基于局部化转换规则的元胞自动机土地利用模型-地理科学.PDF

第32 卷第4 期 地 理 研 究 Vol.32, No.4 2013 年4 月 GEOGRAPHICAL RESEARCH Apr., 2013 基于局部化转换规则的元胞自动机土地利用模型 1,2 1 3 4 宇林军 ，孙丹峰 ，彭仲仁 ，李 红 （1. 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2. 中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100101； 3. 美国佛罗里达大学区域与城市规划系，美国 盖恩斯威尔 32611-5706 ；4. 北京市农林科学院农业综合 发展研究所，北京 100097） 摘要：传统土地利用元胞自动机 （Cellular automata, CA ）模型基于空间同质性假设，使用全 局性模型建立元胞转换规则，忽略了土地利用变化驱动因素的驱动作用在空间上的变化。以 美国佛罗里达州的橙县 （Orange County ）2003-2009 年土地利用变化为例，提出了基于局部化 转化规则的CA 土地利用模型，其中元胞的土地利用类型适宜性由地理加权多项logit 模型 （Geographically weighted multinomial logit, GWML ）获得。结果表明：GWML 模型较传统全 局性多项logit （Multinomial logit, MNL ）模型有更高的数据解释能力。基于GWML 模型的土 地利用CA 模型能反映局部土地利用变化模式，因而较基于MNL 模型的CA 模型具有更高的模 拟精度。所得结论对未来国内地区的研究有借鉴意义。 关键词：土地利用变化；元胞自动机模型；空间异质性；多项Logit 模型；地理加权多项Logit 模型 元胞自动机 （Cellular automata, CA ）是一种时间、空间、状态都离散的网格动力学 模型，已广泛应用于土地利用变化模拟。元胞的转化规则是元胞自动机模型的核心，决定 [1-3] 了其模拟能力 。传统CA 土地利用模型的转换规则建立在基于空间同质性假设的全局性 模型基础上，假设土地利用演变与驱动因素间的关系在空间上恒定。然而，土地利用演变 存在很强的空间异质性，即驱动因素对土地利用的作用随着空间位置的变化而变化。特别 是在大尺度的研究中，空间异质性效应更为显著。 土地利用演变的空间异质性体现为基于距离的空间变化和基于位置的空间变化两 [4] 个方面。据Tobler 的地理学第一定律 ，基于距离的空间变化可表达为：元胞间的相 互作用随着元胞间的距离增加而减小。基于位置的空间变化指驱动因素对土地利用演 变的作用随着空间位置变化而变化。例如，在某一区域 （位置）邻域作用为土地利用 变化的主要驱动力；而在其他地区 （位置），其他因素 （如可达性）则可能为主要驱 动因素。 已有的CA 土地利用模型采用多种方法来反映基于距离的空间变化，如扩大的邻域[5-7] [8] [9-11] 及空间加权的邻域 等。类似地，Huang 等 在逻辑回归模型中入了位置权重，体现了基 于距离的空间变化，消除了空间自相关的影响，但仍未体现基于位置的空间变化。模型局 部化是解决基于位置的空间异质性的一种有效方法，其中地理加权回归 （Geographically 收稿日期：2012-03-09; 修订日期：2012-11-15 基金项目：国家自然科学基金项目 作者简介：宇林军(1981-) ，男，博士，河北张家口人，主要研究领域为土地利用与信息技术。 E-mail: yulinjun81@ 通讯作者：孙丹峰(1971-) ，男，山东人，教授，主要从事土地系统分析和资源环境信息技术。 E-mail: sundf@ 671-682 页 67