基于细胞自动机的城市增长模拟研究

本文以城市为主要研究对象,将城市和区域作为复杂空间系统,以复杂性科学的理论和方法来审视和研究城市和区域空间演化的过程和机制。论文沿着理论、方法、模型、模拟应用、结果分析等篇章展开。 首先,介绍复杂系统的基本概念、性质和演化过程。简单回顾了城市模型的发展历史。针对传统模型存在的问题,在复杂系统的理论背景下,引入城市细胞自动机模拟模型。作为研究复杂系统的一种重要方法,细胞自动机模型广泛应用到研究复杂地理过程。这方面研究已经是地理系统建模领域的一个前沿地带。 其次,详细说明了标准细胞自动机的概念、构成、原理、特性、分类和细胞自动机用于城市复杂系统必然性和可行性。对于城市和区域这样的复杂空间系统,传统的研究方法难以揭示其内在演化的本质规律,需要研究方法创新。 接着,作者进一步详述了一种松散耦合型城市细胞自动机模型(SLEUTH)的组成、内部机理、规则和校准方法等。为了证明模型的有效性和通用性,从个体空间的微观角度入手,在较高的空间和时间分辨率下,对乌鲁木齐未来城市空间的动态演化过程进行了模拟研究。 最后,根据模拟统计(指数、系数)结果和空间图像,从校准指数的有效性和预测过程产生的系数、指数变化的内在关系分析结果中可以得出,SLEUTH 确实是按照系数影响规则,自修改规则调整系数,这样一个随着时间变化螺旋上升的内部增长结构。从两种实验假设下产生的预测图结果看出,SLEUTH 可以作为规划设计的“虚拟实验室”,可以为地理学家提供可视化的理论参考。对于城市规划和管理部门制定合理的城市发展规划,实现可持续的城市发展具有指导意义。 综上所述,本人认为研究是成功的,达到了预期目标。并在重建研究区域连续空间影像数据和独立在内陆型城市应用SLEUTH 模型两方面做了创新。但是,由于种种限制因素,模型的应用存在着一些局限性和不足。分析不足的原因,然后提出了今后研究的方向。 随着我国城市化进程的进一步加大,大都市将成为中国未来城市化最具活力的地区,应用基于CA的城市区域空间动态模型,对我国区域城市发展演变过程进行模拟研究无疑具有重要的理论和实践意义。