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第19卷第1期2010年2月自 然 灾 害 学 报J OURNAL OF NATURAL DISASTERS Vo.l 19No .1Feb .2010收稿日期:2008-05-16; 修订日期:2009-06-17基金项目:国家自然科学基金资助重点项目(50878039);地震行业基金资助项目(200808025)作者简介:柳春光(1964-),男,教授,博士生导师,主要从事生命线地震工程和桥梁抗震研究 Em ail:L i ucg @d l ut edu c n文章编号:1004-4574(2010)01-0152-06基于元胞自动机的城市地震次生火灾蔓延模型柳春光1,2,王碧君2,潘建伟3(1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024; 2.大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024;3.中建城市建设发展有限公司,北京100037)摘 要:根据模拟复杂系统的元胞自动机,并利用其组成,构建了城市地震次生火灾蔓延模型。
通过相关参数的初步量化,模拟了某小区的火灾蔓延,得到了大面积阻火要素,如道路、公园等对阻止火势进一步蔓延的重要作用,及风对火蔓延的重要影响,又考虑了消防扑救对控制火势蔓延的影响,为城市规划和震后火灾扑救提供参考。
关键词:元胞自动机,地震次生火灾,蔓延中图分类号:P315.9 文献标识码:AU rban post earthquake fire spread model based on cellul ar auto m ataLIU Chun guang 1,2,WANG B i j u n 2,PAN Jian w e i3(1.State Key Laborat ory of C oastal and Off shore E ngi neeri ng ,D ali an Un i versity of Technology ,Dalian 116024,Ch i na ;2.Schoo l ofC i vilH yd rau lic E ngi neeri ng ,D ali an Un i vers i ty of Technology ,Dalian 116024,Ch i na ;3.CSCEC C i ty Con structi on Devel opm en tC o ,Ltd ,Beiji ng 100037,Ch i n a)Abst ract :Based on the ce llular auto m ata si m u lati n g co m p lex syste m and its co m ponen ts ,an urban post eart h quake fire spread m odelw as constr ucted .By i n iti a l quan lizati o n of re lati v e para m eters ,t h e fire spread in a substrict w as si m ulated .The i m portance o f fire resisti n g ele m ents o f large area ,such as roads and parks in resi s ti n g fire spread and the i n fl u ence o fw i n d speed on fire spread w ere po i n ted ou.t The effect of fire pr o tection and fighti n g on con tro l of fire spread w as consi d ered .The resu lts can g i v e a reference to urban plann i n g and post earthquake fire figh ti n g .K ey w ords :ce llular auto m a ta ;post-earthquake fire ;spread 地震次生火灾是指由地震直接或间接引发的火灾,其危险性和破坏性极大,已成为人们重点防御的灾害。
《基于系统动力学模型和元胞自动机模型的土地利用情景模型研究》篇一一、引言随着城市化进程的快速推进，土地资源的合理利用成为当前亟待解决的问题。
准确模拟和预测土地利用变化，对土地资源的保护和可持续发展具有重要意义。
本研究结合系统动力学模型（SDM）和元胞自动机模型（CAM），构建土地利用情景模型，旨在更精确地模拟和预测土地利用变化，为土地资源的合理利用提供科学依据。
二、文献综述近年来，众多学者对土地利用变化进行了深入研究。
系统动力学模型因其能够处理复杂非线性问题，广泛应用于土地利用变化的研究中。
元胞自动机模型则能模拟空间格局的变化，为土地利用的时空演变提供了有力的工具。
然而，单一模型的应用存在局限性，因此，将两种模型相结合，发挥各自优势，成为当前研究的热点。
三、研究方法本研究结合系统动力学模型和元胞自动机模型，构建土地利用情景模型。
首先，通过系统动力学模型分析土地利用变化的内在机制和影响因素。
其次，利用元胞自动机模型模拟土地利用的空间格局变化。
最后，将两者相结合，构建土地利用情景模型，以更全面地模拟和预测土地利用变化。
四、模型构建与实证分析（一）模型构建1. 系统动力学模型构建：通过分析土地利用变化的内在机制和影响因素，构建系统动力学流图和因果关系图，确定模型的主要变量和参数。
2. 元胞自动机模型构建：确定元胞的划分、状态、转换规则等，构建元胞空间和元胞的转换规则集。
3. 情景设置：根据研究区域的特点和需求，设置不同的土地利用情景。
（二）实证分析以某城市为例，应用本研究所构建的土地利用情景模型进行实证分析。
通过对比不同情景下的土地利用变化，分析各种情景下的土地利用特点、优劣及影响因素。
同时，结合实际数据，对模型的模拟结果进行验证和修正，以提高模型的准确性和可靠性。
五、结果与讨论（一）结果分析1. 系统动力学模型分析结果：揭示了土地利用变化的内在机制和影响因素，为土地资源的合理利用提供了科学依据。
2. 元胞自动机模型模拟结果：成功模拟了土地利用的空间格局变化，为土地利用的时空演变提供了有力的工具。
融合多源信息的元胞自动机交通流模型随着城市化进程的不断发展和交通流量的快速增长，如何合理优化城市交通系统成为了亟待解决的问题。
为了解决交通流量管理中遇到的挑战，研究人员开始使用元胞自动机交通流模型作为一种有效的工具。
元胞自动机交通流模型结合了多源信息，并能够对城市道路网络中的交通流进行模拟和预测。
本文将重点介绍融合多源信息的元胞自动机交通流模型，并详细分析其优势和应用前景。
一、元胞自动机交通流模型简介元胞自动机交通流模型是一种基于交通流动的个体自动行为的模拟方法。
它将整个道路网络划分为多个元胞，每个元胞代表一个交通单元，如车辆或行人等。
通过定义元胞之间的规则和交互方式，模型可以刻画城市道路系统中的交通流动情况。
元胞自动机交通流模型使用自动机理论和网络拓扑结构相结合的方法，具有模拟真实交通行为的优势。
二、多源信息融合的意义和方法多源信息的融合对于提高交通流模型的准确度和预测能力至关重要。
常见的多源信息包括道路网络拓扑结构、车辆速度、交通信号灯状态、道路岔口等。
通过合理融合这些信息，可以更好地模拟城市交通流动的实际情况。
在元胞自动机交通流模型中，多源信息融合的方法主要包括以下几种：数据融合、模型融合和参数融合。
数据融合是将来自不同数据源的交通数据进行处理和整合，以获取全面准确的信息。
模型融合是将不同类型的交通模型进行整合，并基于多种模型的结果进行预测和优化。
参数融合是将不同参数的评估结果进行整合，以获取更加全面和准确的评估结果。
三、融合多源信息的元胞自动机交通流模型的优势融合多源信息的元胞自动机交通流模型相比传统模型具有以下优势：1. 准确性提高：多源信息的融合使得模型更加贴近真实交通情况，模拟结果更准确可靠。
2. 鲁棒性增强：多源信息的融合使得模型对于数据噪声和不确定性具有更好的适应和鲁棒性。
3. 预测能力增强：多源信息的融合使得模型在预测和优化交通流方面具有更高的准确性和可信度。
四、融合多源信息的元胞自动机交通流模型的应用前景融合多源信息的元胞自动机交通流模型在城市交通系统优化和管理中具有广阔的应用前景。
第33卷第6期2010年12月测绘与空间地理信息G E O M&T l C s＆S PA Tl A l。
l N FoR M A T I O N T E C H N O L O G YV01．33，N o．6D ec．，2010基于C A的南京市城市空间结构演变模拟张磊(中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221116)摘要：元胞自动机(C e l l ul ar A ut om a t a，C A)是一种“自下而上”的动态模拟建模框架，具有模拟复杂系统时空演化过程的能力。
本文将对标准C A进行扩展，以南京市为研究区域，对其城市扩展进行模拟。
关键词：元胞自动机；城市扩展；模拟中图分类号：P208文献标识码：B文章编号：1672—5867(2010)06—0159—04Si m ul at i on of U r ban Spat i al St r uct ur e D ynam i c Pr oces s i n N anj i ngB as ed onC el l ul ar A ut om at aZ H A N GLei(School of E nv i r onm e nt Sci e n c e an d Spa t i al I nf orm a t i c s，C hi na U ni ve r si t y of M i ni ng an d T echnol og y，X uzhou221116，C hi na)A bs t r act：C A i s a bot t om t o t op sp at i o t em por a l m o del i n g f r am e，w hi c h has t he abil i t y of m o del i n g c om pl e x sys t em i n sp at i o t em por a l pr oc ess．Tak i ng N anj i ng as r es ear ch ar ea，t hi s pape r con s t r uc t s t o ext end t he st and ar d C A，a nd si m ul a t es t he ur b a n sp r aw l of N anj i ng ci t y．K e y w or ds：Cel l ul ar A ut om at a；ur ban spr aw l；si m u l at i on0引言城市土地利用演化受到自然、社会、经济、文化、政治和法律等多种因素的制约，其演化过程具有高度的复杂性，城市作为复杂系统，很多行为不能为静态的基于牛顿力学的传统城市理论所解释，开展城市土地利用动态演化模型研究正成为当前地理学研究的难点和热点问题，越来越多的研究表明，城市土地利用演化发展是空间个体相互作用的结果，从空间个体行为的微观角度人手，在较高的空间和时间分辨率下，“自下而上”地研究城市土地利用演化的C A模型是深入理解城市空间动态演化特征和规律的必然要求。
第29卷第3期 咸 宁 学 院 学 报 Vo.l29,No.3 2009年6月 Journal of X ianni n g Universit y Jun.2009文章编号:1006-5342(2009)03-0103-04地理元胞自动机研究综述*柯新利1,2,边馥苓2(1.咸宁学院 资源与环境科学学院,湖北 咸宁 437100;2.武汉大学 空间信息与数字工程研究中心,湖北 武汉 430079)摘 要:从地理元胞自动机的应用范围、地理元胞自动机转换规则的获取、地理元胞自动机空间划分、元胞自动机与G IS的集成等方面回顾了地理元胞自动机模型的研究,对地理元胞自动机模型研究的发展趋势进行了分析,认为地理元胞自动机模型研究在以下几个方面需要进一步深入:(1)应用范围应进一步扩大;(2)在确定地理元胞自动机的转换规则时应综合考虑自然因素和社会经济因素;(3)应加强地理元胞自动机与多智能体系统的集成研究;(4)应加强对地理元胞自动机的尺度划分及尺度效应的研究;(5)应进一步深化地理元胞自动机与G IS的集成研究。
关键词:元胞自动机;地理模拟;研究综述中图分类号:F301 文献标识码:A0 引 言元胞自动机(Ce ll u l a r Au t om ata,CA)具有强大的空间运算能力,常用于自组织系统演变过程的研究。
它是一种时间、空间、状态都离散,空间相互作用和时间因果关系都为局部的网格动力学模型,具有模拟复杂系统时空演化过程的能力[1]。
与传统的基于方程式的地理学模型相比,元胞自动机模型具有较好的时空动态性,可以模拟非线性复杂系统的突现、混沌、进化等特征,是模拟生态、环境、自然灾害等多种高度复杂的地理现象的有力工具。
很多地理学家利用元胞自动机对各种复杂的地理现象进行了模拟研究,取得了许多有意义的成果。
因此,从地理空间系统的模拟来看,元胞自动机模型的研究和应用提供了一种从地理系统的微观出发、将自然与人文统一的地理模拟系统的新视角和新途径。
城市用地扩展及用地效益研究进展【摘要】进入21世纪以来，在工业化水平提高、经济加速发展的推动下，中国的城市化迈入了高速发展的新时期。
截至2010年，中国城镇人口已达到6.5亿，城市化率达到47.7%，与2000年相比，城镇人口增加了1.66亿，城市化率提高11.5%，年均提高约1.2个百分点。
有专家预测，中国在未来20年里，仍然处于城市化高速发展阶段，城市化水平将持续提高到60%，到2050年将达到70%。
目前,国内外学者对城市用地扩展的研究主要集中在扩展动力机制研究、过程和模式分析以及战略和对策探讨之上。
长株潭城市群以上研究方面已经取得了一定进展，但研究手段多是以社会经济统计数据分析为主。
本文在借鉴国内外城市扩展研究方面经验的基础上，总结了城市用地扩展的特征、归纳了城市用地扩展的常用模型并对城市用地扩展综合效益评价进行了进一步的总结研究。
【关键词】城市用地扩展；特征；模型；效益评价1 城市用地扩展特征研究对城市用地扩展特征的研究，按照数据源的不同可以分为：（1）基于国民经济统计数据和土地调查数据。
（2）基于多时相遥感影像数据分析。
陈云、朱红梅、罗寅等利用长沙市城市统计年鉴的相关数据，分析了长沙市建成区面积变化总体特征、建设用地内部结构变化特征。
陈凤根据重庆市l997-2008年土地利用现状变更调查资料，将每4年作为一个时间跨度，对重庆市主城区不同时段的城市用地数量、空间形态、协调性等特征进行分析。
何丹、蔡建明、周璟利用1985年度，1995年度和2000年度3期天津市的1: 10万土地规划利用数据，以gis作为工具，分析绘制图纸和提取数据，研究天津城市发展的空间规律，具体的研究的参数有城市发展速度、弹性变量系数、重心方位坐标、密集度、空间分维数、力度、形态特征。
张落成等在对苏南地区近20年城市用地扩展特点的研究中，采用20世纪50, 60, 70年代1/ 1万航空像片和80年代1/ 1000-2000城市地形图，对城市扩展的结构变化特征和形态变异特征进行了研究。
元胞及自动化应用元胞及自动化应用是信息科技领域的一种非常重要的技术。
它基于对复杂系统中的微小单元进行建模，旨在研究系统的整体行为。
这种方法可以应用于各种领域，如物理学、生物学、市场学等等。
在这篇文章中，我们将介绍元胞及自动化应用的原理，以及它们在实际应用中的利用。
首先，我们来看看元胞及自动化应用的基本原理。
元胞是一个可以进行计算、控制、或者是存储数据的单元，被构成一大群，这些单元可以在不同的状态之间进行转换，这种状态转换的过程由规则决定。
元胞自动机就是通过规则自动地对元胞状态进行转换的一种方式。
它们可以被用来模拟一大批复杂的系统，如气体动力学、流体力学、人口学等等。
这种模拟不仅可以用来分析系统的行为，还可以用来预测未来的发展。
元胞自动机的一个典型例子是康威生命游戏。
它是一种基于一个二维元胞阵列的仿真游戏，每个元胞都只有两种状态，即活动或者死亡。
游戏开始时，一些元胞处于活动状态，其他元胞处于死亡状态。
接下来，按照一定的规则，所有的元胞状态都会发生变化。
任何时候，只有满足一定条件的元胞才会变成活动状态。
这个游戏表面上看起来很简单，但是实际上它可以模拟出丰富多彩的生物现象，如物种的竞争、群体移动等等。
此外，康威生命游戏还有着广泛的应用，比如在计算机图形学中，可以用游戏的规则创建出一些非常细致、自然的图案。
除了康威生命游戏，元胞自动机还可以在其他领域发挥重要作用。
例如在气象学中，人们可以使用元胞自动机来模拟大气中的气流和温度变化。
在流体力学中，人们可以使用元胞自动机来模拟流体的运动，如河流、海浪、湖泊等等。
在生命科学中，人们可以使用元胞自动机来研究蛋白质的折叠过程，以及细胞的生长和分裂。
除了元胞自动机，自动化应用还包括一些其他技术，如人工神经网络、遗传算法等等。
这些技术都是通过对系统的微小单元进行建模，并使用它们进行计算和预测的方法。
例如，人工神经网络是一种模拟人类大脑的算法。
它可以学习和识别复杂的模式，并且可以被用于机器学习和人机交互等领域。
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。
何春阳、史培军等从宏观外部约束性因素和局部城市单元自身扩展能力变化的角度建立元胞自动机模型对北京地区城市发展过程进行了模拟重建和不同情景预测。
本文在介绍元胞自动机原理的基础上，对比国内外元胞自动机在城市扩展方面的研究现状和新进展，总结近年来元胞自动机研究的热点和聚焦所在，对其未来的发展趋势进行预测。
二元胞自动机在城市扩展方面的应用2.1 元胞自动机元胞自动机(Cellular Automaton)也称细胞自动机、点格自动机等，是一种时间和空间都离散，物理参量只取有限数值集的动力系统理想化模型" 散布在规则网格中的每一元胞取有限的离散状态，遵循同样的作用规则，依据确定的局部规则做同步更新。
CA最主要的特点是复杂的系统可以由一些很简单的局部规则来产生。
元胞是CA的最小单位，而元胞空间是元胞的主要属性。
根据转换规则，元胞可以从一个状态转换为另一个状态。
转换规则是基于邻域函数来实现的。
一个CA系统通常包括4个要素：元胞(cells)、状态(states)、邻域范围(neighbors)和转换规则(rules)。
一个标准元胞自动机可以用数学符号表示为：A＝(L d，S，N，f )式中A代表一个元胞自动机系统，L d表示d 维元胞空间；S是元胞有限的离散的状态集合；N表示一个所有领域内元胞的集合(包括中心元胞)，即包含有n个不同元胞状态的空间向量；f 则表示了中心元胞与邻居见的转换规则。
经典的元胞自动机有初等元胞自动机、“生命游戏”、格子气自动机和“能自我复制的元胞自动机”等。
下面介绍生命游戏的构成及规则：(1 )元胞分布在规则划分的网格上；(2 )元胞具有0 ，1 两种状态，0 代表“死”， 1 代表“生”；(3 )元胞以相邻的8个元胞为邻居，即Moore邻居形式；(4 )一个元胞的生死由其在该时刻本身的生死状态和周围八个邻居的状态决定。
CA(元胞自动机)模型具有高度的灵活性、开放性、强大的复杂计算功能、固有的平行运算能力、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。
目前元胞自动机被广泛应用于模拟各种物理系统和自然现象。
元胞自动机作为一种具有时空动态特征的动力学方法。
具有模拟二维空间演化过程的能力，该方法被广泛应用到地理学的诸多领域。
其中，元胞自动机在城市扩展方面应用最早，同时也是当前元胞自动机应用研究的热点。
2.2 历史发展城市是一个复杂的动态巨系统，具有复杂的自组织现象。
自然因素和社会经济因素在不同的时间、空间尺度上相互作用、相互影响，共同作用于城市系统的演变，使演变具有很大的不确定性，无法使用数学公式进行表达和模拟。
但元胞自动机的特点使得它成为城市空间复杂系统演化动态模拟的主要方法。
在20世纪70年代, Tobler将元胞自动机的概念引入地理学研究,他用CA 模型来模拟当时美国五大湖边底特律地区城市的迅速扩展,并且他认为类似元胞自动机的地理模型的采用是分析模拟地理动态现象的一次方法革命。
在20世纪80年代, Couclelis对元胞自动机在城市扩展方面的应用潜力从理论上作了充分的论述,她认为在城市发展政策和城市发展模拟中,不确定性的特点决定了要用这类模型来进行建模。
尤其是对元胞自动机模拟城市扩散的阐述,对后来这方面的研究有深远的影响。
进入20世纪90年代,越来越多CA 模型应用于城市增长的模拟研究中。
White 和Engelen多次成功地应用元胞自动机模型模拟了城市的土地利用变化,如美国Cincinnati市的城市增长,全球气候变化对Caribbean岛土地利用构成变化的影响研究等。
Deadman等利用CA来模拟加拿大Ontario地区的农村居民点的扩张过程, 获得了很好的结果.Phipps、Cecchini等很多学者都将CA 模型应用于城市形态、城市扩展以及城镇用地状况的模拟研究。
Bessusi等用CA模型对意大利东北部城市的扩散进行了模拟,取得了很好的效果,并且将其应用于城市规划的实践当中。
曾辉、Sui and Zeng用元胞自动机模型对深圳市郊区的城市扩展情况进行了模拟分析。
Barredo等在分析了数字城市的复杂性和其他特征的基础上,用CA模型对爱尔兰的Dublin市从1968年到1998年的城市增长情况进行了模拟分析,并且用分形维数和比较矩阵的方法对模拟结果进行了检验。
2.3 研究现状由于人们对元胞自动认识的侧重点的不同和具体城市的特性，元胞自动机在城市扩展方面的应用也是百家争鸣，与其对应的结果当然也是百花齐放。
截至到目前为止，元胞自动机在城市扩展方面的应用研究主要集中在以下方向：2.3.1 单纯CA模型的应用在CA模型的模拟过程中,城市形态的演变过程可以很方便地动态显示出来。
尽管城市发展受一系列复杂的因素所影响,但CA模型可以有效地模拟各种可能条件下城市发展的状况,从而探讨城市发展的趋势。
元胞转换规则的获取和定义是CA模型的核心，转换规则中的参数对模拟结果有重要影响，如何有效地定义和获取这些参数是模拟真实对象演变的关键。
因此，对转换规则的研究也必然是专家或学着热衷的领域，这主要体现在：（1).基于案例推理的元胞自动机城市扩展模拟：元胞自动机在研究大区域或模拟时间较长时，想要定义的具体规则来反映城市各地理现象的演变与其影响要素之间的复杂关系有较大的困难。
基于案例推理的CA模型是利用案例推理来决定元胞状态的转变，例如从非城市用地转变为城市用地的过程。
由于对k最近邻算法进行了改进，将空间距离也引进相似度的计算中，使得案例推理能隐含地反映随空间而变化的动态转换规则。
而且，由于在模拟过程中也将新的遥感数据加入到案例库中，所得案例库也是动态更新的，因此可以反映随时间而变化的动态转换规则。
将该模型应用于大区域的珠江三角洲城市演变中实验结果显示。
其模拟的空间格局与实际情况吻合较好与常规的基于Logistic的CA模型进行了对比。
所获得的模拟结果有更高的精度和更接近实际的空间格局．特别在模拟较为复杂的区域时有更好的模拟效果。
（2).基于分区域的元胞自动机城市扩展模拟：元胞自动机用于模拟城市扩张具有很好的空间建模能力,通常采用的建模方式将影响因子的空间条件作为线性要素对待,而在元胞转换规则建模中考虑影响因子的空间非线性特征更逼近真实状况。
该文提出一种基于分区域的元胞自动机模型,通过划分各个全局影响因子的重要性子区域,计算不同类型区域中各因子对土地利用转换的影响强度,从而得到全区域的空间非线性转换规则。
利用该模型模拟东莞市1988 —1993 年的城市扩展过程,并与Logistic 模型模拟结果对比,表明这种有空间约束条件的分区域元胞自动机模拟精度更高,能有效模拟城市扩张的空间格局。
通过划分重要性子区域,约束了模拟过程中城市增长的空间条件,使得模型充分考虑到区域内部各个因子权重的空间差异,分区域进行计算,这与实际土地利用变化的非线性特征更为符合;而且这种方法物理意义清晰、易于解释,有利于用户优化参数,使模拟结果贴近实际情况。
对东莞市土地利用变化的模拟也表明,由于引入了空间约束条件,在模拟过程中更好的约束了城市的扩张形态。
（3).基于神经网络与元胞自动机的城市扩展模拟：利用人工神经网络适用于复杂信息的非线性预测特性，将神经网络与元胞自动机相结合,从不同时相遥感数据中挖掘城市扩展土地利用演变的规律,自动找到土地利用元胞的转换规则,并以该规则反演和预测城市的扩展演变。
它能够更客观地确定元胞转换规则,挖掘城市空间扩展规律,实现城市扩展反演和预测。
以浙江省义乌市为实证案例,对模型检验与优化,与同期义乌城市发展状况基本相吻合。
2.3.2 CA模型与GIS的集成应用由于CA模型被认为是一种扩展的地理信息系统,随着GIS技术的迅速发展, CA与GIS的集成引起了很多学者的兴趣。
所有这些研究大大推动了CA模型在城市模拟中的应用, GIS为CA 的规则制定提供了重要的信息来源, CA的空间不再是固定不变的,借助GIS可以把空间的分异性引进CA模型中。
CA模型和GIS的集成, 一方面增强了GIS的时空动态建模功能,将CA作为动态空间模拟的一种框架纳入GIS分析中,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,方便CA模型的校验和决策支持。
在国际上，Couclelis就基于CA模型的城市扩展模拟的理论和元胞自动机模型与GIS的集成方法一直在进行深入地研究,这位科学家是用一种栅格式的GIS与CA模型相集成,来模拟城市的空间变化。
Xie提出了城市发展动态模型,该模型以元胞自动机理论来描述和模拟具有自相似和分形分维特征的城市及其发展过程,并借助地理信息系统技术和元胞自动机模型对Buffalo 市的土地利用变化进行了有效地模拟。
