基于Agent建模的农户土地利用行为模拟研究——以陕西省米脂县孟岔村为例

以Agent强化学习（Reinforcement Learning）模型框架为基础,选择政策、市场、Agent自身及与其它Agent相互作用、土壤肥沃程度等因素作为Agent对环境认识的基础,结合环境反馈值,初步构建了农户土地利用行为决策模型,这对于从微观主体层面揭示土地利用变化的内在机理具有重要意义。论文以陕西省米脂县孟岔村为例,采用农户Agent强化学习模型,模拟了农户土地利用行为,得出以下3个结论：①经过对Agent强化学习模型的检验和验证（按面积统计误差率为5.5%）,认为该模型较适合于微观层面农户土地利用行为的研究;②该模型可定量表达政策、市场、农户自身及与其他农户相互作用等因素对农户土地利用行为决策的影响;③与离散函数的土地利用决策相比,应用连续函数表达农户的土地利用决策比较符合实际农户决策状况（农户最终决策中玉米、蔬菜和其它作物的决策值分别为0.3233、0.4035和0.2732）。同时,在文章的最后还分析了需要进一步研究和探讨的问题：①模型在实现农户决策的空间位置方面取得一定进展,但还存在决策位置失误的问题,函待进一步的研究;②对于影响农户决策的自然因素,探讨定量化表达其对农户影响作用,是下一步研究的重点。     

基于多层次模型的农户土地利用决策影响因素分析——以陕西省米脂县高西沟村为例

土地利用变化驱动力研究一直是学者们关注的热点问题之一,土地利用驱动力在不同尺度的变化也越来越受学者们关注。论文以陕西省米脂县高西沟村为研究区域,在地形图、航片解译数据及2009年实际测量数据和农户调查数据的基础上,基于多层次模型的理论,借助HLM6.07(student)软件工具,构建从地块(微观尺度)到农户(中观尺度)的二层土地利用决策影响因素模型,试图揭示微观层面土地利用决策的影响因素在不同尺度上的变化机制。研究结果表明:①农户选择种植土豆、谷子作物的土地利用决策与地块的自然因素和农户的社会经济因素有关;②农户种植土豆、谷子行为决策的影响因素存在差异;③将多层次模型应用到从微观尺度到中观尺度分析农户土地利用决策影响因素是符合实际情况的,这为进一步构建影响农户土地利用决策的因素——微观尺度(地块)、中观尺度(农户)、宏观尺度(村庄)的三层模型奠定了基础,同时为研究土地利用决策机制提供了一种方法。     

基于多智能体和土地转换模型的耕地撂荒模拟研究——以陕西省米脂县为例

多模型耦合已经成为国内外模拟LUCC有效途径之一。论文通过如下步骤阐明宏观耕地撂荒格局和微观主体行为间的互动机理。首先,将微观主体间的相互作用纳入其决策,构建有限理性多智能体决策模型（Multi-Agent System,MAS）;其次,通过SNNS平台的训练学习以及与历史数据对比分析,验证土地转换模型（Land Transformation Model,LTM）模拟研究区宏观撂荒格局的有效性;最后,依据多模型耦合机理,耦合MAS模型与LTM模型,形成耕地撂荒模拟模型（Cropland Abandonment Simulation Model,CASM）,并基于研究区耕地撂荒的实际数据,探讨模型的合理性和可行性。结果表明：与2013年历史土地利用数据对比,CASM模型的PCM（Percent Correct Metric）系数为71%,比单独利用LTM模型的模拟精度提高3%,不仅表明CASM能够较好地模拟分析米脂县耕地撂荒空间格局分布,而且可有效揭示宏观耕地撂荒格局的微观驱动机理;同时,文章指出未来研究中要考虑政策和市场的影响,进一步完善不同层次主体决策对撂荒的影响,以此来提高模型对现实耕地撂荒的解释力。     

基于CBDI的农户耕地撂荒行为模型构建及模拟研究——以陕西省米脂县冯阳坬村为例

目前,建立于复杂性科学基础上的多智能体模型（MAS）已成为模拟研究土地利用变化的重要方法。论文在MAS理论之上,构建一个基于Category-Belief-Desire-Intention（CBDI）决策结构的MAS模型,结合NetLogo软件平台,模拟分析农户Agent土地利用行为,并将结果与Belief-Desire-Intention（BDI）模型进行比较。论文以陕西省米脂县冯阳坬村为例进行研究,分析结果表明：1）通过对基于CBDI的MAS模型验证（模型精度为87.19%）,相比于传统的BDI决策模型精度有所提高;2）NetLogo平台能够展示农户决策的过程,直观地显示MAS模型的模拟结果;3）不同类型农户耕地撂荒的主要原因有所不同,该村种植户撂荒的主要因素为地理环境认知的差异和其他类农户的影响。有待进一步解决的问题：1）不同类Agent相互影响及其量化;2）高精度基础数据的获取和梯田DEM的引入。     

基于多主体行为决策的城市居住用地利用效用情景分析

构建包含智能主体和环境主体的城市居住空间演化情景模型,旨在探讨土地利用主体的行为决策与居住空间演化形态和土地利用效用之间的关系。调整城市政府主体的土地利用政策设定紧凑型、松散型和适度型三种居住空间演化情景类型,通过综合分析城市居民、住宅开发商和城市政府三类微观主体的相互作用求取每种情景下住宅用地开发的综合优先级函数。在VC和ArcGIS的实验环境下,以武汉市洪山和武昌区为实验区模拟了三种规定情景下实验区在1998年至2008年期间的居住空间演化情况,并与实际演化情况进行扩张形态和土地利用社会效用的概略对比,对比结果表明,多主体模型能有效比对不同主体空间决策情景下土地利用的效用,在表现土地利用主体的意愿方面更有优势,更能反映城市土地利用结构演变的内在规律。     

基于CBDI的农户耕地撂荒行为模型构建及模拟研究——以陕西省米脂县冯阳坬村为例

目前,建立于复杂性科学基础上的多智能体模型(MAS)已成为模拟研究土地利用变化的重要方法。论文在MAS理论之上,构建一个基于Category-Belief-Desire-Intention(CBDI)决策结构的MAS模型,结合Net Logo软件平台,模拟分析农户Agent土地利用行为,并将结果与Belief-Desire-Intention(BDI)模型进行比较。论文以陕西省米脂县冯阳坬村为例进行研究,分析结果表明:1)通过对基于CBDI的MAS模型验证(模型精度为87.19%),相比于传统的BDI决策模型精度有所提高;2)Net Logo平台能够展示农户决策的过程,直观地显示MAS模型的模拟结果;3)不同类型农户耕地撂荒的主要原因有所不同,该村种植户撂荒的主要因素为地理环境认知的差异和其他类农户的影响。有待进一步解决的问题:1)不同类Agent相互影响及其量化;2)高精度基础数据的获取和梯田DEM的引入。     

基于多智能体和土地转换模型的耕地撂荒模拟研究——以陕西省米脂县为例

多模型耦合已经成为国内外模拟LUCC有效途径之一。论文通过如下步骤阐明宏观耕地撂荒格局和微观主体行为间的互动机理。首先,将微观主体间的相互作用纳入其决策,构建有限理性多智能体决策模型(Multi-Agent System,MAS);其次,通过SNNS平台的训练学习以及与历史数据对比分析,验证土地转换模型(Land Transformation Model,LTM)模拟研究区宏观撂荒格局的有效性;最后,依据多模型耦合机理,耦合MAS模型与LTM模型,形成耕地撂荒模拟模型(Cropland Abandonment Simulation Model,CASM),并基于研究区耕地撂荒的实际数据,探讨模型的合理性和可行性。结果表明:与2013年历史土地利用数据对比,CASM模型的PCM(Percent Correct Metric)系数为71%,比单独利用LTM模型的模拟精度提高3%,不仅表明CASM能够较好地模拟分析米脂县耕地撂荒空间格局分布,而且可有效揭示宏观耕地撂荒格局的微观驱动机理;同时,文章指出未来研究中要考虑政策和市场的影响,进一步完善不同层次主体决策对撂荒的影响,以此来提高模型对现实耕地撂荒的解释力。     

国际土地利用/覆盖变化模型研究综述

国际上对土地利用/覆盖变化的研究由来已久,近年由于土地利用/覆盖变化对全球变化的贡献及响应,预测土地利用/覆盖变化成为必然。由此,越来越多的科学家致力于研究土地利用/覆盖变化模型,并取得了积极进展。论文介绍了目前国际上土地利用/覆盖变化模型的一些相关问题:①土地利用/覆盖变化模拟的尺度依赖性;②土地利用/覆盖变化模拟的数据问题;③预测土地利用/覆盖变化的位置与数量。回顾了已有的5种主要的土地利用/覆盖变化模型:①基于行为者的土地利用/覆盖变化模型;②经验统计模型;③最优化模型;④混合/综合模型;⑤动力模拟模型。最后总结了现有模型中存在的问题,并探讨了今后土地利用/覆盖变化模型发展的方向。     

区域土地利用变化的物质代谢响应初步研究

文章在描述相关研究进展的基础上,认为在物质资源不断减少的情形下,物质代谢效率提高对于人类社会发展具有更为重要的意义。并在此基础上,分析了土地利用方式、土地利用强度、土地利用布局等土地利用变化过程对于物质代谢变化的影响机理。以江苏省为例进行实证分析,构建区域土地利用变化的物质代谢驱动力模型。结果表明,随着1989年以来江苏省土地利用强度的不断提高,物质代谢通量快速增长。土地利用强度越高,物质代谢通量值越大,土地利用强度提高10%,则物质代谢通量将提高5.62%,因此,资源利用量与污染物排放量越多,带来的环境冲击也就越大;但土地利用强度越高,物质代谢效率值就越小,土地利用强度每提高10%,物质代谢效率就提高5.03%,因而单位GD P的资源利用量与污染物排放量也就越少。虽然物质代谢效率在提高,但是物质资源日益稀缺,物质代谢效率需进一步提升。最后提出了区域土地利用变化物质代谢效应响应的研究方向。     

基于Agent的城市扩张占用耕地动态模型及模拟

与传统的在景观尺度上对城市扩张占用耕地时空特征及其演变规律的研究不同,论文从微观层面提出基于Agent 的城市扩张占用耕地动态模型（Urban Encroachment on CroplandDynamic Model,UECDM）,多角度深入探索耕地向城市用地转变的驱动机理及其时空动态特征,并提出协调二者平衡的可持续发展对策。在UECDM模型中引入视域分析,通过模拟地形和观察点将视觉景观的量化评价结果应用到居民居住区位决策过程,从而分别构建包含可视域的能够更全面表征环境要素及其内部关系的元胞自动机层和不同类型Agent 相互作用的多智能体层,兼顾人类决策行为和城市空间生长自组织性。应用该模型对天津城市扩张占用耕地进行动态模拟研究,并从数量与空间格局两方面展开精度验证,Kappa 系数达到0.795,依据4 个景观格局指数计算得到模拟结果的平均相对误差为3.86%,表明模型具有较高可信度。对不同时期模拟结果的分析表明,天津城市扩张占用耕地空间主要表现为“摊大饼”式外延扩展和跳跃式“卫星城”,研究结果将为未来城市发展规划和耕地保护提供决策支持。     

土地利用和土地覆盖变化研究模型综述

本文综述了全球变化研究中土地利用和土地覆盖变化（ＬＵＣＣ）的主要模型,重点介绍了植被模型和引入社会驱动力的ＬＵＣＣ模型,并归纳出ＬＵＣＣ模型的以下发展趋势：①新一代的ＬＵＣＣ模型应该能够模拟ＬＵＣＣ的主要社会经济和自然驱动力,包括从ＬＵＣＣ到驱动力和全球变化的主要反馈关系；②具有明确的空间关系,能够以适当的空间分辨率,比较好地预测长期的（５０～１００ａ）土地利用和覆盖变化及有关的生物物理参数,如植被特征、资源的积聚和退化等；③能够更好地认识ＬＵＣＣ与其主要驱动力之间的关系在局地、区域和全球尺度上的动态和后果；充分考虑土地利用和覆盖变化对政策、技术进步、人口增长、经济发展、市场变化等社会变量的灵敏性,此外,还应注意意识、信仰等文化因素的影响；④发展新的ＬＵＣＣ建模方法,使ＬＵＣＣ模型能够与其它类型的全球变化模型,特别是气候模型建立联系。     

土地利用/覆盖变化对生态系统服务的影响：空间尺度视角的研究综述

作为连接自然过程与社会过程的桥梁与纽带,生态系统服务与人类福祉和可持续发展息息相关。土地利用/覆盖变化（Land Use/Land Cover Change,LUCC）是生态系统服务变化的重要原因之一,对生态系统服务的影响随着空间尺度的变化而变化。尺度问题一直是LUCC和生态系统服务理论研究与实践管理的重点与难点。系统理解LUCC对生态系统服务影响的尺度特征、尺度差异及尺度关联,对深入LUCC和生态系统服务的尺度效应研究、协调多层次管理机构的制度决策、缓解生态系统服务稀缺对社会经济发展的限制等具有重要意义。本文从空间尺度切入,基于国内外不同尺度LUCC对生态系统服务影响的理论研究和实践进展,总结归纳尺度的概念与内涵,整理介绍考虑空间尺度的研究框架,系统梳理LUCC对生态系统服务影响研究中的空间尺度选择、空间尺度特征及空间尺度关联,评析单一尺度和多尺度研究方法的特点。并提出未来研究中应在构建人文因素与自然因素相结合的研究框架、阐释LUCC对生态系统服务影响的尺度效应、完善LUCC对生态系统服务影响的尺度分析方法等方面开展更深入的研究。     

陆地生态系统净第一性生产力过程模型研究综述

陆地生态系统净第一性生产力的模拟已从统计模型发展到过程模型时代。过程模型从机理上对植物的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟,理论框架完整,结构严谨。论文从植物器官、个体、冠层、景观以及区域等不同尺度对过程模型进行分析。近年来,由于遥感和GIS技术的支持,使得遥感过程模型融合了遥感及时、准确、宏观、多尺度的优势而成为当前生产力模型的主攻方向。遥感过程模型可实现生态系统NPP的及时模拟和动态监测,便捷、准确地反映NPP的时空变化格局。而在NPP建模过程中,尺度转换是所面临的一个重要问题。不同尺度模型间扩展时,需要采取相应的数学手段进行尺度转换,同时遥感和GIS技术提供了尺度转换的有力工具。综观我国NPP研究的发展,起步晚、发展快是其特点。虽然取得了大量的研究成果,但过程模型的建模方面还很不足,这是一个亟待解决的问题。     

西苕溪流域径流对土地利用变化的空间响应分析

针对流域土地利用变化所引起的径流空间变异问题,论文以太湖上游西苕溪流域为例,基于SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）模拟的不同土地利用情景下月尺度径流过程,通过GWR模型（Geographically weighted regression）在空间上定量评估了土地利用/覆被变化对流域径流过程的影响。结果表明：径流变化在流域空间分布上存在一定非平稳性,其与子流域内面积变化较大的土地利用类型相关性显著,其中城镇用地影响最大,林草地和耕地影响次之。径流变化对城镇用地的空间响应关系表现为由上游到下游逐渐增强,而对林草地和耕地的响应关系表现为从流域上游到下游逐渐减弱。对比发现,多因子GWR模型相对于单因子GWR模型更适合综合分析径流对土地利用/覆被变化的空间响应关系。     

生态系统服务价值研究进展

生态系统服务价值评价结合了生态学、经济学、社会学、伦理学等学科的相关内容,是当前国际上科学研究的热点和前沿.本文论述了生态系统服务功能的内涵,就国内外生态系统服务价值评价研究的进展情况分别进行了回顾和总结,提出今后应重点关注生态系统服务价值的时空动态模型开发、时空变化驱动力分析、不确定性分析、评价指标体系与评价方法的标...     

基于过程的农户土地利用行为模型的设计与模拟研究

通过基于过程的方式来研究农户决策行为已经成为学者们关注的焦点问题之一。论文依据Belief、Desire、Intention（BDI）决策框架,设计基于过程的农户土地利用行为决策模型。模型以农户实际决策而非效益最大化作为行为模拟的假设,对陕西省米脂县高渠乡的典型村落马蹄洼和姜兴庄土地利用变化进行模拟。模拟可以再现农户决策的动态性和反馈性,展示农户学习行为的过程及其影响,揭示农户决策变化的内在机理。利用该模型,对3 种情景下农户土地利用行为进行模拟,对比分析3 种情景的优劣,指出政府未来应当在降低市场风险、规范合作社经营、提高市场预测方面多做工作。文章最后对该种方法的优点和不足进行总结,并指出今后需要加强的方向。     

中国生态城市建设实践模式及对北京的启示

自生态城市建设在中国开展以来,生态城市的发展模式日渐成为中国理论界和实际部门的研究热点。尽管多数城市的生态城市建设仅仅停留在规划层面,但是也有越来越多的城市研究与建设者关注于生态城市的具体操作实施层面。通过对中国二十多年来的生态城市建设实践模式与特点的总结,认为当前中国的生态城市建设主要有三种类型：通过生态城市规划指导生态城市建设、通过在区域内部建立生态新城带动生态城市建设和资源型城市转型为生态城市。三种类型的特点明显并对北京在未来生态城市建设发展中有典型借鉴意义。