地理模拟系统的构建及其在城空间演化过程中的应用.doc

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1、附件2论文中英文摘要作者姓名：刘小平论文题目：地理模拟系统的构建及其在城市空间演化过程中的应用作者简介：刘小平，男，1978年9月出生，2004年9月师从于中山大学黎夏教授，于2008年6月获博士学位。中文摘要地理信息系统(GeographicInformationSystem,GIS)具有强大的空间分析功能，但这些功能主要集中在缓冲区分析、叠置分析、网络分析等。目前GIS在过程分析模型方面匮乏，对复杂空间系统建模和模拟时往往显得无能为力，尤其在过程建模方面具有较大的局限性，现有的功能已经不能满足当前地理研究和应用的需要。因此，地理学需要

2、寻求一种新的理论和技术来开展对地理复杂系统的过程研究。对地理复杂系统的研究不再仅仅局限于简单和静态的描述，更应该侧重于地理事物构成或地理现象产生的原因及演化过程。近几年，CA在对地理学的过程研究中取得了较好的成果，多智能体系统建模的方法也逐渐引起了地理学家的重视。但目前的研究还比较凌乱和分散，缺乏系统性和一般性，需要建立一个统一的地理复杂系统研究框架。因此，论文在元胞自动机、多智能体系统和GIS技术的基础上，提出了地理模拟系统的理论框架，并对其所涉及的研究内容、原理和方法进行了初步探讨。这可有助于解决当前GIS对地理复杂现象过程分析能力较

3、弱的问题，帮助预测地理现象和事物的发展方向及演化过程。建立一个统一的地理模拟框架体系，也能方便对地理过程进行系统的研究。地理模拟系统(GeographicSimulationSystem,GSS)是指在计算机软、硬件支持下，通过自下而上的虚拟模拟实验，对复杂系统(例如各种地理现象)进行模拟、预测、优化和显示的技术。它是探索和分析地理现象的格局形成和演变过程和进行知识发现的有效工具。地理模拟系统试图从微观入手，探索地理微观空间实体之间相互作用形成宏观地理格局的动态过程，是对目前GIS在过程模型功能不足的重要拓展。CA和多智能体系统是地理模拟

4、系统的重要组成部分。地理模拟系统把CA和多智能体系统统一在同一个研究框架，有利于它们之间的优势互补。CA虽然强调了空间的微观相互作用，但能动的微观个体在模型中似乎隔着一层面纱在起作用。纯粹的多智能体系统很难与空间信息相融合。将元胞自动机与多智能体系统结合起来，使其既具有元胞自动机空间自组织性又考虑了各智能个体的复杂空间决策行为，则可以为地理复杂系统的模拟提供一个全新的思路和方法。论文主要研究组成地理模拟系统的两大部分：地理元胞自动机和多智能体系统。希望通过这些研究，使得地理模拟系统可以作为地理信息系统的重要补充，逐步发展成一个较成熟的体系

5、。在论文的第一部分，主要研究智能式的地理元胞自动机和城市规划元胞自动机模型。当研究区域较复杂时，传统的方法在确定CA模型结构和参数时有一定困难。论文提出智能式地理元胞自动机模型来解决这个问题，即将智能式方法引入到CA模型中，自动、智能地获取模型参数值，以便快速及有效地建立城市CA模型。元胞自动机除了模拟现有的城市空间格局外，还可以用来设计结构更优化的城市空间格局。论文结合元胞自动机、GIS以及规划理论，发展了两种具有时空动态变化特点的土地利用规划模型：基于“生态位”的规划CA模型以及基于人工免疫系统的规划CA模型。规划CA模型作为启发式的

6、动态规划工具，其机制是透明的。规划工作者能够模拟不同规划方案下城市未来的发展情景，从中选择最优的规划方案，使城市的发展具有可持续性，对指导城市规划有非常重要的意义。论文的第二部分在地理模拟系统的理论基础上，提出基于多智能体和元胞自动机的城市演变模型、土地利用规划模型以及城市居民居住区位空间选择模型。这些模型包含局部个体相互作用的多智能体层、从GIS获取的环境因素层以及元胞自动机层。不同类型的多智能之间存在相互影响、信息交流、合作的关系，以达到共同理解和采取一定的行动影响其所处环境。而环境层的变化也反馈于多智能体层，多智能体层根据环境层的变

7、化采取相应的措施和行动，以谋求双方关系达到平衡。这种模型将比单纯的CA模型更能反映复杂的人文因素及其与环境的相互作用。基于多智能体的城市模型以地理复杂系统中大量的微观个体为根本，对地理现象的演化过程进行动态模拟和研究，为地理复杂系统的研究提供了可控的虚拟实验环境。多智能体模型更加直观和易于理解，能够从机理上揭示城市空间演化的规律，为城市理论的验证和探索提供了新的思想和工具。论文以经济增长迅速的珠江三角洲城市发展为例，在各种社会数据、空间数据以及地理信息系统的支撑下，利用地理模拟系统模拟和预测了该区域城市演变与土地利用的动态变化。同时，结合

8、生态规划模型、城市理论、可持续发展理论，构建了系列城市和土地利用规划模型，并利用这些规划模型，模拟和预测了不同规划方案下珠江三角洲城市的发展情景，为珠江三角洲社会经济的发展，特别是为该区域土地