[发明专利]一种基于最大熵原理的城市CA模型构建方法

权利要求书

1.一种基于最大熵原理的城市CA模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：将两期土地利用空间栅格数据进行叠加得到城镇用地扩展范围，并在扩展范围内创建样本点；

具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：对现有的土地利用空间栅格数据进行重分类，分为三类：城镇用地、可扩展用地和水域；

步骤1.2：将两期土地利用空间栅格数据进行叠加计算，得到末期相对于初期城镇用地扩展范围；

步骤1.3：在扩展范围内随机抽取一定数量的栅格作为样本，并计算其空间坐标；在后续步骤中，栅格作为CA模型的元胞，栅格数据作为CA模型的元胞空间；

步骤2：将影响城镇用地扩展的空间变量进行处理，获得处理后的空间变量栅格数据；

步骤3：将步骤1中的两期土地利用空间栅格数据和步骤2获得的空间变量栅格数据分别转为矩阵，矩阵要素对应元胞，矩阵空间对应元胞空间；

将分类后的土地利用空间栅格数据转为土地利用状态矩阵P，在矩阵中存在三种取值，城镇用地取值为1，可扩展用地取值为0，水域取值为2；

将空间变量栅格数据转为空间变量影响矩阵A，B，C…，矩阵中各矩阵要素的值取自空间变量栅格数据中该要素位置的值；

步骤4：构建训练样本数据集，将其输入分类模型进行训练，得到条件熵最大的分类模型；

步骤5：利用步骤4中得到的条件熵最大的分类模型计算土地利用状态矩阵P中各个矩阵要素属性分类为城镇用地的条件概率，并构建最大熵CA模型；

步骤6：通过矩阵运算和模型迭代运算，满足设定的迭代终止条件后，得到城镇用地扩展模拟结果。

2.根据权利要求1所述的基于最大熵原理的城市CA模型构建方法，其特征在于，步骤2中所述将影响城镇用地扩展的空间变量进行处理，具体实现过程是：

若影响城镇用地扩展的空间变量为空间实体，则对其进行欧式距离处理，保持栅格大小与土地利用数据一致；

若影响城镇用地扩展的空间变量为非空间实体要素，则对其进行插值处理，保持栅格大小与土地利用数据一致。

3.根据权利要求1所述的基于最大熵原理的城市CA模型构建方法，其特征在于：步骤3中，因步骤2中保持栅格大小始终一致，则在矩阵空间里，确定矩阵要素空间坐标(x，y)，即可确定在此位置处的土地利用状态矩阵P的状态：P_x，y＝0或1或2，以及多个空间变量影响矩阵A，B，C…在(x，y)处的影响值。

4.根据权利要求1所述的基于最大熵原理的城市CA模型构建方法，其特征在于，步骤4的具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：输入样本点的空间坐标，以及对应的空间变量影响值，构建训练样本数据集M：

其中(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，(x₃，y₃)…(x_n，y_n)为样本点的空间坐标，A_(xn，yn)，B_(xn，yn)，C_(xn，yn)…分别为空间变量影响矩阵A，B，C…在(x_n，y_n)处的矩阵要素的值；

步骤4.2：输入训练样本数据集进行分类模型训练，并计算每个分类模型的条件熵，选取条件熵最大的分类模型，即为所寻找的最大熵分类模型。