元胞自动机在城市模拟中的误差传递与不确定性的特征分析

摘要

元胞自动机 (Cellular Automata,简称CA)已越来越多地用于地理现象的模拟中,如城市系统的演化等.城市模拟经常要使用GIS数据库中的空间信息,数据源中的误差将会通过CA模拟过程发生传递.此外,CA模型只是对现实世界的近似模拟,这就使得其本身也具有不确定性.这些不确定因素将对城市模拟的结果产生较大的影响,有必要探讨CA在模拟过程中的误差传递与不确定性问题.本文采用蒙特卡罗方法模拟了CA误差的传递特征,并从转换规则、邻域结构、模拟时间以及随机变量等几个方面分析了CA不确定性产生的根源.发现与传统的GIS模型相比,城市CA模型中的误差和不确定性的很多性质是非常独特的.例如,在模拟过程中由于邻域函数平均化的影响,数据源误差将减小;随着可用的土地越来越少,该限制也使城市模拟的误差随时间而减小;模拟结果的不确定性主要体现在城市的边缘.这些分析结果有助于城市建模和规划者更好地理解CA建模的特点.