基于多智能体的人群集散动态模拟模型与实现

智能体从模拟个人的行为出发,以拟人化方法描述、解释、预测一个复杂系统的行为,可以有效仿真群体的行为形态.针对城市中人群流动这一复杂对象,突破传统思维,以复杂自适应系统理论研究为背景,采用基于多智能体系统的建模方法和自下而上的研究思路,提出了研究城市空间内人群流动形态的模型框架,构建了一个城市人群流动动态演化模型,并在此基础上利用GIS(地理信息系统)技术加以实现.     

城市土地利用动态模拟研究进展

回顾了城市土地利用动态模拟的基本原理、过程、方法和主要模型。研究表明:城市土地动态模拟模型主要有基于经验统计方法的CLUE-S(the conversation of land use and its effects at small region extent)模型、基于多智能主体分析方法的ABM(agent based model)模型、基于栅格邻域关系分析方法的(cellular automata,CA)模型和基于土地系统结构变化及空间格局演替综合分析的DLS(dynamic land system simulation)模型;基于不同的理论和方法的模型,具有不同的优点和缺点,适用于不同的情景模拟;已有文献关于城市动态模拟的研究内容主要体现在城市演进机理和模拟工具研究、模型的改进与完善研究以及模拟结果与过程的可视化表达研究等方面。总结了城市土地动态模拟的基本原理和通用模型框架,归纳了现有模型的优缺点和未来研究趋势。     

基于LRM的北京城市未来增长模拟研究

依据北京城市发展经验,引入多变量逻辑回归模型(Multi-variable Logistic Regression Model,LRM),以遥感、GIS和地理计算技术为支撑,基于600m×600m离散格网,建立北京城市增长模拟模型,对人口稳定增长、修建七环、修建奥运公园等3种北京城市增长情景进行模拟,并对模拟成果进行对比分析。研究结果表明,基于LRM的北京城市未来增长模拟模型应用是城市发展预测研究的一个有效工具,可以规划部门提供决策参考。     

基于蚁群算法的多智能体模拟城市用地扩张

本文把蚁群算法引入到多智能体（Multi Agents,MAS）模型中来模拟城市演变过程。智能体(Agent)在元胞自动机（Cellular automata ,CA）确定城市发展概率的基础上,通过蚁群算法来寻找最大效用值的元胞地块,建立一个能模拟多个自然因素以及不同决策者共同影响的城市用地扩张模拟系统。实验表明,引入蚁群算法的模型能更好地模拟了城市演变过程。     

基于元胞自动机模型的城市空间变化模拟研究进展

元胞自动机(CA)是一种时间、空间、状态都离散,空间的相互作用及时间上的因果关系皆局部的网格动力学模型,其“自下而上”的研究思路,强大的复杂计算功能、固有的平行计算能力、高度动态以及具有空间概念等特征,使得它在模拟空间复杂系统的时空动态演变方面具有很强的能力.在城市空间动态变化的模拟研究方面,CA模型已应用到除非洲、南极洲的所有大洲的城市模拟研究当中.CA模型和G IS的集成,一方面增强G IS的空间模型运算及分析能力,另一方面,G IS提供的强大空间处理能力可以为CA模型准备数据和定义有效的元胞转换规则以及对模拟结果进行可视化.同时CA模型还可以与神经网络、主成分分析、遗传算法、模糊逻辑以及其他研究方法相结合,以增强其在城市空间变化模拟研究方面的能力.将CA与MAS技术相结合,建立一个能够模拟多个不同参与因子(自然系统)、不同决策者(人文系统)共同影响下的城市发展模型,以此来模拟与预测城市发展的真实状况,将是CA模型在城市空间变化模拟与预测研究中的未来发展趋势.     

基于LRM的北京城市未来增长模拟研究

依据北京城市发展经验,引入多变量逻辑回归模型（Multi-Variable Logistic Regression Model,LRM）,以遥感、GIS和地理计算技术为支撑,基于600 m×600 m离散格网,建立北京城市增长模拟模型,对人口稳定增长、修建七环、修建奥运公园等3种北京城市增长情景进行模拟,并对模拟成果进行对比分析。研究结果表明,基于LRM的北京城市未来增长模拟模型应用是城市发展预测研究的一个有效工具,可以为规划部门提供决策参考。     

城市复杂时空数据集成与空间决策模拟

面向现代城市管理、智慧城市建设与城市突发事件应急响应决策等重大社会服务需求,针对现有的城市时空数据集成和综合分析还无法为现代城市综合管理提供有效服务及支持等问题,对基于多源异构时空数据的城市动态分析模拟等方法进行了研究,重点突破基于高性能计算的海量异构数据集成、分析及展示,面向决策的城市智能分析等核心技术,研发基于高性能计算的城市时空数据分析与决策模拟平台,并在此基础上,开展典型城市应急决策支持与模拟应用示范,为我国城市的信息化与智慧化管理提供科学技术支撑。课题主要包括以下研究内容:(1)海量多源异构时空数据集成分析。在集成863项目"GIS异构时空数据集成技术"(武汉大学吴华意等负责)和第一课题"复杂时空数据集成及多源异构一体化建模"研究成果的基础上实现城市多源异构数据的建模、组织和检索,研究时空演变信息的实时快速提取、查询和分析,以及海量实时监测数据的融合集成和可视化,实现城市系统从静态向动态的全息转换。(2)城市动态分析模型关键技术研究。主要是针对三组模型库的开发与实现展开研究,即影响分析模型库、过程预测模型库、应急优化模型库。其中,过程预测模型库及应急优化模型库为本课题的决策模拟研究提供算法方面的支持。(3)城市智能决策支持与模拟关键技术研究。在城市智能决策过程理论研究的基础上,进行城市智能决策模拟模型方法研究,同时构建经典模型库与新型方法库两大模拟模型库;组建与时空数据相匹配的城市智能决策综合分析模型;综合上述理论研究,构建城市智能决策支持和模拟平台。(4)面向城市大型活动实时交通流模拟与疏导的应用示范。选择广州市作为应用示范区域,对多源传感器获取的城市时空数据进行实时接入和标准化集成处理,构建城市交通多源时空数据库;进行常态交通量的时空分布规律及主要驱动因子研究,构建实时交通流分析及模拟知识库;并在广州市核心区进行实时交通流模拟和实时交通疏导应用示范。(5)面向城市大型活动应急决策支持与模拟的应用示范。选择乌鲁木齐市为应用示范区域,在多源时空数据集成与决策模拟技术的基础上,以乌鲁木齐市承办大型城市活动(包括中国-亚欧博览会等)为服务对象,进行示范应用。     

城市元胞自动机模型的构建及其应用研究进展

 元胞自动机(CA)模型对模拟和预测城市空间变化以及进行城市规划具有重大的现实意义。对中国知识基础设施工程(CNKI)中出现城市CA研究以来的期刊文献的年度分布、期刊分布进行统计分析,概述了城市CA模型的构建思路,回顾和总结了城市CA中土地利用、交通、疾病和灾害方面的相关研究成果。同时,分析了城市CA模型应用研究中的主要特点,并根据其存在问题探讨了城市CA未来的发展趋势。研究结果表明,城市CA在中国的应用研究前景良好,尽管近12年中研究情况存在波动,但整体呈增长态势。     

多智能体模型用于土地利用演变模拟研究进展

在阅读了大量的多智能体模型用于土地利用演变模拟研究文章的基础上,简要介绍了多智能体系统(Muti-Agent System,简称MAS)模型的基本原理,分析了MAS模型的研究内容、模拟的公共平台和研究的主要热点等,整理并总结其在土地利用演变模拟研究的优势以及不足之处,以期为今后多智能体模型用于土地利用演变模拟研究提供一些有益的参考。     

基于自组织模型的城市人口分布动态演化

根据耗散结构理论自组织建模原理,在费尔哈斯模型(Verhulst model)的基础上,以城市区域的人口为状态变量,考虑城市区域人口的相互迁移作用和环境竞争约束因素,尝试建立城市人口区域分布演化模型来进行城市系统演化的讨论.在广州市历史人口数据的基础上,利用基于自组织原理的城市人口区域分布动态模型,模拟预测了广州市未来50年4个区域人口动态演化趋势,其结论可以为现实的广州市人口预测提供参考依据.     

一种带有调节因子的背景值构造方法及在灰色系统建模中的应用

针对传统灰色GM（1,1）模型和已有的若干改进GM（1,1）模型在高增长指数序列建模时模型精度较低的问题,构造了一种带有调节因子λ的新背景值公式,提出了调节因子λ的优化方法,并应用于灰色系统建模中.大量的数字仿真表明：基于调节因子λ建立的新GM（1,1）模型,即使是在发展系数较高、且用于多步预测时精度仍然保持较高,它较传统GM（1,1）模型和已有的改进GM（1,1）Ⅰ,Ⅱ型均有显著地提高.     

多尺度大气边界层与陆面物理过程模式的研究进展

本文以大气边界层物理、大气动力学、土壤物理、水文学和生物物理等理论为基础,研发了一系列适用于不同时空尺度的大气边界层与陆面物理过程模式：（1）基于地表能量和水分平衡方程,构建了新一代北京大学陆面物理过程模式（Land Surface Physics Process Model of Peking University,LSMPKU）;（2）基于城市街谷冠层结构以及相应物理过程,构建了北京大学单层城市冠层模式（Modified SingleLayer Urban Canopy Model of Peking University,UCMPKU）;（3）基于计算流体力学理论,构建了北京大学街区尺度模式（Block Scale Model of Peking University,BSMPKU）．通过模拟研究表明：上述模式在各自的时空适用尺度上均能很好地模拟出相应尺度上的主要大气物理过程,在与其他同类模式的对比实验中表现出明显的改进和提高．     

动物性食品中蜡样芽胞杆菌的建模及风险评估应用进展

动物性食品有极高的营养价值,在食品组成中占有重要地位。蜡样芽胞杆菌是动物性食品中常见的一种食源性致病菌。综述了近年来国内外对蜡样芽胞杆菌的建模及在风险评估中的应用所开展的研究,对肉类、乳及乳制品、蛋及蛋制品等食物中建立的生长模型与失活模型的最新研究成果进行总结,概述了动态变化环境下的界面模型研究及模型在风险评估中的应用情况,最后对蜡样芽胞杆菌预测建模的研究及应用提出了展望,以期为今后的研究提供参考。     

两类离散GM(1,1)模型及其软件缺陷预测建模

为了拓广离散GM(1,1)模型的应用范围,建立了近似非齐次指数序列的离散GM(1,1)模型,NDGM(1,1)模型和直接离散GM(1,1)模型,即DDGM(1,1)模型,证明了其可以完全拟合非齐次指数序列,最后将两类离散GM(1,1)对软件进行缺陷预测建模,结果显示,DDGM(1,1)模型具有较高预测精度,可以对后续软件开发中缺陷的存在情况做出相应预测.     

台风风场模型适应性研究

基于数值模拟方法进行台风危险性分析去估算重现期极值风速,在国内外已得到普遍采用.进行台风数值模拟依赖于台风风场模型,不同的台风风场模型对同一地区的适应性并不一致.通过阐述几种典型的台风风场模型,并利用台风Betty（87）和York（99）两个台风实测风速和风向记录对这些台风风场模型进行对比验证,为极值风速推断选择适合于我国东南沿海的风场模型.     

带修正值的四阶Adams-Bashforth-Moulton 预测-校正算法

本文对四阶Adams-Bashforth-Moulton(ABM)预测-校正算法进行改进,获得了带修正值的四阶ABM预测-校正算法;通过数值算例运用MATLAB语言对它们的计算结果与精确解的误差进行比较。结果表明:带修正值的四阶ABM预测-校正算法的误差更小,有一定的应用价值。     

基于多主体的城市微模拟平台Grid ABGIS研究

为了有效集成基于主体的模型(Agent Based Model, ABM)和地理信息系统(Geographical Information System, GIS),将经典地理信息系统的功能从着重宏观地理格局的描述扩展到注重微观行为机制的刻画,作者提出并设计了一个具备网格计算能力的集成化城市微模拟平台--Grid ABGIS.首先回顾了目前城市微模拟研究进展,通过对城市微模拟系统信息过程进行归纳和总结,从软件工程的角度提出了"七步法"城市模拟信息工程的基本框架;其次分析了通用多主体城市模拟软件平台Grid ABGIS的信息处理流程和相应的系统需求;最后对Grid ABGIS的系统结构、对象体系结构、数据模型和城市主体对象模板进行了详细设计,进而实现了一个ABGIS原型系统.     

城市形态演化研究

在讲述国内外城市形态演化研究进展的基础上,总结了目前国内研究存在的不足,主要表现为：①从研究对象看,总结性、概括性的研究多,针对性、个案性的研究少;②从研究手段看。已有研究大都是基于传统的历史资料或统计数据．与GIS、GPS和RS等新技术结合的研究较少,且主要停留在定性描述的层面上,缺少城市形态参数与城市的环境条件、结构和功能之间关系的数量分析,在时间序列上对城市形态作量化对比较少;③缺乏对城市形态演变各种动力因素的综合性研究;④对城市的演化过程分析．大都仅仅是从城市形态方面研究,很少定量计算城市扩展或城市形态变化而导致的对周边土地的利用等．     

灰色模型GM(1,1)背景值的一种改进方法

分析了灰色GM(1,1)模型的理论缺陷,提出了对背景值的一种改进方法,建立了GM(1,1,λ)模型,数据模拟结果表明,GM(1,1,λ)模型的模拟精度高于GM(1,1)模型,既适合低增长指数序列建模,也适合高增长指数序列建模.     

基于Logistic模型与成本加权距离方法的济南城市公园综合可达性分析

城市公园是城市绿色基础设施的重要组成部分,具有重要的社会、经济和生态文化功能,其空间布局合理与否直接影响到城市公园的可达性与公平性．以济南市为例,采用2009年ALOS遥感影像数据,基于RS和GIS软件平台,解译获取了研究区土地利用现状图、道路交通和城市公园等空间数据,构建了城市公园吸引力综合指数,并基于道路网络,采用成本加权距离分析方法计算研究区城市公园的空间可达性,最后基于logistic模型计算了城市公园的综合可达性,以表征城市公园自身属性特征（吸引力）和交通可达性的综合影响．研究结果表明：1）济南城市公园空间可达性和综合可达性总体水平均较好,20min内可达区域约占研究区的80％,但空间分布不均衡,中心高外围低,南部受地形影响可达性普遍较低;2）吸引力比较强的公园周边可达性水平明显提升,说明城市公园吸引力对可达性的影响较为显著．研究结果丰富了可达性研究的内涵,可为城市规划者和决策者进行城市绿地空间布局和城市绿地景观设计提供一定的科学依据与参考．