《地理学报》1999年04期 加入收藏    获取最新 
 约束性单元自动演化CA模型及可持续城市发展形态的模拟
 黎夏;叶嘉安
 　　单元自动演化ＣＡ可以大大增强ＧＩＳ的空间模型能力，在国外被越来越多地应用于城市发展演化过程的模拟。本文探讨了如何通过ＣＡ与ＧＩＳ的结合来进行可持续土地发展规划的新方法。提出了基于约束性的ＣＡ模型，具体分析了局部、区域以及全局约束性对ＣＡ模型结果的影响。并将灰度的概念引进ＣＡ模型中来反映状态连续的变化，克服常规ＣＡ模型的缺陷。将该模型应用于珠江三角洲地区来获得合理的城市发展空间布局，取得了较好的效果
【作者单位】：广州地理研究所(黎夏);香港大学城市规划及环境管理研究中心(叶嘉安)
【关键词】：单元自动演化；城市模拟；可持续发展；约束性
【基金】：香港Croucher基金
【分类号】：N949
【DOI】：cnki:ISSN:0375-5444.0.1999-04-000
【正文快照】：
　　单元自动演化ＣＡ（ｃｅｌｕｌａｒａｕｔｏｍａｔａ）是在４０年代由Ｕｌａｍ首先提出，并很快被ＶｏｎＮｅｕｍａｎｎ用来研究自组织系统的演变过程［１］。ＣＡ的特点是复杂的系统可以由一些很简单的局部规则来产生。一个ＣＡ系统通常包括了４个要素：单元、状态、邻近范围
 
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 Constrained Cellular Automata for Modelling Sustainable Urban Forms
 LI Xia 1;YEH A G O 2 (1. Guangzhou Institute of Geography;Guangzhou 510070; 2. Centre of Urban Planning and Environmental Management;University of Hong Kong;Hong Kong)
 　Cellular Automata (CA) have attracted growing attention in urban simulation because of their capability in spatial modelling which is not fully developed in GIS. This paper discusses how cellular automata (CA) which is increasingly used in urban simulation can be extended and integrated with GIS to help planners in the search for sustainable urban forms. A constrained cellular automaton is developed to produce optimal development patterns and thus reduce wasteful use of land resources. The cellular automaton is built within a grid GIS system to facilitate easy access to GIS databases for constructing the constraints. The essence of the model is that constraint space is used to regulate cellular space. Local, regional and global constraints play equally important roles in affecting the modelling results. Agricultural suitability, available land resource and economic and population growth could be used as key constraints. The paper discusses how to combine these constraints in CA modelling to enhance the efficiency in using land resources. In addition, ‘grey’ cells are defined to represent the continuous degrees or percentages of urban land development during the iterations of modelling for more accurate results. The model can be easily controlled by the parameter k using a power transformation function for calculating constraint scores. The CA model can be used as a useful planning tool to test the effects of different scenarios of urban development. The protection of valuable agricultural land is important in many developing countries where cities are growing rapidly. In China, some cities are expanding without properly considering land suitability and environmental impacts. Recent rapid land development has been accompanied by the loss of large amount of agricultural land. This study demonstrates that CA can be used to simulate urban development based on constraints that reflect our environmental concerns. The objective is to produce sustainable urban forms as alternatives to the existing development patterns. The study has suggested that CA can be used as a useful planning tool to model urban development under complicated and changeable environmental factors.
【Keyword】：cellular automata;urban simulation;sustainable development;constraints
 【引证文献】 共（112）篇 
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1王登杰; 基于GIS的地下管网管理系统开发与应用 [D];山东大学; 2007年
2冯君; 区域经济视角下的城市空间扩展动力机制研究 [D];山东师范大学; 2007年
3陈小祥; 基于贝叶斯概率城市土地利用动态变化模拟研究 [D];中南大学; 2007年
4刘县明; CA-Markov复合模型及其在城市土地利用中的应用研究 [D];南昌大学; 2008年
5肖彬; 海洋渔业资源型小城镇产业及空间发展对策研究 [D];华中科技大学; 2005年
6郭永昌; 包头城市地域空间结构演变的动力机制与预测研究 [D];内蒙古师范大学; 2004年
7王姣; 珠江三角洲地区城市建成区扩展时空过程及影响因素 [D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）; 2006年
8罗平; 地理特征元胞自动机及城市土地利用演化研究 [D];武汉大学; 2004年
9黄春晖; 基于RS的上海浦东新区土地利用变化及空间特征分析 [D];上海师范大学; 2005年
10杨亮洁; 基于图形图像信息特征的城市动力学研究 [D];中国地质大学; 2005年
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1黄海峰; 珠三角地区环境与经济协调发展研究及GIS技术应用 [D];中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）; 2006年
2宋旭光; 可持续发展测度方法的系统分析 [D];东北财经大学; 2002年
3张勇强; 城市空间发展自组织研究——深圳为例 [D];东南大学; 2003年
4侯鑫; 基于文化生态学的城市空间理论研究 [D];天津大学; 2004年
5田光进; 基于遥感与GIS的90年代中国城乡居民点用地时空特征研究 [D];中国科学院研究生院（遥感应用研究所）; 2002年
6张艳芳; 景观尺度上的区域生态安全研究 [D];陕西师范大学; 2005年
7郑新奇; 基于GIS的城镇土地优化配置与集约利用评价研究 [D];解放军信息工程大学; 2004年
8徐昔保; 基于GIS与元胞自动机的城市土地利用动态演化模拟与优化研究 [D];兰州大学; 2007年
9吴晓军; 复杂性理论及其在城市系统研究中的应用 [D];西北工业大学; 2005年
10韦素琼; 闽台土地利用变化及其驱动因子的区域对比研究 [D];福建师范大学; 2005年
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1田光进,刘纪远,庄大方,张增祥; 基于遥感与GIS的20世纪90年代中国城镇用地时空特征 [J]; 第四纪研究; 2003年04期
2杨青生,黎夏,刘小平; 基于Agent和CA的城市土地利用变化研究 [J]; 地球信息科学; 2005年02期
3罗平,杜清运,何素芳; 人口密度模型与CA集成的城市化时空模拟实验 [J]; 测绘科学; 2003年04期
4刘妙龙,李乔,罗敏; 地理计算——数量地理学的新发展 [J]; 地球科学进展; 2000年06期
5杨青生,黎夏; 基于动态约束的元胞自动机与复杂城市系统的模拟 [J]; 地理与地理信息科学; 2006年05期
6张惠远,倪晋仁; 城市景观生态调控的空间途径探讨 [J]; 城市规划; 2001年07期
7刘继生,陈彦光; 基于GIS的细胞自动机模型与人地关系的复杂性探讨 [J]; 地理研究; 2002年02期
8杨青生,黎夏; 基于粗集的知识发现与地理模拟——以深圳市土地利用变化为例 [J]; 地理学报; 2006年08期
9杨青生,黎夏; 多智能体与元胞自动机结合及城市用地扩张模拟 [J]; 地理科学; 2007年04期
10黎夏,叶嘉安; 基于神经网络的单元自动机CA及真实和忧化的城市模拟 [J]; 地理学报; 2002年02期
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1杨青生,黎夏,刘小平; 基于Agent和CA的城市土地变化研究 [A];全国地图学与GIS学术会议论文集 [C]; 2004年
2刘新卫,陈百明,汪权方; 国内LUCC研究进展综述 [A];21世纪中国土地科学与经济社会发展——中国土地学会2003年学术年会论文集 [C]; 2003年
3倪绍祥,谭少华; 近年来我国土地利用/覆被变化研究的进展 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
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1史晓霞; 基于CA模型的长岭县土壤盐渍化时空演变可视化模拟 [D];东北师范大学; 2005年
2管相荣; 基于GeoCA-Urban的古城市土地利用时空演化研究 [D];河南大学; 2005年
3莫宏伟; 基于3S的风沙过渡区生态系统服务功能价值时空动态变化研究 [D];陕西师范大学; 2005年
4王文芳; 复杂适应系统演化探究——基于Agent技术的分析 [D];华南师范大学; 2003年
5张凡; 基于复杂适应性的城市地价趋势仿真研究 [D];西北工业大学; 2005年
6王静; 基于BP神经网络的盐碱土盐分遥感反演模型 [D];东北师范大学; 2005年
7陈学刚; 基于细胞自动机的城市增长模拟研究 [D];新疆大学; 2005年
8景方; 城市发展模型的研究 [D];哈尔滨理工大学; 2003年
9郭乙运; 供应链系统的复杂适应性建模研究 [D];青岛大学; 2005年
10罗平; 地理特征元胞自动机及城市土地利用演化研究 [D];武汉大学; 2004年
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1吕红医; 中国村落形态的可持续性模式及实验性规划研究 [D];西安建筑科技大学; 2005年
2夏乐天; 马尔可夫链预测方法及其在水文序列中的应用研究 [D];河海大学; 2005年
3王伟; 城市基准地价动态评估模型、算法及实现方法研究 [D];武汉大学; 2004年
4金菊良; 遗传算法及其在水问题中的应用 [D];河海大学; 1998年
5张宏艳; 发达地区农村面源污染的经济学研究 [D];复旦大学; 2004年
6赵之枫; 城市化加速时期村庄集聚及规划建设研究 [D];清华大学; 2001年
7张勇强; 城市空间发展自组织研究——深圳为例 [D];东南大学; 2003年
8邱世明; 复杂适应系统协同理论、方法与应用研究 [D];天津大学; 2003年
9赵凤琴; 吉林西部土地生态环境安全研究 [D];吉林大学; 2005年
10王士君; 城市相互作用与整合发展的理论和实证研究 [D];东北师范大学; 2003年
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1赵之枫; 乡村聚落人地关系的演化及其可持续发展研究 [J]; 北京工业大学学报; 2004年03期
2孙宪华; 逆指标中的正面因素 [J]; 北京统计; 2002年10期
3谢建仁,槐燕萍; 基于IKONOS卫星影像进行地形图修测的方法研究 [J]; 测绘技术装备; 2006年04期
4 GIS——社会可持续发展的主流技术 [J]; 地理信息世界; 2003年01期
5邓敏,刘文宝,冯学智; GIS面目标间拓扑关系的形式化模型 [J]; 测绘学报; 2005年01期
6朱玮,王德; 大尺度城市模型与城市规划 [J]; 城市规划; 2003年05期
7邹德慈; 城镇化和城市发展的科技问题研究 [J]; 城市规划; 2004年11期
8黎夏,叶嘉安,刘小平; 地理模拟系统在城市规划中的应用 [J]; 城市规划; 2006年06期
9杨津生; 基于土地利用变化的天津市景观生态格局变迁研究 [J]; 城市; 2004年06期
10邓智团,唐秀敏,但涛波; 城市空间扩展战略研究——以上海市为例 [J]; 城市开发; 2004年05期
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1陈健飞,韦素琼; 闽台土地利用变化对比研究进展 [A];中国地理学会2004年学术年会暨海峡两岸地理学术研讨会论文摘要集 [C]; 2004年
2朱鹤健; 东南沿海经济区土地利用变化的特点与调整策略——以闽东南经济开放与开发区为例 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
3庄大方,邓祥征,赵涛,战金艳,侯西勇; 北京市土地利用变化的空间格局初步研究 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
4程锋,周小萍; 土地利用变化动态模型研究——以北京市门头沟区永定镇为例 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
5朱会义,李秀彬,何书金,张明; 环渤海地区土地利用变化的未来趋势 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
6钱学森,于景元,戴汝为; 一个科学新领域——开放的复杂巨系统及其方法论 [A];科学决策与系统工程——中国系统工程学会第六次年会论文集 [C]; 1990年
7倪绍祥,谭少华; 近年来我国土地利用/覆被变化研究的进展 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
8刘盛和; 北京城市边缘区土地利用变化的空间分析 [A];土地覆被变化及其环境效应学术会议论文集 [C]; 2002年
 西文参考文献找到 10 条
 
1Forrester J W; Urban Dynam ics[M] [M];; 1969年
2Forrester J W; Counterintu itive behavior of social system s[J] [M];Technology Review; 1971年
3BattyM; New ways of look ing at cities[J] [M];Nature; 1995年
4L iHaizheng,,Zahn iser S; The determ inants of temporary rural-to-urban m igration in Ch ina[J] [M];Urban Studies; 2002年
5C laes Andersson,A lexanderHellervik,Kristian L indgren,et al; The urban economy as a scale-free network[J] [M];Physical Re-view; 2003年
6Batty M; Urban modeling in computer-graph ic and Geograph icInformation System environm ents[J] [M];Environm ent and Plan-ning; 1992年
7B irk in M; E lem ents of a model based Geograph ic InformationSystem s for the evaluation of urban policy[C] [M];Geograph ic In-formation System s; 1990年
8W h ite R,,Engelen G; The use of constrained cellu lar automatafor h igh-resolution modeling of urban land-use dynam ics[J] [M];En-vironm ent and Planning B:Planning and Design; 1997年
9W h ite R,,Engelen G; Cellu lar automata as the basis of integrateddynam ic regional modeling[J] [M];Environm ent and Planning B:Planning and Design; 1997年
10Land is J; The californ ia urban futures model:A new generationofm etropolitan simu lation models[J] [M];Environm ent and Plan-ning B:Planning and Design; 1994年
 【二级引证文献】 共（620）篇 
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1苏黎明; 区域可持续发展的测试与评价 [D];暨南大学; 2006年
2偶春; 三峡库区迁建新城绿地景观结构分析研究 [D];西南大学; 2007年
3陈旭; 土地利用规划环境影响评价及其应用研究 [D];同济大学; 2006年
4万陶; 基于复杂性理论的创意产业集群动力研究 [D];北京交通大学; 2007年
5张卓; 环境经济核算体系理论研究 [D];东北财经大学; 2005年
6李雪英; 城市空间拓展研究 [D];东南大学; 2004年
7彭茜; 旧城空间更新与历史文化保护的关联性研究 [D];郑州大学; 2007年
8雒继峰; 铁路历经城市设站的一般模式分析 [D];长安大学; 2005年
9陈菲; 土地利用规划中的社会经济论证探讨 [D];西南师范大学; 2004年
10杨迎冬; 基于GIS的河南铝土矿多源信息集成与管理及成矿预测 [D];中南大学; 2004年
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1毕凌岚; 生态城市物质空间系统结构模式研究 [D];重庆大学; 2004年
2邱枫; 基于GIS的宁波城市肌理研究 [D];同济大学; 2006年
3但承龙; 可持继土地利用规划理论与方法研究 [D];南京农业大学; 2002年
4贺静; 整体生态观下既存建筑的适应性再利用 [D];天津大学; 2004年
5景楠; 基于多智能体与GIS的城市人口分布预测研究 [D];中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）; 2007年
6朱东风; 1990年代以来苏州城市空间发展 [D];东南大学; 2006年
7宗仁; 中国土地利用规划体系结构研究 [D];南京农业大学; 2004年
8綦伟琦; 城市设计与自组织的契合 [D];同济大学; 2006年
9师学义; 基于GIS的县级土地利用规划理论与方法研究 [D];南京农业大学; 2006年
10张勇强; 城市空间发展自组织研究——深圳为例 [D];东南大学; 2003年
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1罗平,杜清运,雷元新,陈芮新,曹伟明; 城市土地利用演化CA模型的扩展研究 [J]; 地理与地理信息科学; 2004年04期
2梁宗经,旷芸,刘慕仁; 减少细胞自动机城市空间演化模型中待定参数的一种方法 [J]; 广西科学; 2004年03期
3罗平,李满春,雷元新,陈芮新,曹伟明; 深圳特区土地利用演化时空模拟实验研究 [J]; 城市规划; 2005年04期
4杜培军,陈云浩,张海荣; UCGIS地理信息科学与技术知识体系及对我国GIS研究的启示 [J]; 地理与地理信息科学; 2007年03期
5刘继生,陈彦光,刘志刚; 点-轴系统的分形结构及其空间复杂性探讨 [J]; 地理研究; 2003年04期
6黎夏,叶嘉安; 基于元胞自动机的城市发展密度模拟 [J]; 地理科学; 2006年02期
7杨青生,黎夏,刘小平; 基于Agent和CA的城市土地利用变化研究 [J]; 地球信息科学; 2005年02期
8曹银贵,王静,陶嘉,刘爱霞,许宁; 基于CA与AO的区域土地利用变化模拟研究——以三峡库区为例 [J]; 地理科学进展; 2007年03期
9罗平,杜清运,何素芳; 人口密度模型与CA集成的城市化时空模拟实验 [J]; 测绘科学; 2003年04期
10张萍,张柏,Peter M.Atkinson; 城市化对传染病传播影响的动态模拟——以英国南安普顿市为例 [J]; 地理学报; 2007年02期
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1杨青生,黎夏,刘小平; 基于Agent和CA的城市土地变化研究 [A];全国地图学与GIS学术会议论文集 [C]; 2004年
2刘妙龙,徐鹏; 我国GIS教育与人才培养的思考 [A];首届地理信息系统专业教育研讨会论文集 [C]; 2003年
3王军生; 关于生态城市的若干思考 [A];第二届中国（海南）生态文化论坛论文集 [C]; 2005年
4刘妙龙,陈鹏; 基于细胞自动机与多主体系统理论的城市模拟模型框架 [A];中国地理信息系统协会第三次代表大会暨第七届年会论文集 [C]; 2003年
5农宇; 土地利用变化模型的现状和展望 [A];土地利用的城乡统筹和区域统筹——2007中国科协年会8.3分会场论文集 [C]; 2007年
6于冬梅,黄仁涛; 基于地理计算的地球信息科学基本理论问题研究 [A];第四届海峡两岸GIS发展研讨会暨中国GIS协会第十届年会论文集 [C]; 2006年
7农宇; 土地利用变化模型的现状和展望 [A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集（二） [C]; 2007年
8马佳; C-D生产函数在农村居民点用地集约利用潜力评价中应用 [A];土地利用的城乡统筹和区域统筹——2007中国科协年会8.3分会场论文集 [C]; 2007年
9徐建刚,陈昌勇,沈青; 基于GIS-CA模型的城镇空间发展分析——以吴江市临沪经济区为例 [A];规划50年——2006中国城市规划年会论文集（下册） [C]; 2006年
10何萍,李宏波,李燕,杨云源; 从气象站的变迁分析云贵高原城市楚雄市的热岛效应变化特征 [A];中国气象学会2007年年会气候变化分会场论文集 [C]; 2007年
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1黎夏,叶嘉安; 约束性单元自动演化CA模型及可持续城市发展形态的模拟 [J];地理学报; 1999年04期; 3-12
2章细贞; 资源耗用模型与相关成本分析 [J];技术经济; 2003年05期; 58-59
3田原; 从新的起点启航 [J];国土资源; 2006年03期; 50-51
4宫铁峰，韩慧君，陈占锋; 全信息知识相关性和约束性的描述 [J];系统工程理论方法应用; 1996年03期; 28-33
5新华; 两会关注之三:节能降耗 保护环境 [J];今日国土; 2007年03期; 22-23
6本刊编辑部; 关注节能减排 关注CDM利用 [J];安徽科技; 2007年05期; 3
7詹新宇,王贤彬; 国企高管薪酬激励机制研究:一个数理模型分析框架 [J];经济师; 2007年01期; 188-189
8魏复盛; 落实科学发展 实现节能减排目标 [J];科学中国人; 2007年04期; 19-20
9黎夏,叶嘉安; 基于元胞自动机的城市发展密度模拟 [J];地理科学; 2006年02期; 39-46
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1张琦; 资源约束下我国循环经济发展战略探讨 [A];资源·环境·循环经济——中国地质矿产经济学会2005年学术年会论文集 [C]; 2005年
2郭宝林; 节能减排与陶瓷工业发展 [A];2007年国际陶瓷工业发展论坛报告集 [C]; 2007年
3杨文章; 卷首语 [A];山西省节能降耗与经济发展论坛论文集 [C]; 2006年
4 山西省人民政府关于加强节能工作的决定 [A];山西省节能降耗与经济发展论坛论文集 [C]; 2006年
5 中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要(摘录) [A];河北省钢铁工业发展循环经济高层论坛材料汇编 [C]; 2006年
6田锦尘; 国家“十一五”规划编制过程及政策取向 [A];依靠科学管理推进创新型企业建设——2006年全国企业管理创新大会资料汇编 [C]; 2006年
7张照志; 北京市资源领域循环经济现状及未来发展之路 [A];资源·环境·循环经济——中国地质矿产经济学会2005年学术年会论文集 [C]; 2005年
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1中国民主建国会中央委员会副主席 马培华; “约束性”指标为何约束不了？ [N];人民日报海外版; 2007年
2记者 陈洋; 省府九项重点严促节能减排落实 [N];黑龙江经济报; 2008年
3本报记者 杨凯; 需确立“约束性”指标的约束机制和手段 [N];中国冶金报; 2007年
4张卓元; 用约束性指标制约盲目攀比GDP [N];人民日报; 2007年
5本报记者 张胜军; 制约盲目攀比GDP行为 [N];中国纪检监察报; 2007年
6徐立京; 约束性指标初显约束效应 [N];经济日报; 2007年
7全国政协委员 中国社科院经济研究所原所长 张卓元; 用节能减排等约束性指标制约盲目攀比GDP [N];光明日报; 2007年
8记者 赵有强; 锁定约束性目标 完成指令性任务 [N];常德日报; 2007年
9本版编辑徐经胜 刘效仁 韩晓龙; 节能减排:一票否决 [N];中国县域经济报; 2008年
10记者　 马文锋; “十一五”七项约束性指标考验各级政府执政能力 [N];宁夏日报; 2006年