专利名称：基于遥感与gis的地理模拟系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地理模拟系统，尤其是涉及一种基于遥感与GIS的地理模拟 系统。
背景技术：
自Wolfram提出利用元胞自动机(Cellular Automata, CA)认识系统的复杂性以 来，CA在自然科学和社会科学诸多领域得到了较为广泛的应用。在城市地理领域，元胞自 动机被用来模拟城市形态演化和土地利用变化，预测不同规划限制条件下城市的未来可能 情景。目前，元胞自动机模拟已成为认识和理解城市复杂空间格局和演化过程的有效手段。在地理CA模拟中，城市形态从前一状态演化到下一状态，所依据的是反映城市生 长机理的转换规则。因此，转换规则的定义就成为了地理CA城市模拟的核心。国内外研 究中，多种方法被用来分析空间变量，从而获取地理CA的规则，这些方法主要包括(1)空 间统计方法，如最小二乘方法和logistic回归方法等；(2)人工智能和机器学习，如模糊逻 辑、遗传算法、神经网络、免疫智能、及支持向量机等；(3)系统动力学方法，等。但是，影响 城市发展和土地利用变化的空间变量之间往往存在严重的相关性，传统的空间统计方法无 法消除变量多重共线带来的不利影响，且不能够很好地刻画城市的非线性动力学过程，因 此模拟结果较难反映城市的真实形态；而研究认为，一些智能化建模方法却可以得到较好 的模拟结果，但是其参数物理意义并不明确。因此，我们需要探索一种既能消除空间变量的 相关性、反映城市发展的非线性过程，同时其参数又具有明确物理意义的转换规则。方法内容本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够以较 合理的计算代价，得到较为合理的转换规则和模拟结果，且其预测结果也能够为城市规划 和决策提供有用的参考的基于遥感与GIS的地理模拟系统。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种基于遥感与GIS的地理模拟系统，其特征在于，包括输入端、核主成分分析空 间数据处理模块、地理元胞自动机模拟子系统、显示器、遥感影像处理模块，所述的输入端、 核主成分分析空间数据处理模块、地理元胞自动机模拟子系统、显示器依次连接，所述的遥 感影像处理模块分别与输入端、地理元胞自动机模拟子系统连接。所述的核主成分分析空间数据处理模块包括数据转换模块、处理器，所述的数据 转换模块与处理器连接，所述的数据转换模块与输入端连接。所述的地理元胞自动机模拟子系统包括模拟器、比较模块、存储器，所述的模拟 器、比较模块、存储器依次连接，所述的模拟器与处理器连接，所述的比较模块分别与遥感 影像处理模块、显示器连接。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点(1)核主成分分析可以在信息损失最小的前提下，对空间变量进行降维处理，且能 用核方法实现地理CA建模中空间变量的非线性主成分提取。因此，本实用新型能够更好地反映城市发展复杂非线性过程。(2)利用地理元胞自动机模拟子系统SimUrban，可以方便地提取地理空间变量、 获取空间样本数据，以及进行其他方面的预处理；同时该框架可以方便地执行多种元胞模 型(如本文的KPCA-CA(基于核主成分分析的地理元胞模型))，并对模拟结果进行精度评定。(3)从模拟结果与实际统计的比较来看，本实用新型的结果也更符合城市演化的 真实情况。该研究表明，利用核主成分分析方法能够以较合理的计算代价，得到较为合理的 转换规则和模拟结果，而其预测结果也能够为城市规划和决策提供有用的参考。
图1为本实用新型的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。实施例如图1所示，一种基于遥感与GIS的地理模拟系统，包括输入端1、核主成分分析空 间数据处理模块2、地理元胞自动机模拟子系统3、显示器4、遥感影像处理模块5，所述的输 入端1、核主成分分析空间数据处理模块2、地理元胞自动机模拟子系统3、显示器4依次连 接，所述的遥感影像处理模块5分别与输入端1、地理元胞自动机模拟子系统3连接。所述 的核主成分分析空间数据处理模块2包括数据转换模块21、处理器22，所述的数据转换模 块21与处理器22连接，所述的数据转换模块21与输入端1连接。所述的地理元胞自动机 模拟子系统3包括模拟器31、比较模块32、存储器33，所述的模拟器31、比较模块32、存储 器33依次连接，所述的模拟器31与处理器22连接，所述的比较模块32分别与遥感影像处 理模块5、显示器4连接。以上海市嘉定区作为KPCA-CA模型的试验区。嘉定区位于上海市西北部，与江苏 省昆山市毗连，地域上属远郊区，行政辖区面积为463. 6km2。过去二十年是嘉定区的快速发 展时期，土地利用/覆盖变化不断变化，城市建成区持续扩大。以这样一个快速城市化区域 作为KPCA-CA模型的试验区，能够较好地检验该模型的有效性。本试验采用的数据主要为 Landsat-5TM 1989年8月6日和2006年4月30日的两组遥感影像。
参数0.10.5125101520成分累计 贡献率累计 贡献率累计 贡献率累计 贡献率累计 贡献率累计 贡献率累计 贡献率累计 贡献率125.000%29.033%38.905%53.896%62.637%62.720%62.253%62.940%250.000%53.985%62,816%77.252%93.608%97.526%98.212%98.433%375.000%78.073%84.371%92.122%97.956%99.484%99.789%99,888%4100.000%100.000%100.000%100.000%100.000%100.000%100.000%100.000%[0020]表1依据各种不同核参数得到的主成分贡献率对获取的空间样本数据矩阵实施KPCA (核主成分分析)变换得到K7m。进一步对 K7m进行主成分分析，得到相应的线性无关主成分。不同的核参数会得到不同的K7m矩阵， 因此最终获取的主成分也不一样。表1显示了不同核参数下，各个主成分的贡献率。很明 显，随着核参数增大，第一主成分的贡献率明显增大，同时前三个主成分的累计贡献率也急 剧增大。当核参数大于10时，这种变化不再明显。由于核参数为10时前两个主成分为0—611&、D
towncenter、^mainroad^ ^plowland^ ^kaleyard
0. 917、-0. 159,0. 954、-0. 872、-0. 882 ；-0. 121,0. 982,0. 689、-0. 487、-0. 444，其累计贡献 率为97. 526%，其中第1主成分主要表示以市中心和道路为主的信息，第2主成分主要表示 以镇中心和道路为主的信息。考虑到计算量及获取的CA参数的准确性，将这两个主成分用 来解释解释空间变量。核参数为10时，利用KPCA方法获取的地理CA规则如下
权利要求一种基于遥感与GIS的地理模拟系统，其特征在于，包括输入端、核主成分分析空间数据处理模块、地理元胞自动机模拟子系统、显示器、遥感影像处理模块，所述的输入端、核主成分分析空间数据处理模块、地理元胞自动机模拟子系统、显示器依次连接，所述的遥感影像处理模块分别与输入端、地理元胞自动机模拟子系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于遥感与GIS的地理模拟系统，其特征在于，所述的核 主成分分析空间数据处理模块包括数据转换模块、处理器，所述的数据转换模块与处理器 连接，所述的数据转换模块与输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于遥感与GIS的地理模拟系统，其特征在于，所述的地 理元胞自动机模拟子系统包括模拟器、比较模块、存储器，所述的模拟器、比较模块、存储器 依次连接，所述的模拟器与处理器连接，所述的比较模块分别与遥感影像处理模块、显示器 连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于遥感与GIS的地理模拟系统，包括输入端、核主成分分析空间数据处理模块、地理元胞自动机模拟子系统、显示器、遥感影像处理模块，所述的输入端、核主成分分析空间数据处理模块、地理元胞自动机模拟子系统、显示器依次连接，所述的遥感影像处理模块分别与输入端、地理元胞自动机模拟子系统连接。与现有技术相比，本实用新型具有能够以较合理的计算代价，得到较为合理的转换规则和模拟结果等优点。
文档编号G06F19/00GK201716727SQ20102015917
公开日2011年1月19日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者冯永玖, 刘妙龙, 童小华 申请人:同济大学