复杂网络重构下港口空间结构与功能动态规划理论研究

Port is the junction of land resources and marine resources. It is of great theoretical value and strategic importance to explore the inner mechanism of port spatial evolution process. Port spatial evolution is affected randomly by external environment. the relevant data has the characteristics of multisource, heterogeneity, time variation and high dimension, and its structure and function elements is complex, dynamic associated and scale-dependent. Therefore, the external environment, inner change drivers, the correlation between the port functional region and the interaction of key elements should be measured in the study on process of port spatial evolution. At present, the port planning theory lacks theoretical support to analyze the complex system of port’s spatial structure and function evolution process. Under this context, data assimilation method and feature analysis method are proposed to analyze the multi-dimension features of port spatio-temporal data which affect the port’s spatial structure and function evolution. Then, driving forces of port land use are estimated. Secondly, a multi-level system model of port spatial structure and function elements is built. Based on multi-dimension segmentation method, we develop port spatial network reconstruction method to describe the process of port spatial change. Meanwhile a complex system model of the evolution of port spatial structure and function elements is formulated to explore the port spatial evolution mechanism. Thirdly, a dynamic programming model of the port spatial structure and function under big data is formulated to ensure the space coordination and compatibility between port development and the external environment.

港口作为陆、海国土资源的交汇节点，探索其空间演化过程的内在机理对优化国土空间开发格局，具有重要的理论价值和战略意义。港口空间演化受外部环境的随机性影响，数据具有多源、异构、时变和高维的特性，结构与功能要素具有复杂性、动态关联性和尺度依赖性等特点，研究其演化过程需测度不同情境下外部环境、内驱因素及港口功能区域间相关性及核心要素间的相互作用。目前，我国港口规划尚缺乏解析港口空间结构与功能复杂系统演化的理论支撑。在此背景下，本项目利用数据同化与特征解析技术，研究影响港口空间结构与功能演化的时空数据多维多尺度特性，测度港口土地利用驱动力；构建港口空间结构与功能要素多层级系统模型，创新实现基于多尺度分割的港口空间网络重构；构建港口空间结构及功能演化的复杂系统模型，引入种群演化理论，探究港口空间演化机理；构建海量数据下港口空间结构与功能动态规划模型，实现港口发展与外部环境在空间上的协调与兼容。

沿海地区城市化进程的加速对港口与临港区域国土资源的协调开发提出了更高要求。港口地处海陆国土资源交汇处，其空间结构与功能随外部环境的演变呈现出动态变化特性，而目前我国的港口规划对外部环境变化的适用性不足，缺乏解析港口空间演化机理的理论支撑，导致规划经常被动调整。因此，本项目旨在探究港口空间演化机理，完成港口空间结构与功能的动态规划理论研究，进而为港口空间的规划开发提供指导和建议。课题基本完成了预期研究内容，成果主要包括如下内容。集成了港口空间海量多维多源数据，搭建了港口海量空间数据平台，构建了港口空间结构与功能要素多层级管理体系，实现了对海量数据的有序存储管理。开展了港口空间多维数据的数据处理和特征解析，完成了港口土地利用驱动力测度。研究了港口空间复杂网络的重构过程及特点，明确了港口空间演化过程中核心要素的相互作用机理，构建了港口空间结构与功能演化模型，完善了港口空间结构与功能动态规划理论。最后将提出的理论运用于实际工程，对理论进行验证和完善。课题研究成果为港口空间结构与功能的规划提供了理论支持。