基于多智能体的城市化与生态环境协同演化模拟研究

随着我国城市化水平的不断提高，城市化与生态环境的协调发展成为研究热点，本项目以黄河三角洲所在的东营市为例，应用遥感与GIS技术研究城市化发展过程与生态环境协同演化的规律和调控机制，为促进我国城市可持续发展提供科学论证与技术支持。本项目在前期研究工作基础上，进行城市生态环境因子的遥感定量分析与统计数据的空间化分析；研究不同尺度下(时间、空间和专题类型精度)城市空间扩张与景观格局变化规律，分析城市空间结构发展的模式；提出基于栅格的生态足迹评价模型，进行生态效率与生态环境质量的分析，进而综合反映城市化过程的生态环境效应；研究多智能体的行为与两个元胞自动机层(城市要素层和生态环境层)的转换规则，实现三者耦合作用下的城市土地利用空间模拟；进行城市化与生态环境协同分析，研究城市发展不同阶段和不同空间上出现最佳协调发展度的特征，进而提出城市化与生态环境协同演化的调控机制。

（1）城市扩张及景观变化：（1984-1992年）城市扩张速度较慢以外延式发展为主，城区周边耕地转化为建设用地比例为10.64%，（1993-2010年）城市扩张速度较快以外延式+填充式扩张形式为主，耕地转化为建设用地比例增大为16.84 %，未利用地转为城市用地的比例由（1984-1992年）1.67%增加为3.04 %，但人口增张导致部分林地、草地等生态用地变为耕地。（2）城市化过程的生态环境效应综合分析：提出耦合了基于生态环境质量评价、生态足迹可持续评价、模糊集对分析的景观生态评价和基于熵权模糊物元的生态系统健康评价的多层次综合评价方法，进行不同城市化进程与未来不同情景下的生态环境效应的分析，整体评价结果表明1996年>2004年>2000年，对2020年进行情景评价，结果表明可持续发展相较于经济发展的模式，可以提高生态环境质量和生态系统健康，但由于人口增加与城市扩张导致填充式扩张会引起景观破碎的变化；另外，对城市扩张引起的城市热岛效应研究，研究表明在1992、2004和2008年主城区与郊区的平均地表温度之差为0.56℃、1.54℃和3.35℃，热岛强度随着城市扩张进一步增强。（3）城市扩张土地利用空间模拟：提出生态环境状态反馈的城市扩张空间模拟方法，通过设定政府智能体、居民智能体、商业智能体的行为规则进行城市用地模拟，把生态环境评价结果作为重要的反馈引入元胞自动机层（城市要素层和生态环境层)，应用马尔柯夫模型与元胞自动机结合多智能体进行城市扩张模拟, 模拟结果表明东营市在2015年和2035年土地利用变化主要是城镇建设用地的增加，水体变化较小，草地面积和未利用地减少。其中2015年和2035年的城镇建设用地面积与2010年的城镇建设用地相比较增加了1.11和1.95倍。（4）城市化扩张与人口速度合理性分析：基于弹性系数模型和异速增长模型进行城市扩张的合理性分析，在1984-1993、1993-2001和 2001-2010三个时段，建成区扩展弹性指数从1.038增加到1.577和2.455。另外城市用地的异速增长系数也从1984-1996的1.006增长到 1996-2010的2.292，远大于1，都说明2000年后城市建成区的用地扩展明显快于人口增长速度，呈现不协调态势。