實驗六基于CA的城市擴展模擬

1、目錄實驗六 基于CA的城市擴展模擬11.實驗目的22.實驗數據23.實驗原理24.實驗步驟34.1實驗操作流程34.2數據處理34.3生成隨機點數據104.3生成空間距離柵格數據124.4SPSS邏輯回歸分析214.5計算并得出各個分析文件264.6運用GeoSOS進行模擬變化295.實驗心得331. 實驗目的在經濟快速發(fā)展的今天，城市建設已成為各地發(fā)展關注的主要問題。在確定城市發(fā)展方案之前，會先對當地的城市擴展情況進行預測。實驗選擇CA模型中的邏輯回歸法對各個變量的參數進行確定，并在此基礎上進行東莞市的城市擴展模擬分析。通過實驗操作，理解CA模型的意義，掌握整個模擬分析中需要準備的分析文件的

2、生成處理流程以及參數設置。探索CA模擬的過程中可利用的軟件以及代碼的編寫，掌握一定的技巧與代碼技能。2. 實驗數據這次實驗中要用到的數據有：1993年東莞市和1997年東莞市分別的城市土地利用分類數據、市中心點數據、鎮(zhèn)中心點數據、鐵路線數據、高速公路數據以及東莞市一般公路數據。3. 實驗原理元胞自動機（Cellular Automaton，復數為Cellular Automata），簡稱為CA，是一種時間、空間及狀態(tài)都離散，空間上的相互作業(yè)和時間上的因果關系皆局部的格網動力學模型。由于CA模型能夠通過一些簡單的局部轉換規(guī)則，模擬出復雜的、全局的空間模式，所以近年廣為利用，并通過實踐證明CA模型

3、可以有效反映土地利用的演化情況，其模擬結果與實際情況比較吻合。 CA模型基于一些局部轉換規(guī)則進行預測模擬，轉換規(guī)則中的變量對應著很多參數，這些參數反映的是不同變量在整個模型中的影響程度，所以在CA模擬中，最重要的便是參數的確定。在本次實驗中，我們運用邏輯回歸設定模擬參數。實驗通過分析數據中的城市數據，得到在一定年限之內的城市土地利用變化類型數據。選擇GeoSOS軟件來對該地區(qū)的城市擴展情況進行分析，而在CA的多種確定參數值的方法中則選擇邏輯回歸的方法來完成參數值的計算，得到輸出結果。4. 實驗步驟4.1實驗操作流程4.2數據處理在ArcMap中加載1993年和1997年遙感分類圖1993年城市

4、遙感分類圖1997年城市遙感分類圖通過柵格運算，計算出1993年和1997年城市和非城市遙感分類圖打開ArcToolBox中的柵格計算器1993年柵格計算結果1997年柵格計算的結果查看圖層屬性，影像分辨率太高，行列數太多，可進行重采樣，適當調低分辨率使用重采樣工具在重采樣對話框中，調整分辨率調成85.5米。再次查看圖層以及圖層屬性重采樣工具計算結果查看1993年和1997年屬性表，發(fā)現取值只有0和1,合成這兩年的數據查看結果圖層對合成后的數據進一步處理，得到1993年和1997年城市變化遙感圖，1為新增的，0為不變的，2為1993年是城市的，1997年還是城市打開柵格運算器輸入公式得到處理后

5、的結果圖層導出1993年到1997年城市變化遙感數據，取名為UrbanChange.img設置導出圖層的屬性4.3生成隨機點數據在ArcMap中生成隨機點數據（在Arc Tool Box中即可找到隨機點工具）生成隨機點結果如圖所示將生成的點數據另存為diandata并導出4.3生成空間距離柵格數據加載UrbanChange.img，離市中心距離，生成柵格數據。(這里要注意需要設置環(huán)境為范圍是UrbanChange.img，裁剪cell的大小設置為85.5。)注意檢查環(huán)境設置（處理范圍）注意檢查環(huán)境設置（像元大?。├脷W氏距離計算鎮(zhèn)中心距離柵格數據鎮(zhèn)中心空間距離柵格數據市中心空間距離柵格數據鐵路

6、線數據的空間距離柵格數據應用歐氏距離設置公路圖層公路線數據的空間距離柵格數據高速公路線數據的空間距離柵格數據數據歸一化處理，為了消除量綱影響，可對空間距離柵格數據進行歸一化處理對市中心數據進行柵格計算對鎮(zhèn)中心數據進行柵格計算鎮(zhèn)中心數據歸一化處理鐵路數據歸一化處理對公路數據進行柵格計算公路數據歸一化處理結果對高速公路數據進行柵格計算高速公路數據歸一化處理結果導出已經完成歸一化的數據，存為DisProp.img、Distown.img、Disrail.img、Disroad.img、Disexpress.imgSpatial Analyst Tool中的Extraction選擇Sample，對已經

7、歸一化的柵格數據和UrbanChange.img進行采樣，結果存為DianValue.dbf4.4 SPSS邏輯回歸分析打開歸一化處理后的數據數據視圖變量視圖刪除沒有用的變量列返回數據視圖發(fā)現有一些數據出現了錯誤，UrbanChange的值為2,應該去掉，選擇Data中的Select Cases，設置具體參數如下。糾正數據之后，進行二元邏輯分析，如下圖所示，設置具體參數，得出結果列表。從結果列表中我們可以發(fā)現方程之中不同的變量列的B值，代入ArcGIS中進柵格計算計算得到Z值結果如下圖所示 導出Z值計算結果為img文件，為導出txt文件備用在下一步操作中，計算pg值設置計算公式如圖所示得到處理

8、結果如圖所示將pg計算結果保存為txt文件4.5計算并得出各個分析文件計算并得出1993年和1997年的土地適宜性圖層設置計算公式如圖所示得到1993年結果得到1997年結果從1997.img中提取開發(fā)適宜性數據，這里提取水體出來，取值為0,其它為1提取出來的土地適宜性數據，如上圖所示可以將其轉換為txt文件留作分析。至此，實驗得到了4個txt分析文件4.6運用GeoSOS進行模擬變化選擇邏輯回歸CA模擬，設置起始年份數據，加載之前得到的urban93.txt，urban97.txt設置土地利用類型屬性以及顏色值等得到邏輯回歸的計算結果添加模擬起始年份以及對比年份的txt數據設置模擬參數如下圖

9、，其中模擬轉換總量可由urban93.img和urban97.img的屬性表中計算得出，迭代次數設為4次，擴散參數（用于邊界增長(Edge Growth)，決定一個擴散中心（在3x3鄰居構形中，城市像元數大于2個）周圍任一像元變成另外一個城市像元的可能性）為3，設置間隔秒數并輸出每次迭代的圖片。輸出轉換結果迭代過程中顯示的迭代進程。輸出了4個txt文件，如下圖所示將其另存為BMP文件，如下圖所示。再用其他軟件合成Gif動圖。5. 實驗心得在本次實驗中，我們通過實際運用了解了元胞自動機在城市變化模擬中的分析功能。在實驗過程中，通過前期的數據處理與分析，我又掌握了一些ArcGIS中沒有運用過的工具，如隨機點工具、數據轉換工具、柵格處理等等操作，加深了對于自己本來熟悉的軟件的印象。前期的數據處理過程十分的長，其中有很多部分知道怎么做卻不知道意義何在，在詢問了老師和同學們之后也逐步掌握了那些環(huán)節(jié)的意義。在空間距離柵格數據處理、SPSS處理數據、以及部分柵格計算操作的時候，都出現了一些錯誤，有的是因為公式輸入的格