6、基于栅格数据的土地利用转移概率估计方法

基于栅格数据的土地利用转移概率估计方法

1. 引言

近年来，基于多智能体系统（MAS）和元胞自动机（CA）的模型在城市规划、城市管理等跨学科研究领域以及内置决策支持系统中颇为流行。众多土地利用和土地覆盖变化（LUCC）建模方法的优缺点已被深入研究，MAS/CA 模型被视为补充其他技术的有效手段。

然而，这些模型在实际应用中面临诸多挑战。在城市和区域规划领域，虽已提出多个用于土地利用转换的马尔可夫链模型，但在估计土地利用转移概率时仍存在问题。传统的马尔可夫链模型预测土地利用分布时，常受多种误差困扰。一种误差源于转移矩阵的不确定性，该误差与子区域的划分方式直接相关。此外，马尔可夫链模型主要关注提供 LUCC 的数量、位置和类型信息，较少涉及变化的方式和原因。

为解决这些问题，本文提出以下改进方法：
- 基于建筑地块，利用栅格数据估计土地利用转移概率。
- 考虑存在处于固定状态的建筑地块。
- 基于土地利用效用的概念，表达转移概率的变化。

2. 基于建筑地块的土地利用转移概率

2.1 马尔可夫链的阶数

在少数研究中，马尔可夫链的阶数得到了正式检验。在一些马尔可夫链模型中，为简化理论讨论，通常假设具有“一阶马尔可夫链”性质，即“时间 t + 1 的状态仅依赖于时间 t 的状态”。通过对实际土地利用栅格数据的研究，发现土地利用转移过程可以用一阶马尔可夫模型充分描述，因此在后续讨论中采用这一简单性质。

2.2 基于建筑地块的转移概率

在传统的土地利用转移模型中，土地利用从 j 转变为 i 的概率 Pij 按以下公式估计：
[P_{ij}=\f