关键词:
城市扩展
GIS
基于智能体模型
情景模拟
摘要:
我国正处于城市化发展的快速阶段,选择科学的城市化发展道路与模式至关重要。在当前新型城镇化建设与智慧城市建设的背景下,为推进新型城镇化战略,需要提高城市规划科学性,提高规划人员的决策理性与科学性。为推动城市的健康发展,需要把握城市增长客观规律。集成各新兴技术,建立融合高质量地理信息提取、时空过程机制分析、空间扩展模拟的规划决策支持系统,将有助于认识历史过程,支持未来规划。因此,构建“自上而下”与“自下而上”相融合的规划决策支持模型,有助于理清现状、理解城市空间演化过程及预测城市空间扩展方向,从而为提高城市规划空间决策的合理性与科学性、促进城市可持续发展提供有用的决策支持。研究以常州市常武地区为例,结合面向对象影像分类、随机森林算法、扩张指数、基于智能体的模拟模型,提取1991-2015年的建设用地信息,分析城市空间扩展的时空演变过程,模拟不同情景下的建设用地规模与布局,以期为城乡规划、土地利用规划提供决策支持。通过本文研究,得出如下主要结论:(1)基于随机森林的面向对象影像分类,可根据样本的光谱、几何、纹理等特征自动探索分类规则,自动构建规则集。且研究区1991-2015年共6期Landsat影像分类的总体精度和Kappa系数分别超过了 94.04%和0.90,证明分类质量很好,验证了基于随机森林面向对象影像分类方法的有效性。(2)通过应用扩张强度指数与景观扩张指数于1991-2015年基于随机森林的面向对象影像分类结果,发现研究区建设用地扩张强度与类型存在时空差异。研究期内研究区建设用地规模增幅较大,增长快速。研究区建设用地经历了高速扩展(1991-1995),中速扩展(1995-2000),第二次高速扩展(2000-2005)和低速扩展(2005年以后)。其扩展类型从1991-2000年的以边缘式和飞地式扩展为主要扩展类型,到2000-2005年的边缘式为主导,到2005年后以边缘式和填充式为主要扩展类型,meanLEI的持续增长显示研究期内研究区从扩散走向聚集的过程。(3)本研究构建的“上下结合”的基于智能体的模拟模型可用于城市空间扩展模拟。本研究通过设计依据土地利用规划层级体系,设计“自上而下”三级智能体,从第一层级智能体的总量与限制条件控制,到第二层级地方政府智能体与第三层级土地利用者智能体的交互确定允许建设区和有条件建设区,到第三层级三类土地利用者智能体在确定的允许和有条件建设区内新增建设确定新增建设用地布局。针对本研究假设第二层级智能体的完全理性,根据建设用地扩展主要驱动因素构建建设适宜性评价体系,应用Logistic回归计算第二层级智能体选择概率。针对本研究假设第三层级智能体的有限理性,从第三层级各智能体区位选择偏好出发,构建不同建设适宜性评价体系,使用AHP层次分析法确定权重计算其客观适宜性评价结果,使用学习型函数完成每年综合适宜性的迭代,采用蒙特卡罗方法选择新增建设用地。经调参校正,Lee-Salle指数与Kappa系数均大于0.8证明模拟精度很好,模型可用。(4)设计趋势持续式、新增减量式、保护开发式三类不同情景,实现不同建设用地总量控制和不同限制建设条件下的模拟,有效安排建设用地空间格局。结合研究区的人口与建设用地规模的实际情况与增长趋势可得出,建设用地增量“减量化”是当下大势所趋,在这样的背景下要使建设用地更为集聚的有序布局,可参考保护开发式划定允许和有条件建设区,进行管制区的引导。