基于GIS和元胞自动机的艾滋病传播研究

摘要

元胞自动机是复杂系统研究的重要工具，依据简单的局部转换规则可以模拟出复杂的现象，应用于流行病传播研究中为流行病预防提供依据;地理信息系统具有强大的空间分析模块，可用于流行病的空间分布特征研究，找到影响流行病传播的各种可能因素。基于元胞自动机的流行病传播模型是一种简单高效的动态系统，地理信息系统可以存储大量空间数据，具有强大的对静态空间数据的分析功能，结合元胞自动机传播模型动态演化数据以及地理信息系统的数据分析功能，集成二者，发挥各自的优势，在统一地图平台下创建基于元胞自动机的集成系统，可以实时分析和显示数据，得到更加真实的流行病传播模拟效果，为流行病传播研究提供了一个新思路，具有一定的现实意义。
　　本文考虑将MapX组件嵌入到CA中的集成方法，建立一个基于流行病数据的可以动态模拟传播过程的新系统，系统的完成主要通过VC++编程实现。该集成系统主要由两部分组成，一部分是系统的内部驱动机制，也是系统的核心部分，基于元胞自动机的流行病传播模型，定义影响流行病传播的各类参数，例如:元胞状态、元胞传染强度、元胞抵抗力、邻居构成、传染概率等参数，结合具体的空间数据可以不断的改进各参数值以及定义方法，优化元胞自动机传播模型以及状态跟新规则;另外一部分就是系统的图形显示部分，通过MapX的数据绑定操作以及依据单一属性、多属性的专题图制作方法，将绑定的初始数据以及元胞自动机传播模型的模拟结果数据在地图平台上图形化显示出来，得到系统的可视化界面，进一步研究分析流行病的传播特点。最后应用文中所提出的理论和方法，以武汉市十三个行政区11年的艾滋病统计数据为例，进行数据预处理，简单空间分析（基于统计数据的单一属性、多属性专题图）及不同初始条件下元胞自动机传播模型的两次模拟，得到可能的传播结果图，将模拟数据与真实数据进行对比，进一步证实了这一集成系统在流行病传播领域中应用的可行性。
　　本文的创新点:
　　(1)扩展了元胞自动机传播模型。引入实际的地图数据作为元胞空间显得更加真实，参照具体对象的实际位置信息，例如:居住地址或者所在地的经纬度坐标等，计算两点的实际距离，优化地理邻居的定义，结合空间对象的空间数据以及感染数据，优化传播模型的转换规则。
　　(2)使用MapX的对地理数据的分析显示功能，为元胞自动机模型的图形化界面显示提供了新的途径。基于状态属性字段值制作专题图，可以清晰的显示出具体地图背景下，元胞自动机传播模型的模拟结果图。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 课题研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 基于元胞自动机的流行病传播模型研究现状

1．3．2 GIS与元胞自动机集成在各领域的研究现状

1．4 本文主要工作和安排

第二章 CA、MapX理论基础和集成系统设计

2．1 元胞自动机模型

2．2 MapX组件介绍

2．2．1 MapX中的数据结构

2．2．2 MapX中常用类及方法

2．3 集成元胞自动机模型与地理信息系统结构

2．3．1 总体结构设计图

2．3．2 数据库设计

2．3．3 数据库与MapX的连接方法

2．3．4 MapX主题地图制作方法

2．3．5 元胞自动机模型构建

2．3．6 模拟流行病传播过程

2．4 本章小结

第三章 CA中嵌入MapX研究流行病传播过程

3．1 数据预处理部分

3．1．1 基于流行病数据的专题图制作

3．1．2 VC++下MapX开发环境的建立

3．1．3 流行病数据绑定、图层显示

3．2 基于元胞自动机的流行病传播模型

3．2．1 元胞自动机传播模型中相关参数定义

3．2．2 元胞自动机初始化

3．2．3 两类邻居定义

3．2．4 个体传染概率函数定义

3．2．5 元胞状态转换规则定义

3．3 本章小结

第四章 武汉市艾滋病数据分析与艾滋传播研究

4．1 数据预处理及图层绑定

4．1．1 基于HIV、AIDS感染数及死亡数的专题图制作与分析

4．1．2 地图数据与艾滋病属性数据绑定

4．1．3 基于2001、2009、2011年数据制图与分析

4．2 基于GIS和元胞自动机的艾滋病传播模型模拟结果及分析

4．2．1 初始感染个体都为发病期个体

4．2．2 初始感染个体包括发病期个体和潜伏期个体

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与项目情况

附录