GIS与元胞自动机模型应用探讨.pdf

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(3)潜伏期传染强度“0≤，．≤1)，，。越大，病空间动态模型的GIS组件——DynamicGC。该组基于GIS的元胞自动机模拟流行病传播模型定位置上的某些属性或状态因其驱动力随时间变化而发生改变的一种数字模拟。尽管目前囿于GIS空间分析功能和语义限制，集成GIS空间分析与空间动态建模还存在诸如GIS记录、存储的数据与最适合的模型数据格式不符需要转换；许多GIs软件的可视化方法并不支持对模型结果的时间表现；编写一个空间过程的动态模型耗时太长并且难度很大等一系列的困难旧1，但从计算的角度考虑，空间动态模型就是要计算各空间单元随其时间序列信息或驱动力的变化而产生新状态或属性值，各时刻的状态或属性可用计算机以动画的形式进行显示，其实质仍然是图形代数和地图模型的自然延伸，而GIS支持空间模型恰恰是在地图代数(Map模型语言(Cartographic基础上发展起来的H。’。特别是当元胞自动机在二维空间上时，元胞空间结构与栅格GIS数据结构高度相容，因此使用栅格GIS结合元胞自动机模型，可以用于离散时间和离散空间框架下对复杂时空动态过程进行模拟。因此，元胞自动机模型与GIS结合在理论上是行得通的B’。2．2实际操作的可行性分析目前，虽然GIS软件不能直接支持空间动态建模的操作元语，但只要在GIs支持下经过扩展或修改也是完全可以实现的。北京大学邬伦、马修军、谢昆青三位教授通过对空间动态模型的形式化分析，给出了空间时间离散状态表达、空间交互过程和时间反馈控制方法的理论描述¨-。基于空间动态模型理论方法，对GIS地图代数进行了扩展，增加了表达空间动态系统的过程和关系(流)的数据模型和操作元语，并使用软件组件技术实现了支持件是基于wIND0wSOLE／COM环境，使用ATL模板和Vc#实现的。包括一个支持图形可视化Ac．tivex控件和一系列支持Idispatch接口的OLE自动化对象组成。图形可视化ActiveX控件既包含单个图层的显示控制，也包含对多图层的类动画的时间序列显示控制。支持动态空间模型计算的OLE自动化对象可以被VBA、VBSCRIPT、JAVAS—cRIPl’等脚本语言直接操纵，也可以使用VC、VB、DELPHI等高级编程语言操纵，为空间动态模型的创建带来了很大的灵活性。基于该组件对象创建的空间动态模型(图1)，既可以直接操纵通用的数据，也可通过该组件操纵本机的地理空间数据，也可通过FTP、H，IvI'P协议操纵远程地理空间数据。作为该组件创建动态过程模型的应用实例，使用VBA创建了经典的“生命游戏”的元胞自动机模型，从而通过实践证明元胞自动机模型与GIS结合是完全可行的。建立流行病的传播模型，并对其传播规律进行模拟和预测，可以帮助人们对流行病进行有效的防治、控制，对于国计民生意义重大。很多学者都尝试利用元胞自动机建立流行病模型，并通过制定演化规则来模拟流行病传播这一复杂现象川。鉴于上述元胞自动机模型对复杂问题强大的建模能力，本文尝试基于GIS支持下的元胞自动机建立流行病传播模型，并通过制定演化规则来模拟流行病传播这一复杂现象。3．1模型的相关参数3．1．1个体状态变量根据流行病学的研究方法我们采用二维随机行走元胞自动机建立流行病模型¨】。其中，t时刻每个元胞状态s有四种不同取值，分别对应流行病传播过程中个体的4种状态。|s“(#)=O：易感状态，即个体未被传染，并且没有免疫力；S“(t)=l：潜伏期状态，即个体已被传染，但尚未发病，此时个体具有一定的传染性；S“(￡)=2：发病期状态，此时个体出现发病症状，免疫力逐渐提高，个体趋向恢复，此时传染力最强；S。，(f)=3：退出状态，个体退出患病状态，保留较高的免疫力。另外，对每个元胞引入时间参数t，(S。，(t))代表当前状态已持续的时间。3．1．2流行病特性参数(1)易感个体先天免疫力M。(O≤M。≤1)，描述了个体对疾病的抵抗能力，肘。越小，其被疾病传染的可能性越大；(2)提升后的免疫力M：(0≤肘：≤1)，即个体被治愈或接种疫苗后对疾病的免疫能力；Algebm)和制图Language)思想的南阳师范学院学报第6卷Modelling图lGIS动态模型的应用体系结构3
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P(s蹦(t))=1一，rl合，尸(s。(f))为元胞墨．，(t)的当前传染强度，即概率P(邑。。(t))将个体状态转为．su(￡+1)=1案例应用结论源就越容易把疾病传染给邻元；(4)发病期传染强度厶(0≤，2≤1)，一般厶≥，l；(5)平均潜伏时间L；(6)平均发病时间咒；(7)获得免疫后，维持高危免疫力的平均时间3．1．3流行病控制参数(1)隔离强度L，描述了隔离措施的力度。￡越大，则易感人群与患者接触的机会就越少，被传染的概率也会减少。(2)提高医疗水平使患者尽快退出