《几种土地利用变化模型的介绍.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《几种土地利用变化模型的介绍.docx（8页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、几种土地利用变化模型的介绍1马尔可夫链模型 马尔可夫理论是一种用于随机过程系统的预测和优化限制问题的理论, 它研究的对 象 是事物的状态及状态的转移,通过对各种不同状态初始占有率及状态之间转移概率的研 究,来确定系统开展的趋势,从而到达对未来系统状态的预测的目的 1.马尔可夫链是一种 随机时间序列, 它在将来取什么值只与它现在的取值有关, 而与它过去取什么值无关. 这种 性质称为无后效性.马尔可夫链模型的建立过程： 确定系统状态： 研究某一地区的土地利用 /覆被变化, 首先确定当地的土地利用类型, 植被类型,确定其土地利用状态. 建立状态概率向量： 设马尔可夫链在 tK时取状态Ei、E2、En
2、的概率分别为Pi、 P2 -Pn而0 ntiti/-IH由极值的必要条件得薯二交血-=0方程组展开后得:圧IBII棺dr=l0=1ZX由总+ 丫坨珈+ 为.y 血+.+工幽二工粘儿tr=la=l!空=1tf=ia=iJIHIBM：jrtE % A+E 疋尽 A+-+迟也岛 A %九a=l=or=La=Lfli龄mji科珀冋十为叫PL沟十陷乞庇+十力血工L 4T*1ff-l4T-1Al称为正规方程组.1Xjj11JffctAn iiH 1x .51IX*、X i fT pJ. ABJB.1 bf11 - .- xil Xkln存T4 fxrt=nAlfl*=laoLH*Isia*1澄g文#工葺4
3、1TiS- Hl-ity.raJi r 丿ilg工芒鼻41-l-i- ie d+itJie|&“仏z1 y?Gt =7B = XtY = 4 li% + 4Xjj li e * -i为R- *二n儿l；-L制.nL住-i那么正规方程组可以进一步写成矩阵形式Ab=B如果引入以下矩阵:求解可得:b = A-B(XTY)-lXTY如果引入记号:r=l-crl(f J = 12 北)h_一*h = L(a,- -TXyCT-y) = Xx- 一(1乞儿) cr=lor-1用 dt=.l那么正规方程式也可以写成：A A+厶曲+厶A =S+* + L報b報12 pAtA +厶22 + + 厶& = L*
4、bQ - y-bxx b2Xi 一一3类型杜能模型这些模型源于杜能和李嘉图的地租理论.主要模型有杜能的农地同心圆圈层模式、Burgess的市地同心圆圈层模式、Hoyt的市地扇形模式等3.它们一般是当占用不同土地的各种用途获利相同时,便到达了各种用途之间在空间上的均衡状态.在空间均衡状态下, 两种用途竞租曲线的交点被称为转移边际点.在转移边际点左边,土地转为地租产出水平更高的用途更为有利；在转移边际点之外继续这种用途,直到其粗放或者无租边际,均可获利.4系统动力模型系统动力学简称SD(system Dynamics),是一门分析研究信息反应的科学,是一种定性与定量相结合,系统、分析、综合与理论的
5、方法4.在研究复杂系统的行为,在处理高度非线性、高阶次、多变量、多重反应问题方面具有优势.系统动力学中所有的 数量可分为两大类：常数,其值在一次模拟的全过程中不变；变量,其值是可变的.其中变量又分为状态变量、速率变量和辅助变量.状态变量也称为水准变量,是能对输入和输出变量或其中之一进行累积的变量；速率变量位时间的流量；辅助变量是当速率变量的表达式较复杂时,用来描述其中一局部的变量, 设置在状态变量和速率变量之间的信息通道中.系统动力学的本质是一阶微分方程.一阶微分方程描述了系统各状态变量的变化率对各 状态变量或特定输入等的依存关系.而在系统动力学中,那么进一步考虑了促成状态变量变化的几个因素,
6、根据实际系统的情况和研究的需要,将变化率的描述分解为假设干流率的描述.主要方程： 状态方程：但凡能对输入和输出变量(或其中之一)进行积累的变量称为状态变量.一般形式为:L L.K=L.j+DT (IR.jk OR.jk)状态变量方程在模型中,必须以L为标志写在第一列.其中:L.K、L.j为状态向量.K时刻).它由速率方程求出.IR.jk、OR.jk为输入和输出速率.DT表示时间间隔(从J时刻到 速率方程：描述速率的方程式,以R为标志L.K- L.J DL=IR. JK- OR.JKDT DT由上式可知,在系统动力学中,在状态变量方程中代表输入与输出的变量称为速率,速率方程以R为标志,速率变量时
7、间下标为 KL o与状态方程不同,速率方程无标准格式.辅助方程:帮助建立速率方程的方程,以A为标志.在建立速率方程之前,假设未先做好某些代数计算,把速率方程中必需的信息仔细加以考虑,那么将遇到很大的困难. 这些附加的代数运算,在系统动力学中称为辅助方程,方程中的变量那么称为辅助变量,辅助变量时间下标为K,没有统一的标准格式. 常数方程：为状态方程赋值 ,假设初始值未设定那么自动取为零,所有模型中的状态变量 都必须赋予初始值. 表函数：模型中往往要用辅助变量描述某些变量之间的非线性关系, 而简单由其它变 量进行代数组合的辅助变量己不能胜任的情况下, 采用非线性函数以图形给出, 这种以图形 表示的
8、非线性函数称为表函数,以 T为标志.5 CLUE模型与CA模型5.1 CLUE 模型土地利用变化及效应模型 (Conversion of LandUse and its Effects Model , CLUE Model)由 荷兰 Wageningen大学的Veldkamp等科学家提出的.具体细分可由四个主要的模块组成,即需求模块、人口模块、产量模块和空间分配模 块. 需求模块计算国家农产品需求时主要考虑人口增长、膳食结构变化和进出口数量. 人口模块将利用历史时期的人口统计数据进行人口变化的趋势预测、求算各地区预测期内各年份包括总人口、城镇人口、农村劳动力、农业劳动力等的增长率、人口结构变化
9、以及相关的特征. 产量模型以空间解释的方法计算产量水平的变化. 空间分配模块直接受需求和人口模块的影响是整个模型的核心局部(该模块将利用统计分析模块在不同规模尺度上对土地利用与自然生态条件、社会经济因素之间复杂的相互作用关系的分析结果、根据需求模块所确定的土地利用变化目标进行优化.在CLUE模型中,根据一组引起土地利用变化的驱动因素,运用logistic逐步回归对每一栅格单元可能出现某一种土地利用类型的概率进行诊断.其计算公式为：RLog ()=血 + 耳 X1,i+ 禺X2,i ? + 3nXn,i1 - PiPi为空间上栅格可能出现某一土地利用类型i的概率；X1,i -Xn,i分别是与土地
10、利用类型i相关的各备选驱动因子；B系数为logistic回归方程诊断出的关系系数,其中为常量,伊卬分别表示Xi,in,i等各备选因子与土地利用类型i之间的相关度,B值越大,代表其相关度越高,值的正负号分别表示正负相关.5.2 CA 模型元胞自动机(CA)是一种时间、空间、状态都离散,空间的相互作用及时间上的因果 关系皆局部的网格动力学模型, 其“自下而上 的研究思路,强大的复杂计算功能、 固有的平 行计算水平、 高度动态以及具有地理空间概念等特征, 使得它在复杂系统微观空间变化模拟 方面具有很强的水平 7.根本特点：元胞分布在根据一定规那么划分的离散的元胞空间上；系统的演化根据等间隔时间 分布
11、进行, 时间变量取等长的时刻点； 每个元胞都有明确的状态, 并且元胞的状态只能取 有限个离散值； 元胞的下一时刻演化的状态值是由确定的转换规那么所决定的；每个元胞的转换规那么只由局部领域内的元胞状态所决定.CA 的组成局部包括：元胞和元胞空间、状态和初始状态、领域以及转换规那么.元胞是根本的组成局部,一个元胞就是一个存储单元,可以记录状态.CA 就是定义在一个由具有离散、 有限状态的元胞组成的元胞空间上的. 状态的数目是有限的, 初始形态决 定了各个元胞的初始状态, 所有的元胞都在离散时间上进行变化. 而一个元胞的领域由其周 围的元胞组成, 有冯诺依曼领域和摩尔领域. 转换规那么决定了元胞在下
12、一个时刻的状态, 是 一个状态转移函数.其中 CA 的核心是确定其转换规那么, 根据具体的需要解决的问题, 转换规那么的类型、结 构等都有很大的不同.参考文献1 陈平留,黄清麟应用马尔可夫链分析预测福建以林为主的土地利用趋势J.自然地理学报.1992.7(1):36-412 徐建华 .计量地理学(第二版)M. 高等教育出版社 .20213 黄秋昊,蔡运龙.国内几种土地利用变化模型述评J.中国土地科学.2005.19(5):25-304 郭璇 .义乌市水资源承载力仿真研究D. 浙江师范大学硕士学位论文 .2006蔡玉梅,刘彦随,宇振荣.土地利用变化空间模拟的进展一一CLUE-S模型及其应用J.地理科学进展 .2004.23(4):63-716 郭延凤,于秀波,姜鲁光等.基于CLUE模型的2030年江西省土地利用变化情景分析J.地理研究 .2021.31(6):1016-10287 曹雪,罗平,李满春等 . 基于扩展 CA 模型的土地利用变化时空模拟研究 以深圳市为例J.资源科学.2021.33(1):127-133