[发明专利]一种耦合异速生长的网格动力学情景模拟方法及终端设备

说明书

本发明涉及一种耦合异速生长的网格动力学情景模拟方法及终端设备，包括以下步骤：S1：根据马尔可夫模型构建不同土地利用类型之间相互转化的转移概率矩阵P；S2：分别根据马尔可夫模型和异速增长模型预测城市的新增建设用地面积，分别记为A_m和A_a；S3：根据马尔可夫模型和异速增长模型预测的新增建设用地面积A_m与之A_a间的差异，将转移概率矩阵P修正为P＇；S4：建立基于逻辑回归并加入随机扰动因子和限制因素的城市元胞自动机模型；S5：根据修正的转移概率矩阵和城市元胞自动机模型模拟城市空间动态演化过程。本发明提出一种耦合异速生长规律、马尔科夫链和元胞自动机的多类土地利用覆被动态情景模拟模型，以预测多种土地之间的相互转化及其合理发展需求。

技术领域

本发明涉及情景模拟技术领域，尤其涉及一种耦合异速生长的网格动力学情景模拟方法及终端设备。

背景技术

2018年中国常住人口城镇化率为59.58％，一些大城市及城市群逐渐形成。这一土地利用/土地覆盖变化过程将引发陆地生态系统格局、结构和过程的激烈变化，在对生态系统服务产生不可逆负面影响的同时也不断加剧生态风险的积累。土地利用/覆盖变化情景模拟是分析未来土地利用时空演化的原因、过程和结果，支持土地利用规划和预见性决策的有力工具，已成为揭示不同尺度下土地利用/覆盖动态与陆地生态系统相互作用机制的有效途径之一。

城市元胞自动机是一种“自下而上”的网格动力学模型，具有时间、空间、状态都离散的特征，可有效模拟复杂系统空间格局的时空演变过程。自从Tobler和Couclelis在1970s和1980s先后进行了城市复杂空间格局演化机制的开创性研究以来，城市元胞自动机已成为复杂资源环境条件下城市土地利用演化模拟强有力的过程分析工具之一。

鉴于具有空间显式特征的元胞自动机一般不能确定土地利用变化的量，城市元胞自动机用以模拟土地利用动态，一般包括宏观用地总量需求和微观土地利用变化分配模块，分别对应于非空间属性的用地需求预测和空间直观的土地利用变化分配过程。土地利用变化需求总量往往受到社会、经济和政策等宏观因素的复合作用，Verburg et al.(2002)^[1]等认为用地需求作为城市模型的一个重要输入，其确定方法随研究区以及情景分析的需要可以进行调整，包括应用简单趋势预测或耦合复杂的经济模型。White andEngelen(2000)^[2]将区域发展模型和元胞自动机相结合，考虑了人口、就业以及区域间距离的影响。Wu and Webster(2000)^[3]等耦合宏观经济学模型和元胞自动机，开展了城市发展过程的研究，取得了满意的结果。Feng et al.(2011)^[4]等利用转换阈值控制土地利用转换条件，获取了模拟精度最高的动态用地需求量。He et al.(2015)^[5]等集成系统动力学和元胞自动机，从社会经济系统的角度，综合人口、经济(GDP)、市场调节(粮食自给率)、土地政策以及技术进步(粮食单产)五大因素，模拟了未来不同发展情景下的用地需求。然而，前述方法主要用于预测城市用地的需求总量或相对独立的预测各种地类的变化需求，难以预测多种土地利用类型之间的相互转化及其合理发展需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明一种耦合异速生长的网格动力学情景模拟方法及终端设备，以预测多种土地利用类型之间的相互转化及其合理发展需求。

具体方案如下：

一种耦合异速生长的网格动力学情景模拟方法，包括以下步骤：

S1：根据马尔可夫模型构建不同土地利用类型之间相互转化的转移概率矩阵P；

S2：分别根据马尔可夫模型和异速增长模型预测城市的新增建设用地面积，分别记为A_m和A_a；