城市建设用地扩张研究中CA模型的应用

基于CA-Markov模型的城市扩展及预测模拟研究——以西宁市为例的开题报告一、研究背景和意义随着城市化进程的加速，城市规模的扩张已成为一个全球性的趋势。

因此，研究城市扩展规律及其发展趋势，对于探索城市化进程中的空间结构演变规律、提高城市规划决策的科学性、减少城市跨越式发展对环境的不良影响等方面都具有重要意义。

本文选取青藏高原地区的西宁市为例，通过构建CA-Markov模型进行城市扩展及预测模拟研究，探究城市空间结构演变规律，预测未来城市扩张趋势和合理引导城市发展，为城市规划决策提供科学依据。

二、研究内容本文拟采用CA-Markov模型进行城市扩展及预测模拟研究，具体内容包括：1.数据收集和处理。

收集城市历年来的基础数据，包括人口、土地利用、地形地貌等方面数据，用于构建模型并进行模拟研究。

2.模型构建。

运用CA模型和Markov模型相结合的方法，构建CA-Markov模型，用于模拟城市空间演变过程和预测未来城市发展趋势。

3.模型参数设置。

根据所需的研究结果和实际情况，设置城市扩张模型的相关参数，如扩张速度、扩张方向等，以及Markov模型中的转移矩阵等参数。

4.模型验证和分析。

通过对历史数据和模拟结果的比对验证模型的可靠性，分析城市空间演变的规律及未来城市扩张趋势，为城市规划决策提供参考。

三、预期目标和成果本文旨在通过构建CA-Markov模型，研究城市扩展及预测模拟，探究城市空间结构演变规律，预测未来城市扩张趋势和合理引导城市发展。

预期实现的目标有：1.建立城市扩张模型，模拟城市扩张过程，分析城市演变规律和趋势。

2.对模型进行验证分析，验证模型可靠性，为城市规划决策提供科学依据。

3.提出科学合理的城市规划方案，引导城市发展，减少城市扩张对环境的不良影响，为城市可持续发展提供参考。

四、研究方法本文主要运用CA-Markov模型，该模型基于CA模型和Markov模型的理论，是一种基于细胞自动机空间模型的城市扩张模型。

城市规划中的土地利用模型研究城市规划是指通过对城市的空间布局、土地利用和城市发展进行合理调控，以实现城市的可持续发展和提高城市居民的生活质量。

土地利用模型是城市规划中的重要工具，它可以帮助规划师预测和评估土地的合理利用，优化土地资源配置，实现城市的可持续发展。

城市规划中的土地利用模型研究主要包括城市土地利用变化模型、土地需求预测模型和土地利用评价模型等。

首先，城市土地利用变化模型是研究城市土地利用变化规律的重要工具。

城市土地利用变化模型可以通过对历史土地利用数据的分析，探究城市土地利用的演化过程和影响因素。

常用的城市土地利用变化模型包括Markov链模型和CA（Cellular Automata）模型。

Markov链模型通过建立状态转移概率矩阵来模拟土地利用变化的概率，研究土地利用的动态演变。

而CA模型则基于细胞自动机理论，将城市土地划分为多个细胞单元，模拟土地利用变化的空间分布规律。

这些模型可以帮助规划师预测未来的土地利用变化趋势，为城市规划提供科学依据。

其次，土地需求预测模型是用于预测城市土地需求和优化土地配置的工具。

城市的发展需要不断增加土地供给，但土地是有限的资源，因此如何合理利用土地成为城市规划师需要解决的重要问题。

土地需求预测模型可以通过分析城市的经济发展、人口增长、产业结构等因素，预测未来的土地需求量和结构，并提出相应的土地利用策略。

常用的土地需求预测模型包括层次分析法、模糊综合评判模型和神经网络模型等。

这些模型可以帮助规划师制定合理的土地利用政策，提高土地利用效率。

最后，土地利用评价模型是用于评估城市土地利用效益和环境效应的工具。

城市规划应当注重土地的可持续利用，即在满足城市发展需求的同时，保护环境和提高居民生活质量。

土地利用评价模型可以通过构建评价指标体系，综合考虑土地利用的经济、社会和环境效益，对土地利用进行科学评估。

常用的土地利用评价模型包括环境承载力评价模型、生态效益评价模型和经济效益评价模型等。

A Applied Research of Urban Morphology Evolution
Based on Urban Planning CA Model 作者： 尹长林[1,2] 张鸿辉[1,2] 刘勤志[3]
作者机构： [1]中南大学信息物理工程学院,湖南长沙410083 [2]长沙市规划信息服务中心,
湖南长沙410013 [3]贵州大学继续教育学院,贵州贵阳550001
出版物刊名： 地理与地理信息科学
页码： 71-74页
主题词： CA模型 城市空间形态 动态模拟 长沙
摘要：基于CA模型，从城市规划角度，通过引入控制性详细规划层，将整个城市空间划分
为不同组团片区，构建了自下而上和自上而下相结合的城市规划CA模型（UPCA），并以长沙
市为例进行实证研究。

结果表明：该模型简化了传统CA城市模拟模型的数据量，提高了模型的模拟精度，并增强了模型的规划决策功能，使模型具备一定的社会经济分析能力。

CA—Markov模型在土地利用模拟研究中的应用作者：王菲柴旭荣来源：《现代农业科技》2013年第02期摘要土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的热点。

研究土地利用变化模拟的方法很多，将各个模型相互结合逐渐成为土地利用变化模拟的研究前沿。

该文简要回顾了马尔科夫链模型和元胞自动机模型在土地利用模拟中的研究进展，探讨了这2种模型在研究中的优缺点，并对其今后在土地利用变化模拟中的发展趋势提出了展望，以为土地利用变化模拟研究提供参考。

关键词元胞自动机；马尔科夫链；土地利用变化中图分类号 F301.24 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）02-0227-01土地利用变化模拟研究已经成为土地利用变化研究的重点，是当今土地利用变化研究中的前沿和热点课题。

土地利用变化空间化建模一直是土地利用变化研究的难点问题。

土地利用变化模拟研究常用的方法很多，现阶段人们进行土地利用变化模拟的方法主要有马尔科夫链模型、元胞自动机模型、GIS、空间Logistic模型等。

其中，马尔科夫链模型和元胞自动机模型在土地利用变化模拟研究中应用非常广泛。

当然，每种模型的应用范围和在研究中所起到的作用不同，各有其优缺点，单独应用某种模型来模拟或预测土地利用变化的研究已经成为过去式。

近年来，将各个模型相互结合研究土地利用变化的研究越来越多。

该文对马尔科夫链模型和元胞自动机模型机理进行简单描述，重点分析2种模型在土地利用变化模拟中的研究进展，并对马尔科夫链模型和元胞自动机模型今后在土地利用变化模拟研究中的发展趋势进行了展望，以为土地利用变化模拟提供参考。

1 马尔科夫链模型在土地利用变化研究中的应用1.1 马尔科夫（Markov）模型Markov模型是基于Markov过程理论而形成的预测事件发生概率的方法，通过对不同状态的初始概率以及状态之间的转变频率的研究，来确定状态的变化趋势，从而达到预测未来的目的[1]。

在土地利用变化研究中，可以将土地利用变化过程视为马尔科夫过程，将某一时刻的土地利用类型对应于Markov过程中的可能状态，它只与其前一时刻的土地利用类型相关，土地利用类型之间相互转换的面积数量或比例即为状态转移概率。

城市建设用地扩张研究中CA模型的应用摘要：本文首先介绍了元胞自动机基本理论及其应用于城市建设用地扩张研究中表现的特性。

其次，就城市建设用地扩张的特点，阐述了研究中如何定义元胞自动机。

然后以Idrisi Andes软件中集成的Markov模型和CA模型为研究工具，重点提出了研究方法及思路。

最后总结分析了利用成熟CA模块研究城市建设用地扩张的利弊。

关键词：建设用地；扩张；CA随着人类生存需求和经济活动的日趋加剧，特别是近年城市化水平的不断提高，给耕地保护和经济发展带来了巨大压力。

为了合理有序的推进城市化建设，必须加强城市用地扩张的管理，提高城市用地规划的水平。

城市用地是城市复杂巨系统的一部分，其扩张的演变过程遵循一定规律，受到地理条件、基础设施、社会经济、政治、人口、国家政策法规和人类活动等因素的影响。

目前，元胞自动机（CA）模型与GIS技术相结合，进行城市用地扩张的动态模拟日益成为研究热点，作为时空演化分析和模拟的工具，将元胞自动机模型和GIS技术引入城市建设用地扩张的研究中，能够弥补统计分析模型的不足，提供具有时空特性的分析结果。

一、基本概念元胞自动机（CA）由V on Neumann在20世纪40年代提出，用于研究自复制系统的逻辑特性。

元胞自动机是一种时间、空间、状态都离散，空间相互作用及时间因果关系皆局部的网格动力学模型（周成虎等，1999）。

分布在规则格网中的每一个元胞拥有有限的离散状态，按照一致的作用规则，根据确定的局部规则同时同步更新元胞状态，完成整个元胞空间的变化。

大量元胞通过简单的相互作用完成系统的动态演化。

与传统的动力学模型不同，元胞自动机不是由明确的函数或模型确定，而是一系列模型在确定的构造规则条件下的有机组合。

遵守这些既定构造规则的模型都可以称作元胞自动机模型。

所以元胞自动机是一种解决问题思想，或者说是一个方法框架。

元胞自动机由元胞、元胞空间、元胞状态、邻域、转换规则和离散时间构成。

基于逻辑回归CA的城市扩展模拟分析——以重庆市沙坪坝区为例摘要:在经济快速发展的今天，城市建设已成为各地发展关注的主要问题，人们在确定城市发展方案之前，会先对当地的城市扩展情况进行预测。

元胞自动机作为一种时间、空间及状态都离散，空间上的相互作业和时间上的因果关系皆局部的格网动力学模型，已被应用于进行城市土地利用情况的模拟。

我们选择CA模型中的逻辑回归法对各个变量的参数进行确定，并在此基础上进行重庆市沙坪坝区的城市扩展模拟分析，模拟结果与实际情况大致相符。

关键词:元胞自动机；逻辑回归；城市扩展；模拟预测；Abstract:With the development of economy, the problem of urban construction had became the main problem whitch there are concerned,before we decided which plan would be fit for the city,we should forecast the urban sprawl. Cellular Automaton as a kind of Grid dynamicmodel,have been used to simulate The city land using.We choose the logistic regression method of CA model to compute the parameter of the variable,then ues these parameter to forecast the sprawl of the Shapingba District, Chongqing City,and the simulation results are roughly the same as the actual situation.Key words:Cellular Automaton; Logistic regression; urban sprawl;近年来，各地对于城市的建设和发展的关注度越来越高，人们在着眼于眼前的发展的同时，往往还要对当地在未来十年或者二十年之后的发展情况进行预测。

<<<科技國蟾基于C A 模型的城镇空间扩展预测—以昆明市为例•冯耀明，郑毅，董钧祥，和万荣(云南国土资源职业学院，云南昆明652501)[摘要]城市空间扩展一直以来都受到多重因素的影响。

文章以昆明市主城区为例，利用CA 模型 分别从单一坡度因子以及经济、人口、坡向、坡度等多因子两个方面分析昆明市主城区历年的土地利用 数据，探讨城镇空间扩展模型建立所存在的问题，并提出解决办法。

[关键词]城镇空间扩展；CA 模型；土地利用城镇空间扩展是一个复杂的时空转换过程，包括城市内部各类土地类型之间的相互转换以及 不断对外扩展的过程，涉及空间、政策、经济、人口等多方面的因素，是一个庞大的综合体系U 1。

近年来，随着城市化进程的不断加快，昆明市的 用地规模和人口数量都发生了不同程度的变化，在有限的土地资源内建立模型，对预测和分析城 市未来演化过程中所表现出来的各种复杂关系具 有现实意义12]。

作为具有时空特征的离散动力学模型，元胞 自动机模型（以下简称C A 模型）可以用来模拟 和分析一般的复杂系统，对于有空间特征的城镇 空间扩展模型的建立更具优势。

C A 模型在时间 和空间上都是离散的，易完成由概念模型到计算 机模型的转变。

城镇空间扩展会受到自然、社会 经济、政策等多重因素的影响，笔者主要从单一 的坡度因子以及经济、人口、坡向、坡度等多因 子两个方面来探讨建立城镇空间模型存在的问题。

[作者简介]冯耀明（1981-)，男，2007年毕业于昆明理工大学，地图制图与地理信息工程专业，主要从事3S 技术研究，工程师。

[基金项目]云南省教育厅科学研究基金一般项目（2012Y 421)。

1研究区概况笔者主要以2009—2017年昆明rfi 主城区的 土地利用数据为研究基础。

研究区域包括昆明市 西山区、五华区、官渡区、盘龙区、呈贡区、晋 宁区6个区的城区部分，以滇池为中心，共计1 802.1 km 2。

2 CA 模型的定义C A 模型是一个在由具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上，按一定局部规则，在 离散的时间维度上演化的动力系统，由Ulam 于 1940年首次提出[>41。

经济论文：基于CA模型的长春市城市经济形态研究绪论（一）研究背景及意义当前，我国正处于快速城镇化阶段，该阶段以大规模的城市建设用地开发为特征，也伴随粗放低效的城市扩张，且“土地城镇化”快于“人口城镇化”，而城市建设用地开发以获得最高土地收益为目标，从而导致城市空间形态的不确定性和随机性过大。

城市本身就是一个动态的复杂系统，其空间的扩张不仅受到自然的制约，也受到社会、经济、文化等多方面因素的影响，其发展过程很难精准预测，而试验又具有不可逆性，代价太大。

根据以往其他城市规划方案的经验，静态和宏观的传统城市模型面临巨大的挑战，所以有必要引入新模型来进行优化，其中基于局部个体空间相互作用的微观离散动力学模型以元胞自动机模型和多智能体模型为代表。

.........（二）国内外研究现状1.城市形态的概念界定关于城市形态的概念，国内外学者的研究主要有广义和狭义之分：狭义的城市形态是指城市实体所表现出来的具体的空间物质形态。

广义的城市形态是一种复杂的经济、文化现象和社会过程，是在特定的地理环境和一定的社会经济发展阶段中，人类各种活动与自然因素相互作用的综合结果，是人们通过各种方式去认识、感知并反映城市整体的总体意象。

齐康在《城市环境规划设计与方法》一书中，将城市形态结构定义为构成城市所表现的发展变化着的空间形态特征，这种变化是城市这个有机体内外矛盾的结果1。

武进将城市形态定义为由结构、形状和相互关系组成的一个空间系统2。

本文参照已有研究采用广义的城市形态概念。

........2.城市形态演变的国外研究进展城市形态理论最早产生于地理学对城市形态结构的研究，早期研究重点是分析地表上各种聚落形态与地形、地理环境和交通线等的关系。

20 世纪初期，城市形态的研究才成为一项普遍关注的研究专题，但这时期仍以地理学界的研究为主。

20 世纪20 年代，研究开始达到了一个新的阶段，其主要特征不再以聚落形态及历史变化的静态描述为主，而是深入到城市内部，探讨城市内部结构与社会、经济方式和功能的关系。