[发明专利]一种改进元胞自动机的城市生态安全模拟与预测的方法

说明书

本发明公开了一种改进元胞自动机的城市生态安全模拟与预测的方法，首先提取区域基础数据，运用生态压力‑状态‑响应模型框架进行生态安全评价，再将每一个元胞的生态安全评价因子作为自变量，生态安全评价结果作为因变量，通过融入GWR概念的CA模型进行模拟规则的提取，最终进行其他年份城市景观生态安全的动态模拟和预测。本发明的方法将GWR概念融入到传统的元胞自动机模型中，能够反映一个变量在空间上不同位置的影响力，该方法解决了当前生态安全模拟中的研究尺度不够精细，无法精确反映内部异质性的问题。

技术领域

本发明涉及城市规划领域，尤其涉及一种改进元胞自动机的城市生态安全模拟与预测的方法。

背景技术

生态安全的模拟和预测主要为回归分析、RBF方法、模糊决策法等数学方法，且研究区域一般为行政区或大型的生态系统，很少有方法能够反映和预测行政区域内部生态安全状况的研究较少，通常的结果是一个城市或一个县只有一个生态安全值，研究尺度不够精细。CA模型概念是最先被Tobler应用到地理模型中的，是常用的模拟和预测城市增长的模型。CA模型可以同时考虑自然和社会经济等复杂的因素引起的城市动态变化，用简单的规则来模拟复杂的时空动态过程，而且容易与高分辨率影响和地理信息系统整合，在模拟城市变化过程中展现了非常大的优势。有少数研究将CA模型应用于城市生态安全变化的模拟，将每一个元胞的生态安全评价因子作为自变量，生态安全结果作为因变量，通过传统的logistics回归等方法作为转换规则的基础来进行模拟和预测，然而这样得到的参数只是变量的一个均值，无法反应空间变量影响的异质性。因此需要一种方法来解决这种不能精确反应异质性的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法反应空间变量影响的异质性的缺陷，提供一种改进元胞自动机的城市生态安全模拟与预测的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种改进元胞自动机的城市生态安全模拟与预测的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：收集研究区域内，时间尺度为Y1和Y2两个年份的数据，构建数据集，包括：生态安全压力相关数据集，记作数据集A，其数据尺度为正方形的栅格；景观生态安全状态相关数据集，记作数据集B，其数据尺度为正方形的栅格；生态安全响应相关数据集，记作数据集C；

步骤2：利用数据集A分别对Y1、Y2年份的生态安全压力值进行评价；

步骤3：利用数据集B分别对Y1、Y2年份的景观生态安全状态进行评价；

步骤4：将步骤2、步骤3得到的结果和栅格化后的数据集C按权重进行叠加计算，得到最终的Y1、Y2两个年份的生态安全值；

步骤5：将步骤4的生态安全值按照分类标准分为5个分类，分别记作CLASS1-CLASS5，进而得到Y1、Y2两个年份的城市景观生态安全综合评价分类等级图；

步骤6：对Y1年份的城市景观生态安全综合评价分类等级图中的各个分类，分别生成二值图，并进行随机采样；其方法为：

对于CLASS1：图中类型为CLASS1的研究区域赋值为1，其它类型的研究区域赋值为0，进而生成二值图；使用随机点创建工具，分别在赋值为1和0的研究区域内随机采样N个点；对于CLASS2-CLASS5，分别将本类型的研究区域赋值为1，其它四个类型的研究区域赋值为0，进而生成二值图；使用随机点创建工具，分别在赋值为1和0的研究区域内随机采样N个点；

步骤7：使用Geographically Weighted Regression工具，以步骤6赋值的字段0或1为因变量，步骤2和步骤3中使用的评价指标作为自变量，得到Y1年份的每个变量在每个空间位置上的回归系数，从而计算每个格栅转换为指定分类的概率；