基于貝葉斯濾波的隨機(jī)ca城市擴(kuò)張模型研究

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1、基于貝葉斯濾波的隨機(jī)（申請(qǐng)理學(xué)碩士學(xué)位論文）CA城市擴(kuò)張模型研究基于貝葉斯濾波的隨機(jī)CA城市擴(kuò)張模型研究楊慧培養(yǎng)單位：理學(xué)院學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用數(shù)學(xué)武漢理工大學(xué)研究生：楊慧指導(dǎo)老師:桂預(yù)風(fēng)教授2014年12月萬方數(shù)據(jù)分類號(hào)密級(jí)公開UDC學(xué)校代碼10497學(xué)位論文題目基于貝葉斯濾波的隨機(jī)CA城市擴(kuò)張模型研究英文題目ResearchofStochasticCAurbanexpansionmodelbasedonBayesianfilter研究生姓名楊慧姓名桂預(yù)風(fēng)職稱教授學(xué)位博士指導(dǎo)教師單位名稱理學(xué)院郵編430070申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別碩士學(xué)科專業(yè)名稱應(yīng)用數(shù)學(xué)論文提交日期2014年10月論文答辯日

2、期2014年12月6日學(xué)位授予單位武漢理工大學(xué)學(xué)位授予日期2014年12月答辯委員會(huì)主席章社生評(píng)閱人章社生金升平2014年12月萬方數(shù)據(jù)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：日期：學(xué)位論文使用授權(quán)書本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論

3、文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人承諾所提交的學(xué)位論文（含電子學(xué)位論文）為答辯后經(jīng)修改的最終定稿學(xué)位論文，并授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）研究生（簽名）：導(dǎo)師（簽名）：日期萬方數(shù)據(jù)摘要城市的發(fā)展與地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)等可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)，對(duì)城市擴(kuò)張的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行模擬具有相當(dāng)?shù)默F(xiàn)實(shí)意義。元胞自動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱CA）采用“自上而下”的建模思想，可用簡(jiǎn)單的規(guī)則模擬復(fù)

4、雜的變換，對(duì)于時(shí)間和空間都具有高度復(fù)雜性的城市擴(kuò)張系統(tǒng)的模擬具有先天的優(yōu)勢(shì)。貝葉斯濾波作為狀態(tài)空間參數(shù)估計(jì)的重要模型，可用蒙特卡羅的實(shí)現(xiàn)方式（粒子濾波），通過先驗(yàn)信息生成粒子并在模型進(jìn)行過程中不斷迭代和更新來估計(jì)參數(shù)的最優(yōu)值。本文將貝葉斯濾波與元胞自動(dòng)機(jī)模型相結(jié)合，構(gòu)建基于粒子濾波的隨機(jī)元胞自動(dòng)機(jī)模型，以武漢市前川鎮(zhèn)作為研究區(qū)域，對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和運(yùn)行。論文主要包括以下工作：一、遙感影像預(yù)處理及解譯工作。將所需遙感影像進(jìn)行波段融合、幾何校準(zhǔn)、裁剪等預(yù)處理工作，通過監(jiān)督分類提取研究區(qū)域城鎮(zhèn)建設(shè)用地以及水域圖。另外對(duì)其它屬性圖進(jìn)行處理并最終統(tǒng)一坐標(biāo)系輸出，完成空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。二、定

5、性分析部分。對(duì)武漢市城市利用現(xiàn)狀進(jìn)行總體分析，對(duì)前川鎮(zhèn)2001年、2005年、2009年城鎮(zhèn)建設(shè)用地圖進(jìn)行疊置分析，對(duì)城市擴(kuò)張空間趨勢(shì)形式進(jìn)行重點(diǎn)研究；最后對(duì)影響城市擴(kuò)張因素從宏觀、中觀、微觀三方面進(jìn)行驅(qū)動(dòng)分析，以提取建模所需驅(qū)動(dòng)因子。三、定量建模部分。構(gòu)建基于貝葉斯濾波的隨機(jī)元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)研究區(qū)進(jìn)行模型構(gòu)建，選取5個(gè)候選因子并賦予先驗(yàn)信息，用粒子濾波對(duì)參數(shù)進(jìn)行更新，最后將參數(shù)后驗(yàn)分布用于預(yù)測(cè)研究區(qū)下一時(shí)刻城市擴(kuò)張概率圖及城鎮(zhèn)用地圖。最后將模型應(yīng)用于整個(gè)武漢市的城市擴(kuò)張上，對(duì)2017年武漢市城鎮(zhèn)建設(shè)用地圖進(jìn)行預(yù)測(cè)。文章圖像處理及建模部分基于GIS和Matlab軟件，將兩者結(jié)合

6、構(gòu)建出城市擴(kuò)張模型的具體實(shí)施部分。總體來說，本文提出的隨機(jī)化CA模型的觀念，使城市擴(kuò)張模型更加貼合實(shí)際，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模型的可行性驗(yàn)證，結(jié)果表明其具有重要實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：貝葉斯濾波，元胞自動(dòng)機(jī)，城市擴(kuò)張，隨機(jī)模型I萬方數(shù)據(jù)AbstractUrbandevelopmentiscloselyrelatedtotheregionaleconomicandsocialdevelopment,thesimulationofthedynamictrendofurbanexpansionhaspracticalsignificance.CellularAutomatahasa"top-

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