复杂资源环境及演变下的智能化地理模拟及决策支持

由于经济的高速发展和快速的城市化，我国正面临严峻的资源和环境问题。合理利用日益减少的土地资源是保持我国健康和可持续发展的关键之一。地理模拟和优化模型可以提供有效的决策支持工具。针对目前GIS对过程分析的不足，拟对GIS的前沿模拟和优化方向进行系统的研究，提出地理模拟系统和决策支持的框架体系及实现工具，将群智能(swarm intelligence)、强化学习、协同论和复杂网络等方法率先引进地理模拟和优化中。以城市扩张和土地利用模拟和优化为例，解决资源环境和社会经济要素复杂多变下的土地资源空间优化配置问题。研究内容包括：1）地理模拟系统和决策支持的框架体系；2）分布式智能体及协同空间模拟与优化；3）基于学习智能和知识的地理模拟与优化；4）基于复杂网络的地理模拟与优化。如获资助率先进行这些研究，将能继续保持我们在这GIS前沿研究方向的国际优势地位，促进GIS模拟理论和方法的发展。

针对地理信息系统(GIS)所缺乏的地理模拟的关键部分，在复杂资源环境及演变下的智能化地理模拟及决策支持研究中取得了一系列进展，解决了两个关键科学问题：1）快速资源环境变化下的城市模拟与空间优化；2）高性能的大区域模拟。总结了复杂资源环境下的城市演变规律，对城市形态与能源消耗的关系进行了实例估测。建立了CA与ABM结合的城市和土地利用变化模拟模型，以反映复杂的人地关系，从而解决快速增长地区的土地利用变化模拟；引入城市经济学中的时间扩展模型定义智能体的规则，使用经济学理论对城市居住空间动态变化进行模拟，回答了城市居民与外部变量之间的关系；基于平行和GPU技术构建了大区域城市增长和土地利用变化模拟模型，解决了大尺度土地利用变化模拟中数据量大、计算复杂、计算时间长的难题。. 将生物智能引入GIS，建立了一系列基于蚁群智能空间优化模型，解决大区域内地基础设施选址、多目标路径覆盖、生态控制区划定及土地利用优化等问题；分别建立了基于多智能体的空间优化配置模型和基于人工免疫算法的空间优化模型，考虑区位配置的区位特征与形态特征，建立了农田保护区预警模型。建立了包含多种地理模拟和空间优化模块的地理模拟优化系统，将元胞自动机、多智能体、生物智能等统一在同一框架中，是目前国际上最完整的包含了多种地理模拟和空间优化模块的软件，功能超出了目前国际上常用的SLEUTH模型，为自然保护区划定、交通线路设计、土地利用规划等复杂区域的发展和规划决策提供了强有力的分析工具。. 项目共发表或已接纳论文60篇，其中SCI论文28篇，在GIS最顶级刊物IJGIS发表论文篇高达13篇（含1篇已接纳待刊）。是2009-2012年在IJGIS发表论文最多的国际作者。IJGIS总引用率连续国际排名第一。2011年第一次作为中国本土学者在地理学最权威的刊物Annals of the Association of American Geographers上发表了论文，2012年另有1篇论文再被该刊物所接纳。课题组成员刘小平获2011年全国百篇优秀博士论文、2012年中组部首批青年拔尖人才。