耦合过程与格局建模的城市群空间重构场景模拟：以粤港澳大湾区为例

It is demanded for territorial space governance to demarcate urban growth boundary (UGB). And urban agglomeration is regarded as an important spatial carrier for advancing high quality urbanization, UGB demarcation in urban agglomeration for carrying out integrated spatial management is an important topic on optimal regulation of current human-earth system, The essence of UGB demarcation is to define an expected optimal pattern of future urban growth, which will be gradually reconstructed with the dynamic regulation of UGB over the urban evolution. Obviously, the reconstruction pattern is resulted from the dynamic integration between regulation of pattern optimization and evolution of self-organized process. Taking the urban agglomeration of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (GHMGBA) as an example, this project intends to reveal the mechanism of UGB's regulation process with the multi-scenario simulation of spatial reconstruction by coupling the growth dynamic and pattern optimization model, and to provide a more reliable simulation tool for applying the UGB policy in territory spatial planning. The main research contents include: 1) Demarcating an optimal UGB of GHMGBA based on the joint optimization of urban network and land use; 2) Predicting the spatial evolution process of GHMGBA with a cellular automaton model based on the geographically weighted deep learning method; 3) Implementing the coupling modeling of growth dynamics and pattern optimization by developing the data assimilation framework, multi-scenario simulation of spatial reconstruction pattern is further carried out for the pre-assessment of UGB’s utility in spatial planning.

划定城镇开发边界（urban growth boundary，UGB）是国土空间治理需求，而城市群是推动城镇化高质量发展的重要载体，对其划定UGB以实现一体化空间管制是新时代人地系统优化调控的一个重要命题。UGB的本质是形成一种城市优化发展的期望格局，进而通过空间管制调控城市演变过程以实现格局重构。因此，城市空间重构是格局优化调控与自组织过程演化动态融合的结果。本项目拟以粤港澳大湾区为案例，通过过程与格局耦合建模开展城市群空间重构场景模拟，揭示UGB对城市演变的过程性调控机制，为空间规划构建和评估UGB提供更为可靠的模拟工具。主要研究内容包括：1）构建城市网络和土地利用联合优化模型识别面向城市群一体化治理的UGB；2）构建基于地理加权深度学习的元胞自动机模型预测城市群空间协同演变过程；3）利用数据同化框架实现过程演变与格局优化的动态耦合，并开展城市群空间重构场景模拟以评估UGB的规划效用。

统筹划定“永久基本农田、生态保护红线和城镇开发边界”是国土空间规划落实用途管制制度的重要抓手。城镇开发边界（UGB）作为引导未来城镇化过程实现可持续发展的重要空间治理工具，必须要在粮食安全和生态安全基础上统筹谋划，即城镇开发边界划定是一个协同过程演化与格局优化的复杂空间决策问题。项目以国土空间未来城镇化推进重要空间载体——粤港澳大湾区为对象，针对城市群人地耦合系统展开了过程演化与格局演化建模研究，并提出了城市群空间重构相关对策。项目主要研究内容包括：1）模型方法方面：①构建了基于帕累托前沿退化策略的土地利用空间优化配置模型，可更加快速的分析最优城市空间形态；②设计了基于少量稳定性空间变量驱动和仿制图章斑块式增长的城市演化过程模拟模型，可更加方便的模拟城市形态演变；③构建了城市群空间重构场景分析模型，可为国土空间均衡发展建设用地指标分配提供决策依据。2）知识产权方面：申报了城市生态容量评估、土地利用空间优化和国土空间开发与保护跨区域协同专利。3）规划应用方面：①协同城市群空间格局演变机制，发展了适应人地耦合系统演变的国土空间生态修复综合分区方案；②基于过程耦合机制评估了主体功能区4大空间政策的传导效用，分析了空间政策对国土空间开发格局的规范性作用；③采用随机过程扰动耦合策略对UGB的空间管控效用进行了预评估，论证了UGB工具对国土空间用途管制的重要性。本项目围绕新时代国土空间治理城镇开发边界划定需求，发展了过程演化与格局优化耦合分析模型，发表学术论文10余篇（其中SCI5篇，SSCI2篇，CSSCI1篇，CSCD2篇，2篇SCI在审），申报国家发明专利3项。项目研究的相关模拟技术已在中新广州知识城国土空间规划、知识城与周边地区生态资源协同保护利用专项规划等政府决策咨询项目中得到实际应用，国土空间规划决策支持效果良好。