多層次矢量元胞自動機(jī)建模及土地利用變化模擬
摘要：城市規(guī)劃對土地利用變化起著重要的引導(dǎo)作用霉翔，各層次規(guī)劃相互支撐、互為補(bǔ)充稚叹，自上而下影響著土地利用格局的演變捧弃。矢量元胞自動機(jī)以不規(guī)則的地理實(shí)體作為基本單元，可以更逼真地表達(dá)客觀復(fù)雜的城市用地空間結(jié)構(gòu)止喷。然而馆类，當(dāng)面向具有層次協(xié)同性、空間引導(dǎo)性和管控傳導(dǎo)性等特征的城市規(guī)劃時弹谁，其元胞多層次體系構(gòu)造乾巧、層次間協(xié)同方法和轉(zhuǎn)換規(guī)則獲取等關(guān)鍵問題凸顯出來。本文以江陰市2007年预愤、2012年沟于、2017年3期土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在多層次矢量元胞自動機(jī)建闹部担基礎(chǔ)上旷太，模擬了2017年土地利用變化，通過模擬結(jié)果與用地現(xiàn)狀對比分析销睁，對模型個別參數(shù)進(jìn)行了修正供璧，進(jìn)一步提高了模型的可行性與適用性，進(jìn)而預(yù)測了2022年城市土地利用格局榄攀。模擬結(jié)果顯示嗜傅，中心城片區(qū)建設(shè)用地發(fā)展已經(jīng)趨于飽和金句，澄南檩赢、澄東南和澄東片區(qū)建設(shè)用地擴(kuò)張較為明顯，有逐步形成“中心城區(qū)—城鎮(zhèn)組團(tuán)—村莊”三級城鄉(xiāng)空間聚落體系的趨勢违寞。最后利用FoM指標(biāo)對模擬結(jié)果進(jìn)行了評價贞瞒，得到整體和各片區(qū)的精度基本都大于或接近于0.21，表明模擬結(jié)果精度較高趁曼，其構(gòu)建的模型在面向多層次規(guī)劃的用地變化模擬方面具有更好的效果军浆。
關(guān)鍵詞：城市規(guī)劃體系；多層次矢量元胞自動機(jī)挡闰；傳導(dǎo)機(jī)制乒融；土地利用變化；建模與模擬
元胞自動機(jī)具有強(qiáng)大的空間運(yùn)算能力摄悯，可以模擬復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)赞季，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用與土地利用模型變化、城市擴(kuò)張模擬等領(lǐng)域奢驯。矢量CA有利于研究不規(guī)則的城市空間發(fā)展情況申钩。本文提出了一種多層次矢量CA模型，通過構(gòu)建面向多層次城市規(guī)劃的層次嵌套和遞歸空間單元體系瘪阁，將多層次的空間觀看和傳導(dǎo)效應(yīng)作用到不同層次矢量元胞上撒遣，實(shí)現(xiàn)對用地模擬轉(zhuǎn)換的全過程全方位聯(lián)動控制邮偎。
科普
FoM邊緣檢測評價指標(biāo)
出通過統(tǒng)計模擬結(jié)果和實(shí)際數(shù)據(jù)之間差異區(qū)和共性區(qū)，構(gòu)建FoM指標(biāo)义黎，對模擬結(jié)
果的動態(tài)變化過程進(jìn)行精度評價禾进。FoM的計算公式如下：
FoM = B / (A + B + C + D )
式中：*A*表示實(shí)際變化但模擬結(jié)果未發(fā)生變化的單元 （面積）；*B*表示實(shí)際變化同時模擬結(jié)果也發(fā)生變化的單元（面積）轩缤；*C*表示實(shí)際變化同時模擬結(jié)果也變化命迈，但是變化方向不一致的單元（面積）；*D*表示實(shí)際未變化但模擬結(jié)果變化的單元（面積）火的。
Kappa系數(shù)
Kappa一致性檢驗在診斷試驗中壶愤，研究者希望考察不同的診斷方法在診斷結(jié)果上是否具有一致性。如：評價兩種診斷試驗方法對同一個樣本或研究對象的化驗結(jié)果的一致性馏鹤。此時征椒，Kappa值可以作為評價判斷的一致性程度的指標(biāo)。實(shí)踐證明湃累，它是一個描述一致性較為理想的指標(biāo)勃救。因此在醫(yī)學(xué)、社會學(xué)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用
方法
本文構(gòu)建了一個面向城市規(guī)劃體系的矢量元胞體系治力，上層次的規(guī)劃為下層次的規(guī)劃提出了強(qiáng)制性框架蒙秒。在多層次元胞體系構(gòu)建基礎(chǔ)上，依據(jù)自上而下的傳遞順序?qū)⑥D(zhuǎn)換規(guī)則分為全局宵统、片區(qū)晕讲、地塊3個部分，采用先分層马澈、再地塊的計算方法：首先計算分層轉(zhuǎn)換概率瓢省，然后統(tǒng)計每個地塊各類用地轉(zhuǎn)換的綜合概率，最后判斷地塊最終轉(zhuǎn)換類型痊班。全局轉(zhuǎn)換規(guī)則控制了城市總體規(guī)劃中的禁建區(qū)和建設(shè)區(qū)勤婚，片區(qū)轉(zhuǎn)換規(guī)則通過馬爾科夫模型得到片區(qū)轉(zhuǎn)換概率，地塊轉(zhuǎn)換規(guī)則通過分析領(lǐng)域影響力和局部影響力得到地塊轉(zhuǎn)換概率涤伐。最后的結(jié)果通過FoM指標(biāo)進(jìn)行評估馒胆，并利用FoM指標(biāo)迭代提高模型精度。
TCL碎碎念
這篇文章提出的方法和Day2有些相似凝果，都是用來預(yù)測城市用地變化的模型祝迂。本文提出的多層次矢量元胞體系的亮點(diǎn)在于多層次，通過三級分層豆村，從全局片區(qū)地塊三個部分來考慮城市用地變化液兽，并且建立了一套自頂上下的傳遞規(guī)則，個人認(rèn)為這個是本模型的亮點(diǎn)。但是也正如前文提到的四啰，CA的最大缺點(diǎn)就在于沒有考慮人的因素宁玫，在本模型中，所有的因子都是出于宏觀考慮柑晒，通過往年的用地類型數(shù)據(jù)來預(yù)測未來用地變化欧瘪，沒有考慮到居民的因素。這一點(diǎn)可能就是CA的弊端匙赞，因為城市發(fā)展是依賴于人的佛掖，居民的搬遷傾向不僅決定著居民區(qū)的擴(kuò)張趨勢，而且對于交通涌庭、公共設(shè)施芥被、商業(yè)區(qū)的分布也有著重要影響。
