基于多智能体元胞自动机理论的城市开发边界划定方法

With the huge fortune taken by the rapid development of new-type urbanization, many problems such as traffic jams, environmental degradation , excessive resource consumption and so on has been caused. The determination of the urban developing boundary(UDB) could be the key to control the scales and forms of metropolises. UDB could provide reasonable channel to the future development of metropolises and lead the growing space to most reasonable areas. Traditional confirming methods of UDB had many shortages and at the present, the domestic metropolises planning used construction restricted area to control the developing intensity which was out of date and the concept of UDB was not totally adopted. The research would analyze the theory system of UDB, and summarize the main problems in the urbanization nowadays in China. Based on the comparative study of urban development domestic and oversea, the general pattern and dynamic mechanism of urban development would be extracted and its impact index system would be set up. Then an urban dynamic evolution model would be built based on the GIS platform. The dynamic and restriction mechanisms behind the evolution of UDB would be summarized, and a model for UDB based on Multi-Agent Cellular Automata which would be used to forecast the future UDB of several case cities would be set up and finally the optimized suggestion of urban planning would be put forward based on UDB management.

新型城镇化的加速推进给人类社会带来巨大利益的同时，也引发了诸如交通拥挤、环境恶化和资源过度消耗等诸多问题。城市开发边界的划定是控制城市规模和形态的关键，能为城市未来的潜在发展提供合理的疏导，将城市增长空间引向最适合开发的地区。传统的城市开发边界划定方法存在许多不足，现阶段国内大城市规划中大多以“限建区”控制开发强度，没有完全引入“城市开发边界”的概念。本项目拟对城市开发边界相关理论体系进行梳理，分析现阶段中国城镇化进程中的主要问题，以国内外城市发展的对比研究为基础，归纳提炼出城市空间发展的一般规律、动力机制及城市空间发展影响指标体系，并在GIS平台上建立多智能体元胞自动机的城市动态演变模型，进一步总结城市开发边界演变背后的动力约束机制；随后建立多智能体元胞自动机的城市开发边界计算模型，并利用该模型对案例城市的未来开发边界进行预测，最终提出基于城市开发边界管理的城市规划优化建议。

随着我国城市化进程不断深入，城市空间形态在快速城镇化进程中的剧烈变化带来了众多问题，城市空间无序蔓延、土地利用低效、生态环境破坏严重、资源短缺、城乡结构失衡等。城市空间形态的演变过程表现出高度的动态性和复杂性，历史上已有的宏观、静态和确定的城市模型已经不适应当前形势的要求，亟需开展城市空间演变动态模型的深入研究。城市开发边界的划定是控制城市规模和形态的关键，它为城市未来的潜在发展提供合理的疏导，将城市扩展空间引向最适宜开发的地区。传统的城市开发边界划定方法存在许多不足，需要更深入的研究和定量的科学探索。. 本研究以城市开发边界为主要研究对象，完成了资料收集、整理及现场踏勘等工作；在厘清城市开发边界的发展历史及国内外现状对比基础上，分析了现阶段中国城镇化进程中的主要问题；并同国内外城市发展进行了对比研究，归纳提炼出城市空间发展的一般规律、动力机制及城市空间发展七大影响因子；引入了支持向量机和多智能体等理论，构建了支持向量机多智能体元胞自动机(SVMMA-CA)模型，利用支持向量机理论优化基础元胞层的转换规则，在原有多因子元胞自动机模型的基础元胞层上增加智能层，综合考虑复杂的人为因素和个体决策行为，使模型更加真实地模拟城市在自然环境要素和复杂空间决策行为作用下的形态变化；并利用成都、绵阳地区的城市发展历史数据对模型参数进行了拟合和优化；随后利用该模型对成都、绵阳等城市的未来开发边界进行了仿真预测，最终提出了基于城市开发边界管理的城市规划优化建议。在城市扩张动态演变的仿真模拟中，寻找城市开发边界可能的划定方案，并通过调整城市发展的影响因子来预测城市的发展趋势，以期找到城市可持续健康发展的有效控制手段。