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(shù)據(jù)23.實驗原理24.實驗步驟34.1實驗操作流程34.2數(shù)據(jù)處理34.3生成隨機點數(shù)據(jù)104.3生成空間距離柵格數(shù)據(jù)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(jīng)濟快速發(fā)展的今天，城市建設已成為各地發(fā)展關(guān)注的主要問題。在確定城市發(fā)展方案之前，會先對當?shù)氐某鞘袛U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(shù)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(shù)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(shù)據(jù)這次實驗中要用到的數(shù)據(jù)有：1993年東莞市和1997年東莞市分別的城市土地利用分類數(shù)據(jù)、市中心點數(shù)據(jù)、鎮(zhèn)中心點數(shù)據(jù)、鐵路線數(shù)據(jù)、高速公路數(shù)據(jù)以及東莞市一般公路數(shù)據(jù)。3. 實驗原理元胞自動機（Cellular Automaton，復數(shù)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(guān)系皆局部的格網(wǎng)動力學模型。由于CA模型能夠通過一些簡單的局部轉(zhuǎn)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(jié)果與實際情況比較吻合。 CA模型基于一些局部轉(zhuǎn)換規(guī)則進行預測模擬，轉(zhuǎn)換規(guī)則中的變量對應著很多參數(shù)，這些參數(shù)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(shù)的確定。在本次實驗中，我們運用邏輯回歸設定模擬參數(shù)。實驗通過分析數(shù)據(jù)中的城市數(shù)據(jù)，得到在一定年限之內(nèi)的城市土地利用變化類型數(shù)據(jù)。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(shù)值的方法中則選擇邏輯回歸的方法來完成參數(shù)值的計算，得到輸出結(jié)果。4. 實驗步驟4.1實驗操作流程4.2數(shù)據(jù)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(jié)果1997年柵格計算的結(jié)果查看圖層屬性，影像分辨率太高，行列數(shù)太多，可進行重采樣，適當調(diào)低分辨率使用重采樣工具在重采樣對話框中，調(diào)整分辨率調(diào)成85.5米。再次查看圖層以及圖層屬性重采樣工具計算結(jié)果查看1993年和1997年屬性表，發(fā)現(xiàn)取值只有0和1,合成這兩年的數(shù)據(jù)查看結(jié)果圖層對合成后的數(shù)據(jù)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(jié)果圖層導出1993年到1997年城市變化遙感數(shù)據(jù)，取名為UrbanChange.img設置導出圖層的屬性4.3生成隨機點數(shù)據(jù)在ArcMap中生成隨機點數(shù)據(jù)（在Arc Tool Box中即可找到隨機點工具）生成隨機點結(jié)果如圖所示將生成的點數(shù)據(jù)另存為diandata并導出4.3生成空間距離柵格數(shù)據(jù)加載UrbanChange.img，離市中心距離，生成柵格數(shù)據(jù)。(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(shù)據(jù)鎮(zhèn)中心空間距離柵格數(shù)據(jù)市中心空間距離柵格數(shù)據(jù)鐵路

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

7、歸一化的柵格數(shù)據(jù)和UrbanChange.img進行采樣，結(jié)果存為DianValue.dbf4.4 SPSS邏輯回歸分析打開歸一化處理后的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)視圖變量視圖刪除沒有用的變量列返回數(shù)據(jù)視圖發(fā)現(xiàn)有一些數(shù)據(jù)出現(xiàn)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(shù)如下。糾正數(shù)據(jù)之后，進行二元邏輯分析，如下圖所示，設置具體參數(shù)，得出結(jié)果列表。從結(jié)果列表中我們可以發(fā)現(xiàn)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(jié)果如下圖所示 導出Z值計算結(jié)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(jié)果如圖所示將pg計算結(jié)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(jié)果得到1997年結(jié)果從1997.img中提取開發(fā)適宜性數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)，如上圖所示可以將其轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，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(jié)果添加模擬起始年份以及對比年份的txt數(shù)據(jù)設置模擬參數(shù)如下圖

9、，其中模擬轉(zhuǎn)換總量可由urban93.img和urban97.img的屬性表中計算得出，迭代次數(shù)設為4次，擴散參數(shù)（用于邊界增長(Edge Growth)，決定一個擴散中心（在3x3鄰居構(gòu)形中，城市像元數(shù)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(shù)并輸出每次迭代的圖片。輸出轉(zhuǎn)換結(jié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理、SPSS處理數(shù)據(jù)、以及部分柵格計算操作的時候，都出現(xiàn)了一些錯誤，有的是因為公式輸入的格