6、利用元胞自动机预测城市增长及植被和水体的消失

利用元胞自动机预测城市增长及植被和水体的消失

1 引言

在当今时代，可持续发展至关重要。然而，我们正处于快速城市化的阶段，城市的发展往往会导致周边地区的植被和水体消失。为了实现可持续发展，城市化应在不破坏生态平衡的前提下进行。因此，获取关于城市增长类型和规模，以及因城市化导致的植被和水体消失情况等数据，对于可持续发展和城市规划来说是必不可少的。

本项目旨在利用1990年和2005年阿桑索尔地区、1999年和2009年拉杰哈特新镇地区的分类图像，运用元胞自动机（CA）技术，预测2020年阿桑索尔市的城市增长，以及2019年拉杰哈特新镇周边地区的植被和水体消失情况。选择阿桑索尔火车站的临近程度作为预测城市增长的唯一因素，选择五号区地铁站的临近程度作为预测植被和水体消失的唯一因素。

元胞自动机可以看作是一组规则的单元格阵列。在特定时刻，每个单元格处于特定状态，其状态会根据相邻单元格的状态发生变化，这种变化由一些转换规则控制，数学表达式如下：
[
{S_{t+1}} = f({S_t}, {I_h^t})
]
其中，({S_{t+1}}) 是时间 (t + 1) 时单元格的状态，({S_t}) 是时间 (t) 时单元格的状态，({I_h^t}) 是单元格的邻域，(h) 是邻域大小，(t) 是时间步长，(f) 是转换规则。

在本研究中，使用QGIS的免费插件MOLUSCE（土地利用变化评估模块）实现元胞自动机，其中采用逻辑回归技术来建模单元格状态转换的潜力。逻辑回归是一种机器学习技术，使用逻辑函数计算转换概率，公式如下：
[
p = \frac{1}{1 + e^{-x}}
]
其中，(p)