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基于ＧＩＳ与地理元胞自动ＯＬ（Ｇｅｏ－ＣＡ）模型的城市卒同扩展模拟研字卜以呼和浩特市为例元胞空间表现为一个首尾相接的“圈”。
对于二维空间，上下相接，左右相接，而形成一个拓扑圆环面（ｔｏｒｕｓ），形似车胎或甜点圈。
周期型空间与无限空间最为接近，因而在理论探讨时，常以此类空间型作为试验。
反射型（ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＢｏｕｎｄａｒｙ）指在边界外邻居的元胞状态是以边界为轴的镜面反射。
■！—］］口…皿；口例如在一维空间中，当ｒ＝ｌ时的边界情形：‘ｕ趾矿定值型（ＣｏｎｓｔａｎｔＢｏｕｎｄａｒｙ）指所有边界外元胞均取某一固定常量，如０，ｌ等．需要指出的是，这三种边界类型在实际应用中，尤其是二维或更高维数的构模时，可以相互结合。
如在二维空间中，上下边界采用反射型，左右边界可采用周期型（相对边界中，不能一方单方面采用周期型）。
③构形：是在某个时刻，在元胞空间上所有元胞状态的空间分布组合。
通常，在数学上它可以表示为一个多维的整数矩阵。
（３）邻居（ｎｅｉｇｈｂｏｒ）：以上的元胞及元胞空间只表示了系统的静态成分，为将“动态”引入系统，必须加入演化规则。
在地理元胞自动机中，这些规则是定义在空间局部范围内的，即一个元胞下～时刻的状态决定于本身状态和它的邻居元胞的状态。
因而，在指定规则之前，必须定义一定的邻居规则，明确哪些元胞属于该元胞的邻居。
在一维元胞自动机中，通常以半径ｒ来确定邻居，距离一个元胞ｒ内的所有元胞均被认为是该元胞的邻居。
二维元胞自动机的邻居定义较为复杂，但通常有以下几种形式（我们以最常用的规则四方网格划分为例），见图３·２，黑色元胞为中心元胞，灰色元胞为其邻居，它们的状态一起来计算中心元胞在下一时刻的状态。
（ａ）Ｖｏｎ．Ｎｅｕｍ姗型（ｂ）Ｍｏｏｒｅ型（ｃ）扩展的Ｍｏｏｒｅ型图３－２元胞自动机的邻居模型Ｆｉｇ．３－２ＮｅｉｇｈｂｏｒＭｏｄｅｌｓｏｆＣｅｌｌｕｌａｒＡｕｔｏｍａｔａ内蒙古师范大学硕士学位论文图４．１研究区域地理位置示意图Ｆ培４．１Ｔｈｅｓｃｈａｍａｔｉｃｍａｐｏｆｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｕｄｙ∞呼和浩特是中国实施西部大开发战略中重要的中心城市之一，也是北方沿边开放地区重要的中心城市和商业贸易中心。
基于元胞自动机的结伴过街行人流建模与仿真中期报告摘要：元胞自动机模型是研究复杂系统的常用方法之一，在交通流领域也有广泛应用。
本文基于元胞自动机，建立了一个结伴过街行人流模型，通过仿真得到了行人流的分布情况，并与现实情况进行了对比。
结果表明，该模型可以有效地模拟结伴过街行人流的行为，对于城市道路规划和交通管理具有实际意义。
关键词：元胞自动机；结伴过街；行人流；建模；仿真1. 研究背景行人交通流是城市交通系统中不可或缺的一部分，随着城市化进程的不断加快，城市交通流量不断增加，行人交通流变得越来越复杂。
在城市道路规划和交通管理中，对行人交通流进行建模和仿真是非常有必要的。
结伴过街是行人交通流的一种典型情况，即两人或多人结成小组，一起过马路。
在城市中，这种行为是非常普遍的，但是现有的交通模型并不能完全覆盖这种情况。
元胞自动机模型是研究复杂系统的常用方法之一，已经在交通流领域取得了一定的成果。
本文将基于元胞自动机，建立一个结伴过街行人流模型，并进行仿真。
2. 模型建立2.1 元胞自动机模型元胞自动机是由计算机科学家约翰·冯·诺伊曼于1940年提出的，是一种离散化的动力学系统，其由一组相同的元胞（cell）组成，每个元胞有相同的状态，按照规定的更新规则更新状态。
元胞自动机依靠局部相互作用来产生全局行为表现。
在行人交通流建模中，每个元胞表示一个空间单元，例如一条道路上的一个位置，每个元胞的状态表示这个位置的交通状态。
更新规则根据周围元胞的状态，计算这个位置上交通的行为。
2.2 模型设计基于元胞自动机的行人流模型需要将道路空间离散化，将行人位置的连续性离散化为网格化状态，然后根据行人的行为状态和场地状态来确定其行走方式。
在模型中，需要用到以下参数：（1）行人的密度：在道路上的单位面积内，包含行人的数量；（2）行人的速度：行人在道路上行进的速度，单位为米/秒；（3）行人的行为状态：行人在行驶过程中的状态，例如等待、走动；（4）空间状态：道路的宽度、长度、障碍物等场地状态。
元胞自动机在城市扩展方面的应用综述摘要本文在介绍元胞自动机各要素的基础上，综述了元胞自动机用于城市扩展模拟的历史、元胞自动机用于城市扩展模拟的具体研究方向，即在具体的模型中如何确定模型的结构和参数，并对其未来的发展趋势进行了展望，并指出CA 中的转换规则的扩展是在将来的研究中的一个首要问题。
关键字：元胞自动机；城市扩展模拟；转换规则一引言元胞自动机(CA)是一种时间、空间、状态都离散,空间的相互作用及时间上的因果关系皆局部的网格动力学模型,其“自下而上”的研究思路,强大的复杂计算功能、固有的平行计算能力、高度动态以及具有空间概念等特征,使得它在模拟空间复杂系统的时空动态演变方面具有很强的能力。
在城市空间动态变化的模拟研究方面, CA模型已应用到除非洲、南极洲的所有大洲的城市模拟研究当中。
CA模型和GIS的集成,一方面增强GIS的空间模型运算及分析能力,另一方面, GIS提供的强大空间处理能力可以为CA模型准备数据和定义有效的元胞转换规则以及对模拟结果进行可视化。
同时CA模型还可以与神经网络、主成分分析、遗传算法、模糊逻辑以及其他研究方法相结合,以增强其在城市空间变化模拟研究方面的能力。
将CA与MAS技术相结合,建立一个能够模拟多个不同参与因子(自然系统) 、不同决策者(人文系统)共同影响下的城市发展模型,以此来模拟与预测城市发展的真实状况,将是CA模型在城市空间变化模拟与预测研究中的未来发展趋势。
国内元胞自动机应用研究起步较晚，受国际研究的推动，20世纪90年代末地理学界才开始类似的尝试研究，主要集中在基于元胞自动机的LUCC和城市增长模拟，罗平从经典地理过程分析的基本理论人手，分析和阐述了CA对于经典，地理过程分析概念的表达程度的局限性，综合地理系统的几何属性和非几何属性提出了基于地理特征概念的元胞自动机(GeoFeature 一CA)，周成虎等人在Batty和Xie的DUEM模型的基础上，构建了面向对象的、随机的、不同构的和两个CA模型耦合的GeoCA—Urban模型，并成功模拟了深圳特区土地利用动态演化过程。
基于细胞自动机模型的城市交通仿真研究近年来，随着城市化进程的加快，城市交通问题逐渐凸显，给人们的生活和工作带来了不小的影响。
针对这个问题，许多学者们开始运用计算机模型进行城市交通仿真研究，以期找到更好的解决方案。
其中一种比较常见的方法就是利用细胞自动机模型进行仿真模拟，下面将围绕这一话题展开探讨。
细胞自动机作为一种非常经典的离散动力系统模型，已经被广泛应用于各领域的仿真研究中。
城市交通系统也是其中的一个研究方向，因为城市交通系统通常被看作一个非线性的动态系统，而细胞自动机模型能够很好地描述这种动态系统，因此被广泛用于仿真研究。
基于细胞自动机的城市交通仿真模型通常需要考虑的因素较多，例如车辆规则、路网布置、交通信号灯等。
其中，车辆规则是比较基础的一个因素，涉及到车辆的行驶速度、加速度、车距、车道变换等问题。
比较经典的车辆规则模型是VDR模型。
在该模型中，每一辆车都被看作一个独立的“自主体”，它们的行进方向由前一车尾随的方向决定，行进速度和间距也都受到前车的影响。
除了车辆规则之外，路网布置也是一个非常重要的因素。
城市交通路网一般都是由多条路口组成，因此在仿真研究中需要考虑各路口的控制方式。
传统的交通信号灯控制方式往往不够灵活，容易出现车辆排队等待的情况，因此研究者们也尝试过其他的控制方式。
例如，Shao等人提出了一种基于移动信号的车流控制方法。
在该方法中，交通信号是通过移动车辆来控制的，每个车辆都携带着一个小型移动信号机，当车辆到达交叉口附近，移动信号机会通过无线电波向其他车辆广播交通状态，从而实现车流的控制。
该方法具有控制灵活、能够适应不同路况等优点。
在细胞自动机模型的基础上，城市交通仿真研究还需要考虑到路况对车辆行驶的影响。
例如，道路的拥堵情况会影响车辆的行进速度、车道变换等，因此在模型中需要考虑拥堵情况。
此外，城市交通模型还需要考虑到事故、道路施工等突发事件对车辆行驶的影响。
基于细胞自动机模型的城市交通仿真研究，不仅可以帮助人们更好地理解城市交通系统的内在动态，而且还可以为城市交通规划、交通流量控制等提供重要的参考依据。
基于地理栅格数据和元胞自动机的城市数字进化仿真模拟刘敏;张素莉;潘欣【摘要】建立了基于栅格地理数据和细胞自动机的城市数字进化仿真的演化模型。
该模型能根据一段时期内的地理信息数据,挖掘和发现城市的发展变化对地理信息数据的周期规律,并且能够对城市的发展变化进行模拟,最后通过仿真实验验证了该模型的有效性。
%A simulating evolution model of urban digital based on raster geographic data and cellular automata is proposed in this paper.The model can mine and find the rule of urban evolution and variation to geographic data information over a period of time,and then simulate urban evolution and variation.Finally,it verified the validity of the model by computer simulation.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(013)001【总页数】3页(P108-110)【关键词】地理栅格数据;元胞自动机;城市数字化【作者】刘敏;张素莉;潘欣【作者单位】长春汽车工业高等专科学校公共教学部;长春工程学院电气与信息工程学院,长春130012;长春工程学院电气与信息工程学院,长春130012【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言随着全球城市化的不断加速，城市作为一个复杂的巨系统，对地区社会经济发展起着重大的推动作用。
中国城市化进程正在以其空前罕见的速度进行，跨越21世纪中国人口将由12亿增长到16亿，城市人口将由2000年的29.7%上升到39%（2010年）乃至47%（2050年）［1］。
基于元胞自动机的城市道路仿真系统作者：巩小波， 李志鹏， 刘允才作者单位：上海交通大学智能交通系统研究中心,上海 200000相似文献(10条)1.学位论文朱波基于元胞自动机和多智能体的混合微观交通仿真研究2006交通问题是全球普遍关注的重要问题，交通仿真技术是研究交通问题的重要手段。
由于我国的交通状况与国外相比有许多不同的特点，而现有的大部分交通仿真软件无法真实仿真这一状况。
针对这种情况，本文在研究和分析目前在交通仿真中得到广泛应用的元胞自动机和多智能体理论的基础上，提出了将两者相结合进行交通仿真研究的新的思路和方法，并在此基础上建立了包括机动车、自行车和行人的混合微观交通仿真系统。
本文首先通过对元胞自动机理论和多智能体理论的研究，分析了他们在交通仿真中应用的优缺点。
在此基础上论证了将两者结合进行交通仿真研究的可行性，对他们进行了适当的改进和扩展，进一步提出了进行结合研究的结合点以及结合方法。
在此基础上，本文建立了基于元胞自动机和多智能体结合的混合交通系统。
本文首先利用元胞自动机的原理建立了系统总体框架，提出了将交通实体层和信号控制层进行划分的新思路，两层之间通过相互映射进行影响。
然后在交通实体层，利用将单条道路划分为多个元胞的方法，动态的生成由多条道路组成的单个路段，进一步生成了由多个路段组成的整个系统的路网模型。
其中路段分为直行道和交叉口两种。
交通实体在进入交叉口前的运行状态将受到交通信号层映射的交通灯信号的影响，在进入交叉口后则按照道路优先级和目的地决定运行状态和路线。
本文进一步将元胞进行扩展和改进，使部分元胞具有智能体的特性，从而建立了包含多种交通智能体的多智能体系统。
本文首先在研究车辆的交通特性的基础上，建立了车辆智能体模型，包括车辆产生模型和车辆驾驶行为模型。
其中车辆驾驶行为模型中包括了车辆的自由行驶、跟驰和换道等最重要的驾驶行为。
然后通过研究自行车和行人各自的运动特性，建立了自行车和行人的智能体模型及混行模型。
基于改进元胞自动机的成都城市扩张仿真模拟
韩效;刘民岷
【期刊名称】《四川师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2014(037)006
【摘要】为了改善在高速发展的城镇化带来的中国城市无序蔓延、土地利用不合理、生态环境破坏严重等问题,引导城市朝向更加可持续发展的方向演进,更客观地模拟城市空间发展,基于城市元胞自动机理论,在GIS平台基础上,通过引入居民主体建立了改进的城市空间发展动态模型.模型利用逻辑回归分析方法描述了自然条件因子对城市元胞状态转换的影响度,同时利用梯度函数定义了城市元胞宜居度计算方法,进而设计了城市元胞自动机转化规则.利用成都市1959年及1992年的土地利用数据对模型进行了验证和校准后,对成都市2015和2020年的城市用地状况进行了预测,并据此对成都城市空间未来的发展进行了趋势分析,提出了城市扩张建议.【总页数】6页(P923-928)
【作者】韩效;刘民岷
【作者单位】西南交通大学建筑学院,四川成都610031;电子科技大学航空航天学院,成都611731
【正文语种】中文
【中图分类】N945.12
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1.基于可控邻域作用元胞自动机模型的城市扩张模拟 [J], 谭菊;甘喜庆
2.基于元胞自动机的武汉市城市扩张模拟 [J], 王磊;罗娅丽;焦洪赞
3.基于最大发展潜力值的元胞自动机城市扩张模型 [J], 张梦珂;刘艳芳;何青松
4.基于元胞自动机模拟城市扩张下的绿色基础设施布局演变与内涝风险评估——以武汉市为例 [J], 王雪原;周燕;禹佳宁
5.基于InVEST模型和元胞自动机的城市扩张对陆地生态系统碳储量影响评估——以广东省为例 [J], 吴佩君;刘小平;黎夏;陈逸敏
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基于元胞自动机的城市空间动态模拟詹云军;朱捷缘;严岩【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2017(037)014【摘要】城市空间动态的模拟与预测可以为城市可持续发展规划与管理提供重要的参考依据.SLEUTH元胞自动机模型在城市空间模拟中较强的适用性和可移植性,该模型通过对历史数据的蒙特卡洛迭代自动寻找城市增长误差最小的参数组合,解决了传统元胞自动机模型中转换规则不易确定的问题.以武汉市为研究案例,运用SLEUTH模型进行了城市空间动态模拟与情景预测.2007年至2011年的城市空间模拟结果显示,模拟结果与实际历史数据可以获得良好的空间匹配度,Lee-Sallee形状指数均在0.6以上,显示SLEUTH元胞自动机模型经过本地化校正后具有较强的适用性和满意的模拟精度.进而,设置了现状趋势、基本保护、严格保护等3种情景对武汉2025年城市空间动态进行了预测,结果显示,各情景模式下城市居住用地均明显增长,农业用地、林地、水域等均有所减少;现状趋势情景和基本保护情景下农田、林地、水域减少的幅度较大,会加剧区域的生境破碎、耕地功能下降、水资源匮乏、湖滨湿地萎缩等生态问题,说明这两种情景不能有效满足城市生态系统健康和可持续发展的需要.严格保护情景下,城市居住用地扩张的程度得到了明显的控制,水域和林地得到了有效的保护,对于重要的自然生态系统组分保护及其服务能力维持可以起到显著作用.%The dynamic simulation and prediction of urban space can provide an important reference for the planning and management of sustainable urban development.The cellular automata model SLEUTH has strong universality and portability in urban spatialsimulation.It is based on the Monte Carlo iteration of urban historical data and is capable of automatically identifying urban growth parameters with minimum error,which has effectively resolved the difficulties encountered in determining the conversion rules when using the traditional cellular automata models.In this study,we applied the SLEUTH model to perform urban spatial simulation and prediction under different scenarios in Wuhan City.Our findings revealed that the urban spatial simulation results for the period 2007 to 2011 showed a strong correlation with actual historical data.The Lee-Sallee shape index was greater than 0.6,which proves that the SLEUTH model exhibits a strong universality and suitable simulation accuracy after local correction.Moreover,the urban dynamic changes in Wuhan in 2025 were predicted under three scenarios,namely,the current development trend scenario,the basic protection scenario,and the strict protection scenario.The results of simulation under these three scenarios indicate that urban residential land will increase significantly,whereas agricultural land,woodland,water,and other land woulddecrease,particularly under the current development trend and basic protection scenarios.Under these two scenarios,considerable decreases are observed in agricultural land,woodland,and water,which may intensify habitat fragmentation,and result in a decline in the quality of cultivated land,water resource shortage,wetland shrinkage,and other ecological problems.Under the strict protection scenario,the rapid proliferation of construction land would be restricted to a large extent and water bodies and woodland would be transformed the least,which would effectivelyprotect natural ecosystem components and maintain sustainable ecosystem services【总页数】9页(P4864-4872)【作者】詹云军;朱捷缘;严岩【作者单位】武汉理工大学,资源与环境工程学院,武汉430070;武汉理工大学,资源与环境工程学院,武汉430070;中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京100085;中国科学院生态环境研究中心,城市与区域生态国家重点实验室,北京100085【正文语种】中文【相关文献】1.基于元胞自动机的月亮山景区景观格局动态模拟 [J], 李晖;李志英;刘大邦;易娜;杨树华;李国彦2.基于元胞自动机的肿瘤生长形态动态模拟 [J], 甘建红;彭强;戴培东;张天宇;王正敏3.基于多智能体与元胞自动机的上海城市扩展动态模拟 [J], 全泉;田光进;沙默泉4.基于元胞自动机的黄河三角洲互花米草种群扩散动态模拟 [J], 张思青;刘依;刘怡然;邵冬冬;孙丽敏;郑劭彦5.基于改进型元胞自动机的煤层自燃动态模拟 [J], 李光亮;曹代勇;肖海红因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《基于空间细化元胞自动机的行人疏散建模与仿真》篇一一、引言随着城市化进程的加速，大型公共场所如商场、体育场馆、地铁站等人员密集区域的安全问题日益突出。
行人疏散行为模拟和预测成为了当前研究的重要方向，为相关区域的规划设计及突发事件应急预案提供重要参考。
传统的元胞自动机模型虽然在模拟疏散过程中发挥了重要作用，但仍存在模型复杂度、模拟精度等方面的局限性。
为此，本文提出了基于空间细化元胞自动机的行人疏散建模与仿真方法，以期提高模型的精度和可靠性。
二、空间细化元胞自动机模型构建1. 空间细化在传统的元胞自动机模型中，空间被划分为等大的格子。
然而，这种划分方式在模拟行人疏散过程中难以反映真实的场景和复杂的交互行为。
因此，本文采用空间细化技术，根据空间中不同区域的特点进行细致的划分。
例如，对于室内空间，可以根据建筑布局、通道、出口等划分不同性质的元胞。
2. 元胞自动机在空间细化的基础上，本文建立了基于元胞自动机的行人疏散模型。
每个元胞代表一个空间单位，行人可以在不同元胞之间进行移动。
元胞自动机通过设定一定的规则，如行人的移动方向、速度等，来模拟行人的疏散行为。
三、行人疏散行为建模1. 行人属性设定在模型中，每个行人被赋予了不同的属性，如性别、年龄、行走速度等。
这些属性会影响行人在疏散过程中的行为和决策。
例如，年龄较大的行人可能行走速度较慢，而女性在面对紧急情况时可能更倾向于保持秩序。
2. 疏散行为规则设定基于行人的属性，本文设定了一系列的行为规则。
这些规则包括行人的移动规则、避障规则、疏散方向选择规则等。
通过这些规则，模型可以真实地反映行人在疏散过程中的行为和交互。
四、仿真实验与结果分析为了验证本文提出的模型的可行性和有效性，我们进行了仿真实验。
在仿真过程中，我们设置了不同的场景和参数，以模拟不同的疏散情况。
然后，我们通过对比仿真结果和实际数据，对模型的精度和可靠性进行了评估。
实验结果表明，本文提出的基于空间细化元胞自动机的行人疏散模型具有较高的精度和可靠性。
基于机器学习的历史文化街区游客感知多维度评价研究——以西安市北院门历史文化街区为例许熙巍;高思琪;刘树鹏;闫凤英【期刊名称】《西部人居环境学刊》【年(卷),期】2024(39)3【摘要】旅游开发是历史文化街区活化利用的重要途径。
游客的认知兴趣能够如实反映历史文化街区的价值传递与文化传承效果,引导具有文化价值的旅游资源发展方向。
为优化文化场所营造、提高文化服务水平,游客感知逐渐成为判断历史文化街区保护利用工作实际进展效果的重要依据。
本文选取西安市北院门历史文化街区为研究对象,运用机器学习中的LDA主题模型,从更关注历史内涵与文化价值传递的视角,探讨历史文化街区游客感知的多维度评价方法。
研究发现:北院门历史文化街区的游客感知总体呈现高度不均衡的特征,“民族特色美食街”的感知形象占据主导地位;游客感知维度按旅游吸引力强度依次为消费体验、地方美食、景观建筑、环境氛围、生活记忆和非遗文化,消费体验与地方美食维度高度绑定,且对其他维度的带动作用极为有限;不同游客感知维度评价差异显著,消费体验和景观建筑维度关注度较高、满意度相对较低,历史文化传递效果欠佳,非遗文化和生活记忆维度满意度较高、关注度相对较低,保护挖潜力度不足。
研究结果能有效反映北院门街区对游客的历史文化传递效果,对历史文化街区实现文化传承与旅游资源利用的双重目标具有重要意义。
【总页数】7页(P109-115)【作者】许熙巍;高思琪;刘树鹏;闫凤英【作者单位】天津大学建筑学院【正文语种】中文【中图分类】TU984.114【相关文献】1.历史文化街区流动摊贩现状及管理对策研究——以西安市北院门历史文化街区为例2.基于城市意象理论的历史街区风貌规划研究——以西安北院门历史文化街区为例3.基于扎根理论的历史文化街区游客旅游动机研究——以苏州山塘历史文化街区为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于元胞自动机的城市生长模拟研究在当今城市化进程迅速推进的时代，理解和预测城市的生长模式变得至关重要。
元胞自动机作为一种强大的工具，为我们研究城市生长提供了独特的视角和方法。
元胞自动机是一种基于简单规则的离散动态模型。
它将研究的空间划分成一个个小的单元，即元胞，每个元胞在每个时刻都处于有限的几种状态之一。
通过定义一组简单的转换规则，元胞的状态在时间的推移下不断更新，从而模拟出复杂的系统动态。
在城市生长的模拟中，元胞可以代表城市中的地块，其状态可以表示为未开发、已开发为住宅、已开发为商业、已开发为工业等。
这些元胞的状态转换规则则基于多种因素，例如地理条件、交通便利性、周边土地的开发情况以及政策规划等。
地理条件对城市生长有着基础性的影响。
例如，山地、河流等自然障碍会限制城市的扩张方向。
在元胞自动机模型中，可以将这些地理障碍设置为不可开发的元胞，从而引导城市沿着更有利的方向生长。
交通便利性也是一个关键因素。
靠近主要交通干线的元胞往往更有可能被开发，因为这有利于人员和物资的流动。
通过在模型中赋予交通因素一定的权重，可以更真实地模拟城市沿着交通线路发展的趋势。
周边土地的开发情况会产生“邻域效应”。
如果一个元胞的周边元胞大多已被开发，那么这个元胞被开发的可能性也会增加。
这种效应反映了城市发展中的集聚现象。
政策规划在城市生长中起着重要的引导作用。
政府可能会划定特定的区域用于发展特定的产业，或者限制某些区域的开发以保护生态环境。
在元胞自动机模型中，可以通过调整规则来体现这些政策的影响。
通过构建这样的元胞自动机模型，我们可以模拟出城市在不同条件下的生长模式。
例如，我们可以比较在不同交通规划方案下城市的发展形态，或者研究特定政策对城市扩张速度和空间布局的影响。
为了验证模型的有效性，我们可以将模拟结果与实际的城市发展数据进行对比。
如果模拟结果与实际情况较为吻合，那么说明模型能够较好地反映城市生长的规律；如果存在偏差，则需要进一步调整模型的参数和规则。
基于元胞自动机的文化融合仿真研究作者：徐嘉佳杜天歌刘玉来源：《中国新通信》 2020年第15期徐嘉佳华北理工大学管理学院杜天歌华北理工大学人工智能学院刘玉华北理工大学管理学院【摘要】随着人类经济社会的发展，消耗了大量化石矿物能源，造成了严重的环境污染，排放的二氧化碳等气体也引发了严峻的温室效应。
由此造成的海平面上升导致大洋岛国面临着严峻的危机，环境难民问题已成为亟需解决的问题。
环境难民得到安顿后，本民族的传统文化将面临丧失危机，需合理有效地保护环境难民的民族文化。
随着环境难民的迁入，环境难民与本地居民的融合问题以及其享受人权和法律保护的问题也急需解决。
本文引入繁殖参数等指标，采用元胞自动机模型，对环境移民进入被移民国家的融合与文化交流情况进行模拟。
由模型模拟运行的远期阶段结果可知，环境移民与本地居民的融合速率随着时间的增加而增加。
【关键词】文化保护环境难民迁移扩散元胞自动机引言：最近几十年内，全球气温上升，尤其是北极地区和中纬度地区，每一次温度都是一次次达到最高值，世界范围内源于气候要因的大规模迁徙活动引起学界关注，全球变暖正在到来。
世界银行指出，气候变化使过去几千年积累的文明成就和人类为生存发展所做的不懈努力毁于一旦。
全球都受到气候变化次生灾害的影响，不仅经济社会发展受阻，有些地区人民的生存权都受到了威胁。
Myers预测，到2050年全球将有2亿人口因为气候变化导致的压力而被迫迁徙，有些预测甚至高达10亿。
可见，气候移民已日益普遍，如何应对和解决气候移民问题已迫在眉睫。
一、元胞自动机模型本文应用元胞自动机（CA模型）来模拟图瓦卢移民至A国的文化状态分布情况。
假设图瓦卢迁移去的国家中难民的数量为1.119万人，A国战地总面积为103,483 mi2（数据由谷歌浏览器提供），并且通过大数据索搜除A国的国土轮廓。
文化传播CA模型总体步骤：Step1：首先确定其组成的主要元素：元胞、元胞空间、元胞状态、元胞邻域及转变规则；Step2：分析模拟文化传播空间结构；Step3：确定模型的参数：繁殖参数、扩散参数、传播参数及受规划约束参数；Step4：确定模型所需元胞转换规则的定义；Step5：进行文化传播模拟。
历史文化遗产保护中的虚拟仿真技术研究随着现代社会的发展，历史文化遗产的保护和传承问题越来越受到人们的关注。
历史文化遗产是国家和民族不可或缺的重要文化资源，是一国文化软实力的重要组成部分。
历史文化遗产不但具有历史价值，更有文化、科学、艺术等多元价值。
然而，由于受到自然灾害、人为破坏、时间的侵蚀等多种因素的影响，很多文化遗产的保存状况都比较危险，这就需要我们采取措施来加强保护。
虚拟仿真技术作为一种较新兴的技术手段，为历史文化遗产的保护和传承提供了新的思路和方法。
一、虚拟仿真技术的基本概念虚拟仿真技术是指利用计算机技术，对真实世界或者虚拟世界进行数字化的建模和仿真，使人们可以身临其境、互动体验。
随着计算机技术和图像处理技术的不断进步，虚拟仿真技术的重要性和应用范围也越来越广泛，并且在文化遗产保护领域中具有很大的潜力。
二、虚拟仿真技术在历史文化遗产保护中的应用1. 虚拟仿真技术在文物数字化方面的应用文物是历史文化的重要组成部分。
在文物保护中，制作数字化模型是非常重要的一步。
虚拟仿真技术可以帮助我们进行文物数字化建模，将文物的三维模型和图片等信息存储在计算机中，方便保存和传播。
同时，虚拟仿真技术可以使人们在不接触实物的情况下了解文物的外观和内部结构，以及文物上的细节和雕刻等工艺，从而更好地保护和传承文化遗产。
2. 虚拟仿真技术在文物数字化展示方面的应用虚拟仿真技术可以使文物数字化展示更加生动、具有互动性和可视性。
如：在展览中使用虚拟仿真技术，可以利用计算机模型对文物进行操控、旋转和放大等操作，使参观者可以更加方便地观察和了解文物。
同时，虚拟仿真技术还可以使文物在时间和空间上不再受限制，对于无法参观的古迹、文物，虚拟仿真技术能够让我们在电脑、手机等电子设备上，远程参观部分或整个文物，实现文化遗产的数字化传承。
3. 虚拟仿真技术在文物保护方面的应用虚拟仿真技术可以帮助我们更好地进行文物保护。
如：在文物修复、保护期间，使用虚拟仿真技术，可以制作出文物数字化三维模型，并进行修复和还原，以便更科学地恢复文物原貌。
文章编号: 1673 9965(2009)01 079 05基于元胞自动机模型的城市历史文化街区的仿真*杨大伟1,2,黄薇3,段汉明4(1.西安工业大学建筑工程系,西安710032;2.西安建筑科技大学建筑学院,西安710055;3.陕西师范大学历史文化学院,西安710061;4.西北大学城市与资源学系,西安710069)摘 要: 为了探讨当前城市规划中远期预测的科学性和准确性问题,将自组织理论与元胞自动机模型结合,在一定的时空区域,构建了一个城市增长仿真模型.将元胞自动机模型应用于西安市最具历史文化特色的区域中,形成自下而上的规划模型.元胞自动机模型对于西安回民区的空间发展城市历史文化特色街区的模拟具有一定的原真性和时效性,在时空中能反应当前的空间格局.元胞自动机在城市规划的预测中具有图式与范式结合的特点,在中长期的预测中形成符合城市规划发展战略的空间格局.关键词: 元胞自动机;自组织;历史文化特色街区;空间演化中图号: T U984 文献标志码: A自组织理论是当前城市复杂性研究的主要研究方向之一.自组织是相对他组织而言,即自我、本身自主地组织化、有机化,意味着一种自动的、自发性的行为,一种自下而上、由内至外的发展方式.其主要涵义可以简单概括:在大多数情况下,作用于系统的外部力量并不能直接对系统的行为产生作用,而是作为一种诱因,即引入序参量引发系统内部发生相变,系统通过这一系列的变化自发地组织起来,最终大量微观个体的随机过程表现出宏观有序的现象[1].20世纪40年代U lam提出元胞自动机模型(Cellular Autom at o n M odel,CA),V on N eu m ann将其用于研究自复制系统的逻辑特性,且很快用于研究自组织系统的演变过程,其中对城市系统自组织过程的模拟是焦点问题[2 9].CA是定义在一个具有离散状态的单元(细胞)组成的离散空间上,按一定的局部规则在离散时间维演化的动力学系统.一个CA模型通常包括单元、状态、邻近范围和转换规则4要素[9],单元是其最小单位,而状态则是单元的主要属性.根据转换规则,单元可以从一个状态转换为另外一个状态,转换规则通过多重控制函数来实现.自组织理论的提出,对于解释相对封闭,具有自身演化规律的复杂适应系统中的复杂现象和问题具有重要意义和应用前景.而CA 自下而上的研究思路,强大的复杂计算功能、固有的并行计算能力、高度动态特征以及具有空间概念等特征,使其在模拟空间复杂系统的时空演变方面具有很强的能力,在城市学研究中具有天然优势[9 15].本文将自组织理论引入CA模型,并将该模型首次应用于西安回民区这一复杂的相对独立的历史街区中,就是为了得出其在自组织的作用下,未来20年空间发展的变化模型,为城市规划的制定做出科学的预测.下面对西安回民区做一简单介绍.西安回民区位于西安旧城中心的中西地段,东接西安历史文化遗产钟楼和北大街,西接洒金桥,南到西大街,北到莲湖路,面积约为93.4公顷,人口约为77600人,在此居住的居民中有43.6%以第29卷第1期 西 安 工 业 大 学 学 报 V o l.29No.1 2009年02月 Jo urnal o f Xi!an T echnolo g ical U niver sity Feb.2009*收稿日期:2008 06 04基金资助:国家自然科学基金(50678149)作者简介:杨大伟(1981 ),男,西安工业大学助教,西安建筑科技大学博士研究生,主要研究方向为城市空间复杂性.E mail:yangdaw ei@.上为穆斯林居民.该地区包含的街道有北院门、化觉巷、麦苋街、大(小)皮院、西羊市、北广济街、庙后街、大(小)学习巷、大麦市街、洒金桥、早慈巷、香米园、红埠街、劳武巷、光明巷、西仓、东举院巷、新寺巷、东寺巷、教场门等,并分布着十个清真寺,其中百年以上的古寺有七座,即在18世纪末,已形成了 七寺十三坊的格局.因而这里是西安穆斯林最集中、最古老的区域.同时也是最具有历史文化特色和城市空间复杂性的区域.1 CA城市仿真模型架构1.1 CA理论及数据准备CA是定义在一个具有离散状态的单元(细胞)组成的离散空间上,按一定的局部规则在离散时间维演化的动力学系统.CA具有空间离散性、时间离散性、状态离散性、规则局部性、全局一致性、演化性、无后效性、高维数等特点.从动态系统的观点看,每个细胞都是一个变量,而细胞空间中的单元可能成千上万,所以CA是高维的.从这个角度来看,细胞自动机是一类无穷维动力系统.根据CA理论的核心内容,将其运用到城市当中,具有得天独厚的优势,因其 自下而上的建模方式以及具有时空特色的动力机制,很适合具有自组织特性的城市空间的研究,因此我们采用CA模型来对本研究区域进行建模和研究.本部分所采用的图形数据是西安回民区的用地现状图.其他相关资料的收集与处理主要包括:1)西安回民区的行政区划图;2)经过实地调研收集该地区用地现状统计数据,了解、熟悉城市空间结构发展动态;3)收集∀西安市总体规划(2008 2020)#、∀唐皇城复兴规划#等相关资料,了解和掌握城市规划状况.1.2 确立模型演化的规则由于西安回民区自身的特性,在此区域内重要是以C类和R类用地为最活跃的主导因素,因此,在模型的建立中,也是以这两个因素作为主要的演化对象,而将在此区域内的属性不易改变的用地(如军事用地、主要道路用地、大型公园绿地等)作为吸引因子,而自身不参与城市空间结构的动态演化.将区域内用地单元的行为过程利用集合符号记为L t l={A l,N l,F lk,N k,C k}式中:L t l为从t到t+1时刻,l位置所处土地单元的行为;A l为土地单元的活力值的确定;N l为检查该处土地单元周围邻居单元的构形;F lk为产生新的土地单元位置和土地利用类型的方法过程;N k为表示检查新生土地单元的邻居构形件;C k为表示检查新生土地单元k处的控制因素层.根据CA模型 时空一体化及 自下而上的特点,规则的制定主要分为4个步骤:1)确定土地单元活力值根据土地单元的活力,将每个土地单元分为 青年、 中年和 老年三个阶段.其相应的函数为A(t)={A i(t),A m(t),A d(t)}式中:A i(t)为青年土地单元;A m(t)为中年土地单元;A d(t)为老年土地单元.2)检查邻居定义及邻居条件在模型中,统一采用了扩展的摩尔邻居类型,给定半径r,其邻居的集合为一个正方形,其函数表现为N m={v i=(v is,v iy|v ix-v ox|+|v iy-v oy|∃r, v(v ix,v iy)%Z2}式中:N m为细胞所影响的范围;|V ix-V ox|+|V iy -V oy|∃r为细胞与周边的向量距离.对于二维的四方网格划分的CA模型,一个元胞的邻居个数(除去中心元胞)为(2r+1)2-1.如给定邻居半径r=2,则邻居集合为以当前元胞为中心的5&5方块.3)产生新生土地单元当一个土地单元活力值为青年,且满足了邻居条件后,它作为一个 母体,就可以产生一个新生的土地单元,即它的 子单元.这一新单元产生过程包含了两个独立的部分,一是新生单元类型的确定;二是新生单元位置的确定.∋新生单元类型的确定在西安回民区的CA模型中,定义P为状态转移矩阵为P=hh hi h cih ii icch ci cc式中: hh为居民地单元产生居民地单元的概率; hi 为居民地单元产生工业单元的概率((.它们满80 西 安 工 业 大 学 学 报 第29卷足条件的函数为) h = hh + hi + hc =1,) i = ih + ii + ic =1,) c=ch + ci + cc =1.∗新生单元位置的确定新生土地单元的绝对位置由该单元相对母体单元的相对位置来确定,相对坐标是一个以母体为极点的坐标系来确定,它的坐标包括离开母体单元的距离,即:P kl =f (d kl )式中:P kl 为新生单元k 相对与母体单元l 的相对位置;d kl 为新生单元k 相对与母体单元l 的距离;f (x )为距离与相对位置的函数关系.在模型中,针对不同类型的用地属性单元,设定其产生新单元的最大距离为D max ,那么新生单元到母体单元的距离d jk 则可取区间[1,D max ]内的任意整数值,在这个区间内,d jk 在各个距离值上都有相应的概率,而且概率是一个随距离增长而衰减的分布,即认为新生单元最有可能产生于母体单元的附近.为了更加清晰的说明距离对于CA 模型的意义,采取了线性衰减函数来计算d jk 的对应概率,线性衰减函数可表达为+d jk =D max -d jk +1)D max d jk=1d jk=2(D max -d jk +1)D max (D max +1)4)新生单元生存条件检查与控制在新生单元的位置和类型确定后,还需要经过一系列的检查条件,才能最终完成新生单元的生成.任何一个条件得不到满足,整个过程就告失败.具体讲,新生单元还要经历四个方面的检查.∋检查新生单元的所在位置是否已被占用;∗检查新生单元在土地单元层面上的邻居状况;,检查新生单元在交通层面上的邻居状况;−检查在控制层面上,该位置的控制条件.由于一般概率都在0~1.0之间,因此,在模型中,添加了一个比较函数R,其函数为R =f (r 1,r 2,r 3)式中:r 1,r 2,r 3分别为居住用地、商业用地、其它用地单元的产生概率.在确定规则的基础上,采用VB 语言来编写运行规则的程序,通过程序调用,在Arc GIS 软件上实现仿真模拟.2 演化结果及分析2.1 CA 模型演化结果根据CA 模型的演化规则,在A rc GIS 软件中对每一个栅格输入属性,确定不同的活力值.在当前城市空间用地状况(如图1所示)的基础上,确定了时空演化的时间间隔从而分别得到该区域10年和20年的演化模式如图2,3所示.图1 当前城市空间用地状况图F ig.1 Cur rent city land application图2 10年后城市空间用地状况图F ig.2 City land applicatio n 10y ea rslater图3 20年后城市空间用地状况图F ig.3 City land applicatio n 20y ea rs later2.2 演化结果分析利用 自下而上 的CA 模型,对西安回民区进81第1期 杨大伟等:基于元胞自动机模型的城市历史文化街区的仿真行中远期的模拟,从模拟结果来看,符合穆斯林 围寺而居的空间形态,也充分体现出来本区域城市空间结构的自组织性和复杂性,由此看来,利用CA模型对这种联系态时空一体化结构进行模拟是可行的.在本区域中,主要考虑了居住用地和商业用地的空间演化,其演化有各自不同的模式.在居住用地的演化过程中,主要有两种倾向:一种是围绕清真寺周边的居住用地,其在自身的基础上进行演化,即新居住用地单元的产生是在原有居住用地单元的基础上进行的,这和实际中穆斯林在自己房子老化以后,采取翻新、重建的方法保持居住用地的属性一致.另一种倾向是在某些大面积的空地上新建住宅,如在北大街西华门至钟楼段的大面积的空地上建设,还有在目前市政府的用地上建设.当然,市政府用地在搬迁后的用途不得而知,但是根据元胞自动机的演化在其位置形成居住区也说明这是一种选择,可作为市政府决策的参考.在商业用地的演化中,主要体现了 不动与 动.在北大街和西大街这些基本修建完毕的城市商业带,在本模型中也体现出 不动的特色,即其属性和位置未发生变化,而在莲湖路上的商业用地数量却大大增加,说明道路对商业用地的支持作用比较明显,也从一个侧面反映出本模型符合现实.2.3 规划建议空间结构的优化是基于复杂性研究的基础上,因此,对西安回民区提出的有关发展的策略,其必然具备混沌与秩序并存的特征,因此,在用城市规划手段引导城市空间结构的发展中,必然也要考虑到复杂性的问题,不能采用简单粗暴的手法对城市空间进行割裂(而目前的城市规划恰恰是这样做的).对于回民区的规划建议,可以分为宏观和微观两个部分.1)宏观建议∋在 围寺而居空间结构的基础上控制本区域住宅供应总量,降低改造开发强度.本区域住宅高度密集,在一定程度上阻碍了基础设施的更新改造和城市的现代化.为保证城市功能的发挥,适应城市发展的要求,必须解决区域住宅过密的问题.控制区域内住宅供应总量,一方面可作为城市环境建设、公共设施建设的用地及备用地;另一方面也为城市未来发展留有余地.减少了住宅总量的提供,控制了居住人口总量,人口密度将随着旧城改造的推进而逐步减少,将从根本上提高的整体环境质量.∗加强区域内基础设施建设,实现穆斯林区与周边区域联动发展的搭桥政策.从城市空间结构演化图中我们可以看到,穆斯林聚居区成为复杂性指数最高的区域,其指数由内往外递减.而在调研过程中,却发现基础设施的建设是由外往内递减.可以这么说,复杂性最高的区域,恰恰是各种基础设施薄弱、空间环境恶劣、没有景观、绿地等其它服务设施的区域.在进行空间结构的优化过程中,应该加强区域内基础设施的建设,将穆斯林聚居区与周边区域的设施联动,共同创造优美的景观环境.,将保护历史文化特色与商业布局结合起来,提高空间结构的整合度.历史文化特色是回民区最重要的吸引因子,是此区域空间结构的核心所在.此区域的商业布局是最活跃的影响因子,其空间结构呈现单线型模式.因此,将这两种因子加以结合,可以在空间结构中催生出新的增长因子,同时也能更好的保护历史文化特色,也是对空间结构更好的优化.2)微观建议∋严格控制容积率和建筑高度,保护回民区的历史文化特色.在回民区中,存在乱搭乱建的现象,其正逐步失去历史文化特色,而成为穆斯林聚集的 城中村.根据模型显示,如不采取合理的措施,回民区内建筑破碎度会越来越高,说明各种随意修建的建筑会越来越多.因此,为了有效避免人居环境的恶化,必须分区、分片的控制容积率和建筑高度,以保证主要景观区的环境和特色,以及人们舒适的生活状态.∗未来20年,应将莲湖路的开发作为重点.莲湖路作为城市的一条主要干道,其存在较大的商业价值.根据模型的显示,20年后,莲湖路两侧的商业会发生较大的变化,围绕莲湖公园出现多处商业集散.因此,规划应未雨绸缪,及早开发此区域.3 结论城市空间结构复杂性理论目前在国内还处于发展阶段.随着对其研究的不断拓宽和深化,将会有越来越多的复杂性规律被挖掘出来,从而对城市82 西 安 工 业 大 学 学 报 第29卷发展和城市规划的制定提供更多的科学依据.本文通过建立CA模型,并将其在西安历史文化街区的空间结构进行仿真,从而得到历史文化街区当前及未来空间发展模式.从仿真结果看,西安回民区的空间结构呈现破碎化、分离化的倾向、穆斯林聚居区的 围寺而居现象明显.在两个时间段的演化过程中,越接近清真寺的区域,自组织性能越高,空间越破碎;越远离清真寺的区域,自组织越低,空间越积聚.另外,本文只是初探西安市最具有历史文化特色的城市空间结构演变的特征和规律,如何在城市发展过程中更加深入地分析具有不同空间结构特征的变化趋势,将是今后研究的重要课题之一.参考文献:[1] 段汉明.城市学基础[M].西安:陕西科学技术出版社,2000.DU A N Han ming.T he Base o f Cities[M].Xi!an:T he P ress o f Shaanx i Science and T echnolog y,2000.(in Chinese)[2] 何春阳,陈晋,史培军.基于CA的城市空间动态模型研究[J].地球科学进展,2002,17(2):188.HE Chun yang,CH EN Jin,SHI Pei jun.Study on T he Spat ial D ynamic City M o del Based on CA(Cellular A uto mata)M o del[J].A dvances in Ear th Sciences,2002,17(2):188.(in Chinese)[3] BAT T YM,X IE Y.F rom Cells 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the feature o f diversity.T o find a sim ple,practical and beautiful w ay to pro duce dig ital m aps is a urg ent problem to be solved in the pro duction of electro nic m ap.By employing the data of the g eneral land use planning of ZiChang co unty, this paper discusses the key techniques and methods in the environment of SuperM ap Deskpro.T he study prov es that GIS based computer aided mapping production techno logy not only broadens the scope of application of electronic m aps,but also makes the electronic m aps more convenient to produce and more clear to ex press.Key words: electronic map;digital map;desig n sy stem o f electr onic m aps;g eog raphic inform ations sy stem(GIS)(责任编辑、校对 苗静) (上接第83页)Simulating Urban Historical Block Using Cellular AutomataYAN G Da w ei1,2,H UAN G Wei3,D UAN H an ming4(1.Depar tment o f Const ruct ion,X i!an T echno lo gical U niver sity,Xi!an710032,China;2.Co llege o f Ar chitectur e,Xi!an U niver sity o f A rchitectur e and T echno lo gy,Xi!an710055,China;3.Colleg e o f H istor y&Civilization,Shaanx i N ormal U niver sity,Xi!an710062,China;4.Department of U r ban and R eso ur ce Science,N or thwest U niver sity,Xi!an710069,China)Abstract: In order to study the accuracy of the scientific nature of lo ng term fo recast fo r urban planning,a simulatio n model o f urban gr ow th w as built for a certain spatial and tem po ral reg ions w ith the combination o f self org anization theo ry and the cellular auto maton mo del.T he cellular auto mato n model w as applied fo r the region w ith the most historical and cultural characteristics in Xi!an to form a bo ttom up planning model.The simulations w ith cellular automaton model for the development o f urban histo rical blocks have a certain authenticity and timeliness,and reflect the curr ent spatial pattem in tim e and space.With the assist o f cellular auto mata,w hich has the featur es of co mbinatio n o f schemata and paradig m,a time and space pattern conform ed w ith development str ategy is for med in long ter m forecast of urban planning.Key words: cellular automata;self or ganization;historical block;evolv em ent(责任编辑、校对 张立新)。
