[发明专利]顾及空间异质性的邻域效应模式构建与CA模拟方法及系统

权利要求书

1.一种顾及空间异质性的邻域效应模式构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取基础地理信息数据和土地利用数据，根据设置的阈值对非建设用地进行大地块分割和小地块消除；

(2)提取用地单元质心构建Delaunay三角网，并利用边长约束对三角网进行删边简化，以简化后的三角网的边识别元胞自动机模型的元胞的空间邻近关系；其中每个用地单元对应元胞自动机模型中的一个元胞；

(3)利用边界、面积和紧凑度约束以及属性相似度约束，对Delaunay三角网进行聚类，得到各个中心元胞的邻域范围；

(4)结合Delaunay三角网识别出的空间邻近关系和邻域范围构建最终的约束型元胞多阶不规则邻域；

(5)使用矢量邻域指数作为空间度量指标，引入基于邻域阶数的距离衰减函数构建各个中心元胞邻域内不同用地类型的邻域指数距离衰减序列；

(6)通过对历史数据中的各个元胞的不同用地类型的邻域指数距离衰减序列进行聚类，构建邻域效应模式库，聚类过程中使用DTW距离替代欧式距离。

2.根据权利要求1所述的顾及空间异质性的邻域效应模式构建方法，其特征在于，所述步骤(1)中使用网格大小为建设用地的平均面积的网格，对面积大于设定第一阈值的非建设用地进行分割；删除面积小于设定第二阈值的地块，以排除噪声点，避免元胞自动机模型计算时间过长。

3.根据权利要求1所述的顾及空间异质性的邻域效应模式构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中边界约束指定义邻域时不考虑存在物理障碍的近邻关系；面积约束指面积指标不大于设定的面积阈值，其中Az_j表示分区i中地块z_j的面积，Aμ表示该分区各地块的平均面积，N_i表示分区i内地块数量；紧凑度约束指紧凑度不小于设定的紧凑度阈值，其中SZ_i是分区i内地块合并后的面积总和，SC_i是分区i内地块合并后的最小外接圆的面积；属性相似度约束指属性相似度不大于设定的属性相似度阈值，S_m，n是分区i内地块m和地块n所属用地类型的语义距离。

4.根据权利要求3所述的顾及空间异质性的邻域效应模式构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中的多重约束下的三角网聚类方法，包括如下步骤：

(3.1)输入面积阈值、紧凑度阈值、属性相似度阈值以及根据土地利用数据建立并完成边长约束处理和物理障碍处理的三角网；

(3.2)以随机的方式从地块中构建种子点列表；种子点作为聚类簇的起始点，将依据约束条件不断合并其他未处理的点；

(3.3)取出一个种子点，如果该点未被处理过，计算各邻居加入聚类簇后的紧凑度，并按紧凑度从大到小排序，继续步骤(4)；否则从种子点列表剔除该种子点，选择下一个；

(3.4)选择紧凑度最高的邻居ρ，分别计算其面积指标、紧凑度、属性相似度，判断面积指标是否不大于用户输入的面积阈值，紧凑度是否不小于用户输入的紧凑度阈值，属性相似度是否不大于用户输入的属性相似度阈值；

(3.5)如果邻居ρ满足全部条件，加入到聚类簇中，并重新更新邻居，重复步骤(3.4)(3.5)；否则，继续判断下一个邻居；

(3.6)如果处理完所有的邻居，该子类聚类完成，取出种子点，重复步骤(3.3)～(3.6)

(3.7)所有种子点处理完毕，聚类结束，输出分区结果，得到邻域范围约束图层。

5.根据权利要求1所述的顾及空间异质性的邻域效应模式构建方法，其特征在于，所述步骤(5)中，中心元胞c邻域内用地类型k的邻域指数距离衰减序列表示为：

Scene_c，k＝{vNI₁，vNI₂，…，vNI_n}

其中vNI₁，vNI₂，…，vNI_n分别表示1阶邻域指数、2阶邻域指数、……、n阶邻域指数，n阶邻域指数由中心元胞c的n阶邻域内用地类型k的元胞面积总和与所有元胞的面积总和的比值。