[發明專利]一種耦合異速生長的網格動力學情景模擬方法及終端設備

有效

• 申請號: 201910280913.6
• 申請日: 2019-04-09
• 公開（公告）號: CN110059385B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 廖江福;吳曉暉;李倩瑜;唐立娜
• 申請（專利權）人: 集美大學;中國科學院城市環境研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 何家富

本發明涉及一種耦合異速生長的網格動力學情景模擬方法及終端設備，包括以下步驟：S1：根據馬爾可夫模型構建不同土地利用類型之間相互轉化的轉移概率矩陣P；S2：分別根據馬爾可夫模型和異速增長模型預測城市的新增建設用地面積，分別記為A_m和A_a；S3：根據馬爾可夫模型和異速增長模型預測的新增建設用地面積A_m與之A_a間的差異，將轉移概率矩陣P修正為P＇；S4：建立基于邏輯回歸并加入隨機擾動因子和限制因素的城市元胞自動機模型；S5：根據修正的轉移概率矩陣和城市元胞自動機模型模擬城市空間動態演化過程。本發明提出一種耦合異速生長規律、馬爾科夫鏈和元胞自動機的多類土地利用覆被動態情景模擬模型，以預測多種土地之間的相互轉化及其合理發展需求。

技術領域

本發明涉及情景模擬技術領域，尤其涉及一種耦合異速生長的網格動力學情景模擬方法及終端設備。

背景技術

2018年中國常住人口城鎮化率為59.58％，一些大城市及城市群逐漸形成。這一土地利用/土地覆蓋變化過程將引發陸地生態系統格局、結構和過程的激烈變化，在對生態系統服務產生不可逆負面影響的同時也不斷加劇生態風險的積累。土地利用/覆蓋變化情景模擬是分析未來土地利用時空演化的原因、過程和結果，支持土地利用規劃和預見性決策的有力工具，已成為揭示不同尺度下土地利用/覆蓋動態與陸地生態系統相互作用機制的有效途徑之一。

城市元胞自動機是一種“自下而上”的網格動力學模型，具有時間、空間、狀態都離散的特征，可有效模擬復雜系統空間格局的時空演變過程。自從Tobler和Couclelis在1970s和1980s先后進行了城市復雜空間格局演化機制的開創性研究以來，城市元胞自動機已成為復雜資源環境條件下城市土地利用演化模擬強有力的過程分析工具之一。

鑒于具有空間顯式特征的元胞自動機一般不能確定土地利用變化的量，城市元胞自動機用以模擬土地利用動態，一般包括宏觀用地總量需求和微觀土地利用變化分配模塊，分別對應于非空間屬性的用地需求預測和空間直觀的土地利用變化分配過程。土地利用變化需求總量往往受到社會、經濟和政策等宏觀因素的復合作用，Verburg et al.(2002)^[1]等認為用地需求作為城市模型的一個重要輸入，其確定方法隨研究區以及情景分析的需要可以進行調整，包括應用簡單趨勢預測或耦合復雜的經濟模型。White andEngelen(2000)^[2]將區域發展模型和元胞自動機相結合，考慮了人口、就業以及區域間距離的影響。Wu and Webster(2000)^[3]等耦合宏觀經濟學模型和元胞自動機，開展了城市發展過程的研究，取得了滿意的結果。Feng et al.(2011)^[4]等利用轉換閾值控制土地利用轉換條件，獲取了模擬精度最高的動態用地需求量。He et al.(2015)^[5]等集成系統動力學和元胞自動機，從社會經濟系統的角度，綜合人口、經濟(GDP)、市場調節(糧食自給率)、土地政策以及技術進步(糧食單產)五大因素，模擬了未來不同發展情景下的用地需求。然而，前述方法主要用于預測城市用地的需求總量或相對獨立的預測各種地類的變化需求，難以預測多種土地利用類型之間的相互轉化及其合理發展需求。

發明內容

為解決上述問題，本發明一種耦合異速生長的網格動力學情景模擬方法及終端設備，以預測多種土地利用類型之間的相互轉化及其合理發展需求。

具體方案如下：

一種耦合異速生長的網格動力學情景模擬方法，包括以下步驟：

S1：根據馬爾可夫模型構建不同土地利用類型之間相互轉化的轉移概率矩陣P；

S2：分別根據馬爾可夫模型和異速增長模型預測城市的新增建設用地面積，分別記為A_m和A_a；