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基于GIS和CA模型的城市化土地利用扩展模拟与预测

杜晓圆  
【摘要】:城市化是一个复杂的时空转换过程,它包括城市内部各类土地类型之间的相互转换以及城市不断对外扩张的过程。而人类对土地资源的利用是有限的,如何建立一个城市模型来描述、模拟以及分析城市在演化过程中所表现出来的各种复杂的行为,具有很大的理论和现实意义。城市空间扩展是一个持续运行的涉及许多社会因素的复杂时空动态过程,是城市形态不断适应功能需求变化的发展过程。单纯利用传统的静态模型已经无法满足模拟城市动态系统过程的要求。地理元胞自动机GeoCA是一种空间时间都离散的动力学模型,是研究复杂系统随时空变化的典型方法,特别适合对城市复杂系统的时空动态变化的模拟。 本文以呈贡县土地利用演化为研究对象,以地理元胞自动机理论为建模方法。在总结了CA模型在国内外的发展现状及发展趋势的基础上,基于CA原理和城市土地利用演化理论,运用我国学者提出的城市动态演化模型GeoCA-Urban模型,以云南省昆明市呈贡县为研究区,将GIS技术与GeoCA-Urban模型相结合,对呈贡县的土地利用演化结果进行了模拟和预测,分析得出将来10年内呈贡县的城市化扩展趋势,为将来政府规划部门以及相关专家实现该区域的长远规划、土地集约利用以及可持续发展提供参考。 本论文主要分为以下几部分: 第一章主要介绍了问题提出的背景、研究意义、相关理论技术的国内外研究现状以及本文的研究内容和技术路线。 第二章着重阐述了元胞自动机的相关理论:概念、组成、基本特征、相关应用领域,尤其是在地理学方面的应用及模型的扩展研究,以及扩展的元胞自动机理论在城市土地利用演化方面的应用。最后还简单介绍了城市土地利用演化理论及其研究方法。 第三章对研究区域进行了介绍,并对收集到的数据进行了前期处理得到实验所用的基础数据。 第四章介绍了试验用到的GeoCA-Urban模型,并通过1990和2004年两期数据的反复试验确定适合呈贡县的GeoCA-Urban模型,以呈贡县2006年的模拟结果检验模型,最后再以1990年和2006年数据为基期数据,预测呈贡县2020年的土地利用发展状况,分析得出再将来10年内呈贡县的城市化扩展趋势。 第五章对本文的研究进行了总结和展望。


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