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基本信息
- 項目名稱：
- CA-Markov模型在城市土地利用中的應(yīng)用研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- 本項目基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論,在建立土地利用變化Markor性質(zhì)統(tǒng)計檢驗方法的基礎(chǔ)上,構(gòu)建城市土地利用的元胞自動機-馬爾科夫模型(CA-Markor模型),并對其進(jìn)行計算機模擬,找出城市土地利用變化的規(guī)律,為土地管理提供輔助依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 本項目基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論、元胞自動機和馬爾科夫鏈的性質(zhì)，構(gòu)建城市土地利用的元胞自動機-馬爾科夫模型(CA-Markov模型)，給出了從眾系數(shù)矩陣的演化規(guī)則和確定方法。以舟山市土地利用變更為例，利用CA-Markov模型對該市土地利用變化進(jìn)行計算機模擬預(yù)測，分析城市土地利用變化的規(guī)律。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的：研究土地利用結(jié)構(gòu)的特征，發(fā)現(xiàn)土地利用過程中存在的問題，探索土地利用結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行動態(tài)模擬和預(yù)測，為城市土地管理部門合理配置土地資源提供依據(jù)。 基本思路：本項目基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論,在建立土地利用變化Markor性質(zhì)統(tǒng)計檢驗方法的基礎(chǔ)上,構(gòu)建城市土地利用的元胞自動機-馬爾科夫模型(CA-Markor模型),并以舟山市為例，對其進(jìn)行計算機模擬,找出舟山市土地利用變化的規(guī)律。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 第一，本項目以復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論，元胞自動機理論和馬爾科夫理論為理論指導(dǎo)，其研究內(nèi)容和方法是當(dāng)前國際上的前沿和主流。 第二，論文構(gòu)建了基于從眾矩陣的CA-Markov模型，更加全面細(xì)致地描述了CA-Markov模型。 第三，在充分利用Matlab的基礎(chǔ)上，提出了一種更為簡便的計算新方法，并得到相應(yīng)的土地利用變化規(guī)律，為城市土地管理部門合理配置土地資源提供決策依據(jù)。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 第一，本項目的計算機模擬研究，不僅減少了實驗時期資金的大量投入，還能減少實驗時間，具有廣泛的應(yīng)用性。 第二，我們的研究可廣泛應(yīng)用于城市土地規(guī)劃，為土地利用做預(yù)測規(guī)劃。 第三，項目模擬演化復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)的能力較好，適用于中小城市土地的利用開發(fā)，具有良好的市場經(jīng)濟效益前景。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論和Markov理論，構(gòu)建了城市土地利用的CA-Markov模型，給出了從眾系數(shù)矩陣的演化規(guī)則和確定方法。以舟山市土地利用變更為例，對該市土地利用變化進(jìn)行了計算機模擬，分析得到了城市土地利用變化的規(guī)律，結(jié)果顯示居民工礦用地將大幅度擴張，大面積的耕地和園林地被占用，需加強保護(hù)。同時，得到的土地利用系統(tǒng)非線性的復(fù)雜特征體現(xiàn)了CA-Markov模型具有模擬復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的能力。結(jié)果表明CA-Markov復(fù)合模型不僅具有空間演化的優(yōu)勢，還具有Markov過程的優(yōu)良性質(zhì)，比簡單的Markov模型和CA模型更優(yōu)越。
獲獎情況
- 該作品是2010年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項目（新苗人才計劃）“CA-Markov模型在城市土地利用中的計算機模擬研究”的中期研究成果。
鑒定結(jié)果
- 項目申報所涉及的材料真實可靠。
參考文獻(xiàn)
- 請?zhí)峁τ诶斫?、審查、評價所申報作品具有參考價值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄 [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] 熊利亞,常斌,周相廣.基于地理元胞自動機的土地利用變化研究[J].資源科學(xué), 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變化研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2004, 20(5): 286-291. [4] 湯潔,汪雪格,李昭陽等.基于CA-Markov模型的吉林省西部土地利用景觀格局變化趨勢預(yù)測[J].吉林大學(xué)學(xué)報，2010，40(2):406-411. [5] 楊國清,劉耀林,吳志峰.基于CA-Markov模型的土地利用格局變化研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報.2007，32（5）：414-418. [6] 劉縣明. CA-Markov模型及其在城市土地中的應(yīng)用研究[D].南昌大學(xué)，2007. [7] 馬新生，劉縣明，胡文玉.基于Markov模型的城市土地利用預(yù)測[J].南昌大學(xué)學(xué)報,2008,30(3):241-244. [8]吳瓊,王如松,李宏卿等.土地利用/景觀生態(tài)學(xué)研究中的馬爾可夫鏈統(tǒng)計性質(zhì)分析，應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2006,17（3）：434-437. [9] 張榮，孔海英.2009舟山年鑒[M].中國統(tǒng)計出版社.2009，8. [10] 舟山市2008年土地變更調(diào)查統(tǒng)計［DB/OL］.，2. [11] 王偉賢.有限齊次Markov鏈遍歷性的快速判定[J].工程數(shù)學(xué),1999,15(2):77．
同類課題研究水平概述
- 關(guān)于CA-Markov模型在土地利用中的應(yīng)用在國內(nèi)外已有較多研究。 在國外，在進(jìn)入90年代中期后，基于CA模型的城市增長模擬研究也越來越多的受到關(guān)注。加拿大的White和荷蘭的Engelen多次成功地應(yīng)用約束性元胞自動機模型模擬了城市的土地利用變化，如美國Cincinnati市的城市增長，全球氣候變化對Caribbean島土地利用構(gòu)成變化的影響研究等。Deadman等利用CA來模擬加拿大Ontario地區(qū)的農(nóng)村居民點的擴張過程，獲得了很好的結(jié)果。Couclelis將一種柵格形式的空間數(shù)據(jù)與CA模型相集成，來模擬城市的空間變化。Xie提出了城市發(fā)展動態(tài)模型(Dynamie Urban Evolution Model，簡稱DUEM)，該模型以元胞自動機理淪來描述和模擬具有自相似和分形分維特征的城市及其發(fā)展過程，并對Buffafo市的土地利用變化進(jìn)行了有效地模擬。Clarke在大型空間數(shù)據(jù)庫和各種分辨率遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的支持下，采用CA模型在宏觀和中觀尺度下模擬人為因素造成的土地利用變化，并在10到100乃至150年這樣的時間尺度上進(jìn)行中長期預(yù)測。他主要根據(jù)城市發(fā)展的市增長的CA模型，并將此模型與地理信息系統(tǒng)平臺松散結(jié)合，對美國的舊金山和巴爾的摩都市區(qū)的城市發(fā)展進(jìn)行了成功的模擬和預(yù)測。 在我國，基于CA的城市空間動態(tài)模型研究起步較晚。比較有影響的如周成虎等人在Batty和Xie的CA模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建了面向?qū)ο蟮?、隨機的和兩個CA模型藕合的GeoCA-Urban模型，該模型可以引入GIS空間數(shù)據(jù)庫、遙感土地分類等實際數(shù)據(jù)來模擬和預(yù)測具體城市的發(fā)展演化，并于1999年出版了《地理元胞自動機》一書，對相關(guān)工作進(jìn)行了介紹和總結(jié)，該書是國內(nèi)有關(guān)CA在地理學(xué)中應(yīng)用的第一本教材，具有很大的參考價值。還有劉繼生，陳彥光（2002 ）對基于GIS的元胞自動機模型與人地關(guān)系的復(fù)雜性做了深入的探討，并提出了開發(fā)智能化CA-GIS模擬方法的初步設(shè)想；楊潔（2010）等在運用RS-GIS技術(shù)得出土地利用景觀格局分布圖的基礎(chǔ)上，利用CA-Markov耦合模型對土地利用景觀格局變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測。
