[发明专利]一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟方法

摘要

本发明公开了一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟方法，是基于随机森林算法，在决策树的生成过程中分别对训练样本集和分裂节点时的候选空间变量引入随机因素，提取城市扩展元胞自动机模型的转换规则，可用于城市扩展的模拟与预测。本发明的优点在于：在运算量没有显著增加的前提下提高预测的精度；对多元共线性不敏感，不容易出现过拟合现象，对城市扩展中存在的随机因素有很好的容忍度；可进行袋外误差估计，快速获取模型参数；可度量空间变量重要性，解释各空间变量在城市扩展中的作用。

主权项

一种基于随机森林的元胞自动机城市扩展模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)首先获取研究区起始年份和终止年份的遥感影像，通过遥感影像预处理、解译得到该研究区起始年份和终止年份的土地利用分类图；使用ArcGIS软件得到影响城市扩展的各空间变量；(2)采用随机分层抽样方法，从土地利用分类图中抽取n个样本点，读取这些样本点对应的城市发展值和空间变量值，得到元胞自动机模型的原始训练集X；(3)使用原始训练集X对随机森林模型进行训练，得到生成好的随机森林，并且进行模型袋外误差估计和变量重要性度量；(4)利用生成好的随机森林，预测每个元胞在空间变量作用下的发展适宜性，在此基础上计算在邻域元胞、随机变量、约束条件共同影响下初始状态非城市元胞的城市发展概率；(5)将得到的城市发展概率与阀值比较，决定是否转变为城市用地；(6)采用步骤(4)、(5)多次迭代，直到非城市用地转变为城市用地达到指定的数量为止，得到指定年份的城市扩展模拟预测图，输出并保存模拟预测图。