ( 2) 邻居作用值
( N { x, y} =
1 n
[
i=
1
X (i, j)
]
式中: N { x, y} 为位于{ x , y } 处的元胞受到邻近范围城
市化元胞的影响值; X ( i, j ) 为邻域 n 内状态为城市用
收稿日期: 2008 04 23; 改回日期: 2008 06 08 基金项目: 国家自然科学青年基金项目( 40801065) ; 中国科学院西部博士资助项目( X BBS200805) 资助 作者简介: 张新焕( 1978 ) , 女, 新疆裕民人, 博士, 助理研究员, 主要研究方向为区域经济与区域规划。Email : cheungant @ 163. com
数据。在干旱区绿洲中, 城市扩展主要侵占裸地与 农田, 城市扩展与周围用地类型的关系较为简单, 因 此可以将研究区内的元胞状态设定为城市用地与非
城市用地两种类型。
图 1 乌鲁木齐都市圈及核心 区土地利用状况( 2002 年) F ig . 1 Land use ( cov er) situat ion of the center part of U rumqi M et ropo litan A rea in 2002
第5期
张新焕等: 基于 CA 模型的乌 鲁木齐都市圈城市用地扩展模拟研究
821
的规律或特征。其次, 都市圈内城市用地的发展受 到区域用地适宜性的支持或约束, 并且当城市规模 越大时, 用地适宜性的影响也越显著。第三, 随着都 市圈经济一体化进程的加快, 城市已不再是封闭式 的发展, 城市之间的相互作用力逐渐成为影响城市 扩展的重要因素。因此, 模型构建过程中不仅要考 虑城市用地适宜性的影响和城市用地自身的扩展规 律, 而且还要考虑城市之间的相互作用。
1. 3 参与模型运算的数据处理