基于CAS的明长城军事聚落格局适应性生成和演化模式研究

As the confrontation of ancient agricultural and pastoral civilization, the Great Wall area represents the largest area of land-use and land-cover change in China in the past 300 years. Promoted alternately by “frontier” and “de-frontier”, the borders of agricultural production and settlement regional advanced, forming the pattern of settlement we see today. However, most existing researches put emphasis on spatio-temporal restoration of military inhabitation in the Great Wall area rather than its internal mechanism and transformative succession.Therefore, this project applies Complex Adaptive Systems theory and Agent-Based Modeling technology to conduct a bottom-up discussion of the generation logic of military settlement pattern and system reconstruction mode of functional shift, including quantitative judgment and qualitative analysis of the self-organization in the spatio-temporal distribution of military settlement. In addition, it abstracts settlement behaviors as principle rule and attribute parameter to deduce the whole layout characteristics according to the features and process of the wars in the Great Wall area. And, through a continuous sequence comparison between Ming and Qing Dynasties, it discovers the general rule in the migration of settlement status and the change of form element in the context of weakened military influence. Based on the internal connection between micro adaptation and macro complex phenomena, it is of great theoretical meaning and practical value in revealing the systematic relationship of the Great Wall, enhancing the integrity and authenticity of heritage protection, enriching its history of towns, promoting resolution and means in historical research.

长城地区，作为古代农牧文明的交锋面，是过去300年来土地覆盖和土地利用变化最大的地区之一，表现为在“边境化”和“非边境化”交替作用下农业生产边际和聚落景观的区域性推进，奠定了当代地区城镇的基础。但已有研究主要集中于长城军事聚落的时空还原，对其内在机制和转型延续关注较少。因此，本项目运用复杂适应系统理论和自主体建模技术，自下而上地探讨军事聚落格局的生成逻辑以及功能转变下的系统重构模式，包括定量判断和定性分析军事聚落时空分布的自组织性；根据长城战事的特点和过程，将聚落行为抽象为主体规则和属性参数，以此推演整体布局特征；通过明清连续时序对比，发现在军事因素影响弱化的背景下，聚落结构位迁移和形态要素变化的特殊规律。本项目是基于微观适应活动和宏观复杂现象内在联系的基础性研究，对于揭示长城系统关系、提高遗产保护的完整性和原真性、丰富地区城镇史、提高历史研究分辨率和手段等具有重要的理论意义和实践价值。

长城地区，是中国过去三百年来土地覆盖与土地利用变化最大的地区之一，表现在“边境化”和“去边境化”先后作用下农业生产和聚落景观的持续北移，即长城南侧明代军事聚落和长城北侧清代蒙地城镇。二者虽然空间位置不重叠、形态亦不相同，但本质上反映了农牧博弈在战事和平时的两种典型空间秩序。同时，由于具有清晰的系统关系、内部构成、空间结构和外部约束，是可以运用复杂科学理论自下而上观察区域人文地理系统运动的理想样本。.遵循“自组织性判定→复杂适应系统模型建构→多智能体模拟验证”的步骤，通过计算明长城军事聚落的网格分维、功率谱指数、Zipf维数，发现其在空间、时间、等级三个方面呈现特定的幂律分布——分形几何、1/f噪声与Zipf定律。基于自组织临界判据，可认为其演化是一种自组织临界现象：空间和等级上的分形特征，统一于“面向长城、分层放射状”的聚落分布模式。而时序上的波动则深层关联于草原气候变化；分析明长城军事聚落在聚集、非线性、流、多样性、标识、积木、内部模型7个方面的特征，建立刺激-回应复杂适应系统模型，并基于NetLogo平台设计多智能体模型予以仿真验证——迭代涌现稳定图式、判断其与分布结构的一致性。实验表明该模型具有较好的全局收敛性和计算鲁棒性，证实微观应援行为与宏观堡寨分布存在较强关联，坐实长城系统的自组织性，而“面向长城、分层放射”是效率原则下平衡有限资源与较高防守要求的最优图式。最后对比分析明清演化，发现清初长城沿线实土卫所多转为州县、无实土卫所大多裁撤，军堡除少部分转化为州县，多数仍沿袭为绿营驻防，并由此开启了长城北侧蒙地的农耕化、聚落化、城镇化。明代长城军堡与清代蒙地城镇均具有自组织临界性和复杂适应系统特征，环境适应是系统内部动力，但在聚集、非线性、流、多样性、标识、积木、内部模型7个方面存在结构性差异。环境变化与主体适应持续推动农牧过渡带聚落空间秩序处于混沌与有序之间的临界状态，而熵增则是明清相变的必然方向。