元胞自动机

物理属性，交通可达性等
交通分配
土地利用模型
交通规划模型
土地利用预测模型框架
土地利用预测模型 （Multinomial Logistic回归模型）
土地利用分配模型 （得到第t+1年土地利用状态）
结果是否满足要求 是 得到最终第t+1年土地利用状态
否
土地利用预测模型
2.CA模拟土地利用原理
CA 模拟土地利用通常将所研究的区域划分为若干个单元( 称为 元胞) ，每个元胞有对应的状态和邻居，其当前状态及邻居状 况确定下一时期该元胞的状态．土地利用变化的历史趋势、土 地适宜性及相关的政策、经济因素构成规则，共同决定着元胞 类型转换的可能性． 虽然 CA 具备强大的建模能力，但单个 CA 很难准确地模拟出复杂城市系统的各种特征，需引入与城市发 展相关的空间变量和局部变量，提高 CA 模拟的准确度． 这些 变量主要包括与商业中心的最短距离; 与居住中心的最短距离; 与各类道路以及河流等地理要素的最短距离;以及与城市经济 发展相关的要素等．
土地利用 CA 模型的转换规则
转换概率或转换潜力来表示． 采用元胞本身的适宜性、邻域的集聚影响 及随机扰动因素来计算模型的转换潜力。 运用聚集、繁殖、扩散、坡度限制和道路 的影响来定义模型的转换力． 采用逻辑回归模型来获取该转换规则．
土地利用规划布局流 程图
一角度，元胞自动机可视为动力系统，因而可将初试点、轨道、不动点、周期轨和终极
轨等一系列概念用到元胞自动机的研究中
三、CA分类
——基于维数的元胞自动机
• 一维元胞自动机 • 二维元胞自动Hale Waihona Puke Baidu • 三维元胞自动机
• 高维元胞自动机
四、CA应用
在地理学上的应用
土地利用变化 城市扩展 人口迁移
CA应用
火灾蔓延 沙漠化 洪水掩没 交通控制
• (2)周期型:经过一定时间运行后，元胞空间趋于一系列简单的固定结构(Stable Paterns)
或周期结构(Perlodical Patterns)。由于这些结构可看作是一种滤波器(Filter)，故可应 用到图像处理的研究中。 • (3)混沌型:自任何初始状态开始，经过一定时间运行后，元胞自动机表现出混沌的非周 期行为，所生成的结构的统汁特征不再变止，通常表现为分形分维特征。 • (4)复杂型:出现复杂的局部结构，或者说是局部的混沌，其中有些会不断地传播。从另
具影响力的当属S. Wolfram在80年代初做的基于动力学行
为的元胞自动机分类，而基于维数的元胞自动机分类也是 最简单和最常用的划分。
三、CA分类
——基于动力学行为的元胞自动机
• (1)平稳型:自任何初始状态开始,经过一定时间运行后，元胞空间趋于一个空间平稳的构 形，这里空间平稳即指每一个元胞处于固定状态。不随时间变化而变化。
……
元胞自动机在土地利用变化中应用
长期以来，CA 模型被广泛模拟土地利用模式随时间、空 间的演化规律和影响，通过引入栅格来表示土地本身及相 邻土地的利用形式，引入社会因素和非经济因素，例如就 业、交通、土地利用和增长管理政策的影响，预测土地利 用变化。CA 模拟城市土地利用的关键是使用一系列空间 变量和局部变量来确定模型的转换规则，目前较为流行的 方法包括主成分分析方法、神经网络方法、粗集和逻辑回 归方法等。
土地利用预测模型
1.模型介绍
土地利用变化是一个复杂的、不可重复的过程， 建立土地利用模型必须考虑到的因素包括: 土地 需求的增长、经济发展、元胞土地状态的空间 适宜性、居民决策过程、雇佣者、土地拥有者 和政策的改变等．
土地利用预测与交通的相互作用
土地利用分配模型
交通生成
交通分布 土地利用概率模型 交通方式划分
土地利用规划模型课堂报告
元胞自动机在土地利用 变化中应用
资源环境监测与规划 牟婷婷
一、CA概念
• CA英文全称是Celluar Automata，中文译名为元胞自动机，又 有人称之为细胞自动机。
• CA是一种时间、空间、状态都离散，(空间上的)相互作用和(时
间上的)因果关系皆局部的格网动力学模型。具有模拟复杂系统 时空演化过程的能力。 • 1948年，数学家Von Neumann首次提出元胞自动机(CA)的概 念。
二、CA组成
• CA由 “元胞” 、“邻域”和“转换规则” 三部分组成， 元胞具有“状态”属性
…… t时刻状态 转换规则 t+1时刻状态 ……
三、CA分类
元胞自动机的构建没有固定的数学公式，构成方式繁杂， 变种很多，行为复杂，故其分类难度也较大 。 基于不同的出发点，元胞自动机可有多种分类 。其中，最