基于贝叶斯滤波的随机ca城市扩张模型研究

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1、基于贝叶斯滤波的随机（申请理学硕士学位论文）CA城市扩张模型研究基于贝叶斯滤波的随机CA城市扩张模型研究杨慧培养单位：理学院学科专业：应用数学武汉理工大学研究生：杨慧指导老师:桂预风教授2014年12月万方数据分类号密级公开UDC学校代码10497学位论文题目基于贝叶斯滤波的随机CA城市扩张模型研究英文题目ResearchofStochasticCAurbanexpansionmodelbasedonBayesianfilter研究生姓名杨慧姓名桂预风职称教授学位博士指导教师单位名称理学院邮编430070申请学位级别硕士学科专业名称应用数学论文提交日期2014年10月论文答辩日

2、期2014年12月6日学位授予单位武汉理工大学学位授予日期2014年12月答辩委员会主席章社生评阅人章社生金升平2014年12月万方数据独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论

3、文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人承诺所提交的学位论文（含电子学位论文）为答辩后经修改的最终定稿学位论文，并授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期万方数据摘要城市的发展与地区经济社会等可持续发展息息相关，对城市扩张的动态趋势进行模拟具有相当的现实意义。元胞自动机（简称CA）采用“自上而下”的建模思想，可用简单的规则模拟复

4、杂的变换，对于时间和空间都具有高度复杂性的城市扩张系统的模拟具有先天的优势。贝叶斯滤波作为状态空间参数估计的重要模型，可用蒙特卡罗的实现方式（粒子滤波），通过先验信息生成粒子并在模型进行过程中不断迭代和更新来估计参数的最优值。本文将贝叶斯滤波与元胞自动机模型相结合，构建基于粒子滤波的随机元胞自动机模型，以武汉市前川镇作为研究区域，对模型进行验证和运行。论文主要包括以下工作：一、遥感影像预处理及解译工作。将所需遥感影像进行波段融合、几何校准、裁剪等预处理工作，通过监督分类提取研究区域城镇建设用地以及水域图。另外对其它属性图进行处理并最终统一坐标系输出，完成空间数据库的建设。二、定

5、性分析部分。对武汉市城市利用现状进行总体分析，对前川镇2001年、2005年、2009年城镇建设用地图进行叠置分析，对城市扩张空间趋势形式进行重点研究；最后对影响城市扩张因素从宏观、中观、微观三方面进行驱动分析，以提取建模所需驱动因子。三、定量建模部分。构建基于贝叶斯滤波的随机元胞自动机模型对研究区进行模型构建，选取5个候选因子并赋予先验信息，用粒子滤波对参数进行更新，最后将参数后验分布用于预测研究区下一时刻城市扩张概率图及城镇用地图。最后将模型应用于整个武汉市的城市扩张上，对2017年武汉市城镇建设用地图进行预测。文章图像处理及建模部分基于GIS和Matlab软件，将两者结合

6、构建出城市扩张模型的具体实施部分。总体来说，本文提出的随机化CA模型的观念，使城市扩张模型更加贴合实际，并通过实验进行模型的可行性验证，结果表明其具有重要实际应用价值。关键词：贝叶斯滤波，元胞自动机，城市扩张，随机模型I万方数据AbstractUrbandevelopmentiscloselyrelatedtotheregionaleconomicandsocialdevelopment,thesimulationofthedynamictrendofurbanexpansionhaspracticalsignificance.CellularAutomatahasa"top-

7、down"modelingidea,usingsimplerulestosimulatethecomplextransformation.Ithasinherentadvantagesforthesimulationofurbanexpansionsystemwithhighcomplexityoftimeandspacescales.Bayesianfilterisanimportantmodelforstate-spacemodelwhatisusedforparameterestima