耦合最大熵和近邻传播聚类的城市空间多模式扩展元胞自动机模型构建

多中心组团发展是优化区域空间结构的重要路径,由此带来的城市空间扩展模式包含邻接型与跳跃式,亟需研究顾及城市空间多模式扩展的模拟技术.既有研究难以较好实现跳跃式斑块的模拟,主要存在无法展现城市增长过程或选取的"扩展种子点"随机性过大或模型适用尺度较小等问题.本文提出了一种耦合最大熵模型(MaxEnt)与近邻传播聚类(AP)的MaxEnt-AP-CA模型:利用MaxEnt模型寻找跳跃式扩展备选区域并进行筛选,减小了种子点的搜寻范围,降低了随机性和运算数据量,适用于更大尺度;结合AP算法得到种子点,展现跳跃式斑块的增长过程;引入"生长系数"实现多模式扩展的同步模拟.以重庆市主城都市区为研究区,使用MaxEnt-AP-CA模拟了2010-2020年城市用地的扩展情况,研究发现:①Max-Ent-AP所求种子点命中实际跳跃式斑块的准确性显著提高;②在精度指标上,最优参数下,MaxEnt-AP-CA的FoM峰值达到0.3061,精度相比传统CA模型具有明显提高;景观形态上,MaxEnt-AP-CA在斑块规模、破碎度、聚集度上与实际情况更为接近,且能保留更多的斑块形状特征,最优模拟结果与实际城市的总体相似性为87.04%;局部细节特征上,MaxEnt-AP-CA可精准展现跳跃式增长斑块,能更准确地表达城市的真实扩展情况;③MaxEnt-AP-CA可兼顾多模式扩展模拟,契合我国城市发展现状,有助于推动构建新型城镇化格局.