长江流域资源与环境 >> 2017, Vol. 26 >> Issue (02): 190-197.doi: 10.11870/cjlyzyyhj201702004
李沁1,2, 沈明1,2, 高永年1, 张志飞3
LI Qin1,2, SHEN Ming1,2, GAO Yong-nian1, ZHANG Zhi-fei3
摘要: 为合理利用多智能体算法解决城市扩张动态模拟问题,基于地理学理论和社会学规律对粒子群算法进行有针对性的改进,提出分段式粒子群算法(SPSO),并结合元胞自动机模拟复杂时空过程的能力,构建出适用于城市扩张模拟的地理元胞自动机SPSO-CA。在SPSO-CA中我们利用多时像的土地利用数据、交通路网数据和地形数据,挖掘出1995~2000年南京城市扩张的土地转换规则。再由此规则实现1995~2008年的南京市城市扩张过程的动态模拟。最后对比SPSO-CA、PSO-CA及NULL模型结果得:SPSO-CA总精度86.3%,Kappa系数为0.792,Moran's I为0.078,PSO-CA总精度83.6%,Kappa系数为0.755,Moran's I为0.054,NULL模型总精度81.9%,Kappa系数为0.741,真实的Moran's I为0.072。这表明无论是总精度还是空间一致性,SPSO-CA都优于PSO-CA和NULL模型,即用SPSO-CA模拟城市扩张是可行的。
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[1] 邵晓梅, 刘庆, 张衍毓. 土地集约利用的研究进展及展望[J]. 地理科学进展, 2006, 25(2):85-95.[SHAO X M, LIU Q, ZHANG Y Y. Advances and expectations of intensive land use researches[J]. Progress in Geography, 2006, 25(2):85-95.] [2] 谈明洪, 李秀彬, 吕昌河. 我国城市用地扩张的驱动力分析[J]. 经济地理, 2003, 23(5):635-639.[TAN M H, LI X B, LV C H. An analysis of driving forces of urban land expansion in China[J]. Economic Geography, 2003, 23(5):635-639.] [3] BATTY M, XIE Y. From cells to cities[J]. Environment and Planning B:Planning and Design, 1994, 21(7):S31-S48, doi:10.1068/b21s031.[DOI:10.1068/b21s031] [4] 韩玲玲, 何政伟, 唐菊兴, 等. 基于CA的城市增长与土地增值动态模拟方法探讨[J]. 地理与地理信息科学, 2003, 19(2):32-35.[HAN L L, HE Z W, TANG J X, et al. A study on dynamic simulation of urban growth and land value increment based on CA model[J]. Geography and Geo-Information Science, 2003, 19(2):32-35.] [5] HE Y Q, AI B, YAO Y, et al. Deriving urban dynamic evolution rules from self-adaptive cellular automata with multi-temporal remote sensing images[J]. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 2015, 38:164-174. [6] WANG H J, HE S W, LIU X J, et al. Simulating urban expansion using a cloud-based cellular automata model:a case study of Jiangxia, Wuhan, China[J]. Landscape and Urban Planning, 2013, 110:99-112. [7] NOURI J, GHARAGOZLOU A, ARJMANDI R, et al. Predicting urban land use changes using a CA-Markov model[J]. Arabian Journal for Science and Engineering, 2014, 39(7):5565-5573. [8] SANG L L, ZHANG C, YANG J Y, et al. Simulation of land use spatial pattern of towns and villages based on CA-Markov model[J]. Mathematical and Computer Modelling, 2011, 54(3/4):938-943. [9] FENG Y J, LIU Y, TONG X H, et al. Modeling dynamic urban growth using cellular automata and particle swarm optimization rules[J]. Landscape and Urban Planning, 2011, 102(3):188-196. [10] 刘小平, 黎夏, 叶嘉安, 等. 利用蚁群智能挖掘地理元胞自动机的转换规则[J]. 中国科学D辑:地球科学, 2007, 37(6):824-834.[LIU X P, LI X, YEH A G O, et al. Discovery of transition rules for geographical cellular automata by using ant colony optimization[J]. Science in China Series D:Earth Sciences, 2007, 50(10):1578-1588.] [11] MA S F, HE J H, LIU F, et al. Land-use spatial optimization based on PSO algorithm[J]. Geo-Spatial Information Science, 2011, 14(1):54-61. [12] 李爱国, 覃征, 鲍复民, 等. 粒子群优化算法[J]. 计算机工程与应用, 2002, 38(21):1-3, 17.[LI A G, QIN Z, BAO F M, et al. Particle swarm optimization algorithms[J]. Computer Engineering and Applications, 2002, 38(21):1-3, 17.] [13] 周驰, 高海兵, 高亮, 等. 粒子群优化算法[J]. 计算机应用研究, 2003, 20(12):7-11.[ZHOU C, GAO H B, GAO L, et al. Particle swarm optimization (PSO) algorithm[J]. Application Research of Computers, 2003, 20(12):7-11.] [14] 胥小波, 郑康锋, 李丹, 等. 新的混沌粒子群优化算法[J]. 通信学报, 2012, 33(1):24-30, 37.[XU X B, ZHENG K F, LI D, et al. New chaos-particle swarm optimization algorithm[J]. Journal on Communications, 2012, 33(1):24-30, 37.] [15] NESHAT M, SEPIDNAM G, SARGOLZAEI M. Swallow swarm optimization algorithm:a new method to optimization[J]. Neural Computing and Applications, 2013, 23(2):429-454. [16] 阳建逸. 基于蜂群智能的地理元胞自动机转换规则挖掘方法研究[D]. 南京:南京师范大学硕士学位论文, 2014.[YANG J Y. Research on discovering transition rules of geographic cellular automata based on bee colony optimization[D]. Nanjing:Master Dissertation of Nanjing Normal University, 2014.] [17] 黎夏, 叶嘉安. 知识发现及地理元胞自动机[J]. 中国科学D辑:地球科学, 2004, 34(9):865-872.[LI X, YEH A G O. Knowledge discovery for geographical cellular automata[J]. Science in China Series D:Earth Sciences, 2005, 48(10):1758-1767.] |
[1] | 王宇环, 靳 诚, 安鸿波, 刘 月. 基于低碳出行方式的南京市本地居民景点可达性研究[J]. 长江流域资源与环境, 2018, 27(11): 2443-2452. |
[2] | 童小容, 杨庆媛, 毕国华, . 重庆市2000~2015年土地利用变化时空特征分析[J]. 长江流域资源与环境, 2018, 27(11): 2481-2495. |
[3] | 高洁芝, 郑华伟, 刘友兆. 基于熵权TOPSIS模型的土地利用多功能性诊断[J]. 长江流域资源与环境, 2018, 27(11): 2496-2504. |
[4] | 程建, 程久苗, 吴九兴, 徐玉婷. 2000~2010年长江流域土地利用变化与生态系统服务功能变化[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(06): 894-901. |
[5] | 沈胤胤, 胡雷地, 姜泉良, 江俊武, 吴亚林, 黄涛, 杨浩, 宋挺, 黄昌春. 基于SWAT模型的太湖西北部30a来氮磷的输出特征[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(06): 902-914. |
[6] | 陈优良, 陶天慧, 丁鹏. 长江三角洲城市群空气质量时空分布特征[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(05): 687-697. |
[7] | 刘钢, 宋亚倩, 樊力硕, 汪志强. 基于有序Logistic回归的水库移民住房感知实证研究[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(04): 519-529. |
[8] | 张雪茹, 姚亦锋, 孔少君, 严菊颖. 南京市2000~2014年城市建设用地变化及驱动因子研究[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(04): 552-562. |
[9] | 闵敏, 林晨, 熊俊峰, 沈春竹, 金志丰, 马荣华, 许金朵. 不同土地利用模式下洪泽湖流域非点源颗粒态磷负荷时空演变研究[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(04): 606-614. |
[10] | 虎陈霞, 郭旭东, 连纲, 张忠明. 长三角快速城市化地区土地利用变化对生态系统服务价值的影响——以嘉兴市为例[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(03): 333-340. |
[11] | 赵志刚, 余德, 韩成云, 王凯荣. 2008~2016年鄱阳湖生态经济区生态系统服务价值的时空变化研究[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(02): 198-208. |
[12] | 田柳, 陈江龙, 高金龙. 城市空间结构紧凑与土地利用效率耦合分析——以南京市为例[J]. 长江流域资源与环境, 2017, 26(01): 26-34. |
[13] | 戴刘冬, 周锐, 张凤娥, 王新军. 城市土地利用对居民通勤碳排放的影响研究[J]. 长江流域资源与环境, 2016, 25(Z1): 68-77. |
[14] | 谢莹, 匡鸿海, 吴晶晶, 程玉丝. 基于CLUE-S模型的重庆市渝北区土地利用变化动态模拟[J]. 长江流域资源与环境, 2016, 25(11): 1729-1737. |
[15] | 刘金珍, 樊皓, 阮娅. 乌东德水库坝前段消落带生态类型划分及生态修复模式初探[J]. 长江流域资源与环境, 2016, 25(11): 1767-1773. |
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