元胞自动机的方法与应用

元胞自动机的方法与应用


发布日期: 1970-01-01 更新日期: 2015-01-28 编辑:giser 浏览次数: 4161

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摘要: 由数学领域衍生出来的元胞自动机(CA)非常适合模拟基于简单决策规则的复杂空间过程。每个元胞都有自己的状态(或者功能),其被周围元胞和自己的特征所影响。元胞之间的交互作用的程度和趋势由所谓的转换规则决定。元胞自动机在地理建模上的应用最先被Tobler提出,这个概...

由数学领域衍生出来的元胞自动机(CA)非常适合模拟基于简单决策规则的复杂空间过程。每个元胞都有自己的状态(或者功能),其被周围元胞和自己的特征所影响。元胞之间的交互作用的程度和趋势由所谓的转换规则决定。元胞自动机在地理建模上的应用最先被Tobler提出,这个概念后来被用于模拟城市形状、城市增长、土地利用计划编制和城市与区域发展计划制定。 CA方法可以很好地模拟一个地点与其直接环境之间的相互作用,而周围环境已被经验性地证明是土地利用变化的一个重要驱动因子。Holland 指出这种局部交互作用方法的一个重要组成成分是“突发性”。在CA模型中全球性的突变现象是每个独立的元胞相互作用的综合性表现。这种模拟结果即使可以用个体元胞的行为来预测,也将是极其困难的。

另外,在CA模型中基于位置的信息常常被用于建立转换规则,如一个元胞的自然适宜性或政策限制。从而CA模型比之集中于研究空间交互作用的模型得出的模拟结果更为真实。理论上经典CA模型与导致土地利用变化的决策过程之间的关系有限。因此,现代CA模型的应用需要结合其它学科来获取更为真实的土地利用变化模拟结果,如用转换概率描述一个地点可能的空间发展情况的马尔科夫模型。元胞的状态改变概率由元胞的初始状态、周围元胞和含有转换概率的转换矩阵共同决定。此种方法的有趣之处在于土地利用的连续变化(植被类型的演替或农业用地到居民用地的变化)能清楚地被描述为可能,而其它变化(工业用地到农业用地)则被描述为不可能或在特定情况被说成不会发生。元胞根据可能性概率估计值改变状态,而不是元胞模型的转换规则。CA模型另一个控制个体元胞之间空间交互作用的方法是引入高水平限制条件,如土地利用变化幅度。对于Environment Explorer模型和基于MOLAND框架的情形,可通过一个区域水平空间交互作用模型来实现这种控制。

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