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基于元胞自动机的河谷型城市扩展研究

作　者: 马爱功
导　师: 颉耀文
学　校: 兰州大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 元胞自动机城市扩展驱动力分析兰州
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 357次
引　用: 5次
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内容摘要

随着经济社会的快速发展,城市人口数量不断增加,城市扩展成为必然。论文选取兰州市区为例,以遥感为数据源,以GIS技术为数据获取手段,应用元胞自动机模型——SLEUTH模型,对其扩展过程进行重建,并对未来城市扩展进行预测。结合河谷型城市扩展特点,探讨兰州城市扩展的驱动力机制,并对城市发展提出意见和建议,本文的主要研究内容和结论如下:论文首先介绍了城市扩展的研究背景、研究进展和发展趋势,城市扩展模型研究,进而介绍了本文的研究内容和主要方法、技术路线,并就元胞自动机的理论基础进行介绍。介绍了SLEUTH模型,包括模型的四个增长规则:自发增长、新扩展中心增长、边界有机增长、道路影响增长;模型的五个增长系数:散步系数、繁殖系数、扩展系数、坡度系数、道路重力系数。重点介绍了模型需要输入的数据和模型的校准方法。文章采用遥感影像作为主要数据源,结合城市规划图、地形图等图件,采用GIS技术提取不同时期城市范围和道路交通数据,从DEM中获取城市坡度图和阴影图,结合社会经济统计资料,建成研究区空间数据库和属性数据库。基于SLEUTH模型进行扩展模拟和预测,对模拟和预测结果结合统计数据进行解释。结合河谷型城市扩展的驱动力对兰州城市扩展进行分析。通过研究发现,SLEUTH模型算法简单直观,可以很好的进行城市扩展的动态模拟。兰州城市扩展的用地已经极为有限,城市扩展道路交通影响较大,坡度因素成为城市扩展的主要制约因素。兰州城市扩展在不同阶段有不同的驱动因素,归结起来主要包括自然环境、历史基础、人口增长、经济发展、交通条件、政策因素等因素。论文应用SLEUTH模型在河谷型城市进行了有益的尝试,一定程度上促进了城市元胞自动机在河谷型城市扩展中的应用研究,具有一定的理论和方法创新与实践应用价值,同时,城市元胞自动机模型研究在国内尚处在起步阶段,其理论研究基础、校准方法、模型的尺度、精度和真实性等都有待进一步研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-31
  1.1 研究背景与意义  10-13
    1.1.1 研究背景  10-12
    1.1.2 研究目的与意义  12-13
  1.2 城市扩展研究进展  13-27
    1.2.1 城市扩展研究  13-15
    1.2.2 城市模型发展  15-19
    1.2.3 城市CA研究进展  19-24
    1.2.4 城市CA研究趋势  24-27
  1.3 研究内容与方法  27-30
    1.3.1 主要研究内容  27
    1.3.2 研究方法  27-29
    1.3.3 技术路线  29-30
  1.4 论文章节组织  30-31
第2章元胞自动机理论基础  31-46
  2.1 元胞自动机概念  31
  2.2 元胞自动机的组成  31-35
    2.2.1 元胞  32
    2.2.2 元胞空间  32-33
    2.2.3 邻居  33-34
    2.2.4 规则  34-35
    2.2.5 时间  35
  2.3 CA模型的特点与模拟复杂系统的优越性  35-37
    2.3.1 CA模型的特点  35-36
    2.3.2 CA模拟复杂系统的优越性  36-37
  2.4 CA应用领域  37-39
  2.S CA用于城市扩展研究  39-44
    2.5.1 CA模拟城市扩展的优点  39
    2.5.2 CA与GIS集成  39-44
    2.5.3 CA与城市扩展模型的结合与构建  44
  2.6 CA模拟城市扩展需要的改进  44-46
第3章 SLEUTH模型概述  46-64
  3.1 SLEUTH模型概述  46-47
  3.2 SLEUTH模型原理  47-61
    3.2.1 SLEUTH模型增长系数  48-50
    3.2.2 SLEUTH模型增长规则  50-54
    3.2.3 模型需要的输入数据  54-56
    3.2.4 SLEUTH模型校准方法  56-60
    3.2.5 SLEUTH模型预测  60-61
  3.3 SLEUTH模型评价  61-64
    3.3.1 SLEUTH模型的优点  61-62
    3.3.2 模型应用的局限性  62-64
第4章研究区概况与数据预处理  64-73
  4.1 研究区概况  64-66
    4.1.1 研究区范围  64-65
    4.1.2 自然环境  65
    4.1.3 社会经济条件  65
    4.1.4 城市发展存在的问题  65-66
  4.2 数据收集与处理  66-68
    4.2.1 数据源  66-67
    4.2.2 数据预处理  67-68
  4.3 模型输入数据层的建立  68-73
第5章基于SLEUTH模型的兰州城市空间扩展重建与预测  73-85
  5.1 模型校准  73-78
    5.1.1 校准方案设置  73-74
    5.1.2 Lee-Salee指数校准模式  74-77
    5.1.3 OSM指数校准模式  77-78
  5.2 校准方案比较  78-80
    5.2.1 Lee-Salee指数校准模式  78-79
    5.2.2 OSM指数校准模式  79-80
  5.3 兰州市1978—2006年城市扩展模拟  80-81
  5.4 兰州未来20年城市扩展预测  81-85
    5.4.1 预测结果的指数行为  83
    5.4.2 预测结果的解释  83-85
第6章兰州城市空间扩展驱动力分析  85-96
  6.1 兰州城市空间扩展的影响因素分析  85-93
    6.1.1 自然环境  85-87
    6.1.2 历史基础  87
    6.1.3 人口增长  87-88
    6.1.4 经济发展  88-90
    6.1.5 交通因素  90-91
    6.1.6 政策因素  91-93
  6.2 兰州未来城市空间扩展的建议与对策  93-96
第7章结论与展望  96-100
  7.1 研究主要结论  96-98
    7.1.1 城市CA模型进展  96
    7.1.2 SLEUTH模型的模拟与预测  96-98
    7.1.3 论文创新点  98
  7.2 研究不足与展望  98-100
    7.2.1 研究不足  98-99
    7.2.2 展望  99-100
参考文献  100-104
附录: SLEUTH模型试验配置文件代码  104-112
在研期间科研成果  112-113
致谢  113

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