土地利用与覆被变化在很大程度上受到人为因素的干扰影响，如何高效管理有限的土地，实现土地可持续发展，尤其是在发展中国家，一直以来不仅是政府工作人员关注的问题，也是****们研究的焦点。土地利用模型可以帮助有效理解土地利用在过去的变化，同时预测土地利用规划和政策在未来的效应，为土地管理者检验政策的影响提供参考。在已有的土地利用模型中，GIS仅仅充当了空间可视化的角色，无法有效解决如下三个问题：(1)如何将国家宏观土地利用政策以及远期规划数据落地？(2)如何将地图上对某一地区圈画的结果进行演化分析？(3)对于国家某些突发政策，如何演化其对未来发展状况产生的影响？
为解决上述科学问题，我校信息工程学院博士研究生刘东亚在导师郑新奇教授的指导下，通过利用SD模型、CA模型与GIS之间的优势互补，构建了时空动力学方法（TSDM）（图1），实现了SD-CA-GIS之间的无缝耦合集成。该研究取得了如下成果：
1、通过在SD模型与CA模型中选择合适指标作为两者之间的通信机制，实现SD模型与CA模型之间的实时双向数据通信（图2）。解决了传统SD-CA集成模式下仅仅依靠SD模型中指标控制CA模型迭代次数的单向通信模式。
2、通过CA模型与GIS之间的交互操作，实现了模型在时间维度和空间维度之间的数据交互，有效解决了现实应用中从宏观数据或国家政策到可视化空间的应用，以及突发政策在模拟中的落地问题，增加了模拟结果的真实性与现势性。
3、通过扩展CA模型的邻域规则，构建了 “方+圆”型邻域，细化了邻域元胞类型，在一定程度上提高了模拟结果的准确性与真实性（图3）。
该研究利用SD模型在时间维度上的优势，同时集成CA模型在空间维度上的特点，并结合GIS的空间可视化表达，通过协同SD模型与CA模型之间的步长，基于SD-CA在网格级上的地理信息交互，达到SD-CA-GIS的一体化无缝融合，实现时空动力学机制和可视化表达。

图1：TSDM总体架构

图2：SD与CA双向通信过程：CA演化对比图表示CA模型未接受SD模型传入值时土地利用类型推演结果

图3：“方+圆”型邻域规则

上述研究成果发表在土地政策领域顶级期刊《Land Use Policy》上：Liu, D., Zheng, X. *, Wang, H., Zhang, C., Li, J., Lv, Y., 2018. Interoperable scenario simulation of land-use policy for Beijing–Tianjin–Hebei region, China. Land Use Policy, 75: 155-165. [IF2017=3.194]
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2018.03.040

附件20190107083253284536.pdf(4.8343334MB)