基于GIS与地理元胞自动机（Geo-CA）模型的城市空间扩展模拟研究——以呼和浩特市为例

摘要

城市为自然、社会、经济、文化等众多子系统组成的高度复杂的时空耦合巨系统，不仅是人类活动最为集中的地域，也是人文因素和自然因素相互作用最为敏感的空间。城市化是人——地关系的焦点，主要表现为城市空间扩展。然而，由于城市具有开放性、动态性、自组织性等耗散结构特点，其行为有着高度的复杂性。传统的方法已经无法真实准确的模拟城市的发展与土地利用变化过程。因此，急需引进新的技术手段来对城市的空间扩展过程进行动态的模拟和预测，为城市规划与管理提供准确的决策信息。地理元胞自动机(Geo-CA)是一种时间、空间都离散的动力学模型，是研究复杂系统随着时空变化的典型方法，特别适合对城市复杂系统的时空动态变化的模拟。 本文以呼和浩特市为研究区，利用GIS与地理元胞自动机模型，以呼和浩特市19915和2004年土地利用现状为数据源，构建呼和浩特市GeoCA-Urban模型，确定合理的邻居及转换规则，经过反复的对比和调整参数，最终得出较为合适的一套参数，并模拟出呼和浩特市1995～2004年逐年的城市土地利用状况，对模型进行误差检验后各类用地在其总量变化上的模拟平均误差6.25％。在此基础上预测了呼和浩特市2010年的城市土地利用情景。结果显示：到2010年居住用地3692.52公顷，比2004年增长了412.92公顷，平均每年扩展68.82公顷；工业用地2922.03公顷，比2004年增长了332.37公顷，平均每年扩展55.40公顷；商业用地2888.87公顷，比2004年增长了460.31公顷，平均每年扩展76.72公顷。空间上呈往南扩展，东西适度扩展的态势。

目录

文摘

英文文摘

1研究综述

1.1选题背景和研究意义

1.2国内外研究进展

1.2.1国外研究进展

1.2.2国内研究进展

1.3技术路线

1.4论文框架

1.5主要创新

2城市空间数据库

2.1城市系统的复杂性

2.2城市空间数据的特征与组织方式

2.2.1城市空间数据的特征

2.2.2城市空间数据组织方式

2.3城市系统研究方法

2.4地理元胞自动机在城市复杂系统研究中的优点与缺点

2.4.1地理元胞自动机在城市系统研究中的优点

2.4.2地理元胞自动机在城市系统研究中的缺点

3.研究方法

3.1地理元胞自动机提出和概念构成

3.1.1地理元胞自动机提出

3.1.2地理元胞自动机的概念

3.2地理元胞自动机的构成

4.实证研究

4.1研究区概况

4.2数据获取与处理

4.3呼和浩特市GeoCA-Urban模型的建立

4.3.1确定种子点

4.3.2控制因素层

4.3.3模型调试和确立模型参数

4.3.4演化周期的确定

4.4误差检验

4.5仿真模拟与结果分析

4.5.1仿真模拟

4.5.2结果分析

5结论与展望

5.1结论

5.2问题与展望

参考文献

后记