面向多层次城市规划的矢量元胞自动机建模与模拟研究

Urban planning plays an important guiding role in land use change，supporting and complementing each other, and then influencing the evolution of land use pattern asymptotically from top to bottom, from macro to microcosmic. The vector-based cellular automata with irregular geographical entities as the basic unit can express the objective and complex spatial structure of urban land use more realistically. However, when takes into account the impact of urban planning on land-use change with the characteristics of hierarchical synergy, connotation relevance and spatial guidance, the key issues of cellular automaton, such as the construction of multi-level cellular system, the cellular neighborhood computation of hierarchical collaborative and the acquisition of cell transformation rules, are gradually highlighted. By synthesizing multiple modeling methods of cellular automata, system dynamics and topology, this research attempts to study vector-based cellular automata modeling and simulation for multi-level city planning. By taking the simulation of the spatial pattern evolution of urban land in Nanjing city as the case study, this research tries to solve the key technical problems of the construction of multi-level vector cellular system of urban land space, multi-level vector cellular neighborhood structure and multi-level collaborative vector cellular transformation rules. The aim of this research is to deepen the geographic research of the vector-based cellular automata and achieve original results in the construction methods of the vector-based cellular automata.

城市规划对土地利用变化起着重要的引导作用，它们相互支撑、互为补充，并自上而下、从宏观到微观，渐近式地影响着土地利用格局的演变。矢量元胞自动机以不规则的地理实体作为基本单元，可以更逼真地表达客观复杂的城市用地空间结构，然而，当顾及具有层次协同性、内涵关联性、空间引导性等特征的城市规划对土地利用变化影响时，其多层次元胞体系构建、层次协同的元胞邻域计算，以及元胞的转换规则获取等关键问题逐渐凸显出来。本课题综合应用地理元胞自动机、系统动力学、拓扑学的建模方法，以南京市城市用地空间格局演变模拟为研究案例，开展面向多层次城市规划的矢量元胞自动机建模与模拟研究，解决具有多层次结构的城市用地空间矢量元胞体系构建、多级矢量元胞协同机制与邻域构造、以及多层次协同的矢量元胞转换规则获取等关键技术问题，进一步深化矢量CA模型的“地理化”研究，期望在矢量CA模型的构建方法上取得原创性的研究成果。

城市规划对土地利用变化起着重要的引导作用，矢量元胞自动机以不规则的地理实体作为基本单元，可以更逼真地表达客观复杂的城市用地空间结构，然而，当顾及具有层次协同性、内涵关联性、空间引导性等特征的城市规划对土地利用变化影响时，其多层次元胞体系构建、层次协同的元胞邻域计算，以及元胞的转换规则获取等关键问题逐渐凸显出来。本课题拟在解决具有多层次结构的城市用地空间矢量元胞体系构建、多级矢量元胞协同机制与邻域构造、以及多层次协同的矢量元胞转换规则获取等科学与关键技术问题。通过四年的资助研究，①发展了面向土地利用变化的多层次矢量元胞自动机建模方法；②形成了顾及空间异质性的邻域效应模式构建与影响力计算模式；③实现了顾及空间突变特征的多中心城市边缘区提取; ④建立了顾及多层次协同的矢量元胞相互作用机制；⑤实现了多层次协同下的矢量元胞转换规则获取。研究成果不仅对于嵌入多层次国土空间规划的矢量CA模型构建方法有着科学意义与实际价值，也对于面向人类作用方式的多层次矢量CA的建模具有理论与实际意义，项目成果在南京、宁波、扬州、丽水、江阴、张家港等多个城市得到应用。.在四年的资助期间，发表科研论文11篇：其中SCI/SSCI检索8篇、EI检索2篇（其中一级学报1篇）、核心期刊1篇，获得发明专利授权1项、申请发明专利2项、获得软件著作权7项；获得省部级科技进步二等奖2项；会议报告1次，参加国内外会议8次（线上6次、线下2次）；培养博士生3人（毕业2人）、硕士研究生8人（毕业6人）。