基于CA的城市演变的知识挖掘及规划情景模拟

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第９期

黎夏等：基于ＣＡ的城市演变的知识挖掘及规划情景模拟

３５００３０００２５００２０００

１５００１０００５００Ｏ

选代数

图１遗传算法在搜索最佳参数的收敛性

用遗传算法搜索各个子区的模型参数，形成分区的转换规则，每个区对应一组不同的参数组合（表１）．研究表明，ＣＡ转换规则中的参数值对模拟结果影响很大【ｌ”．ＣＡ转换规则中的参数值可以揭示某一地区土地利用演变的规律．不同的地区，或同一地区的不同的发展阶段。其土地利用演变有着明显的分异

规律．可以由一组参数值来表征某一地区的土地利用的演变过程．在没有外来因素影响下，这组参数基本控制了某一地区的土地利用演变过程．因此，获取了这一组参数，也就基本掌握了这一地区的演变规律．可以看到，珠江三角洲城市扩张存在着明显的内部分异规律，不同的地方其城市形态的时空演变规律是不一样的．在我们的模拟系统中，其演变的模拟

过程分别是由它们所对应的一组参数来控制．因此，这些参数揭示了它们的演变规律．

图２是基于遗传算法和ＣＡ寻找分区转换规则最佳参数及进行城市模拟的原理图．图３（ｂ）是利用这些参数模拟了珠江三角洲地区１９８８—２００４年的城市“真实”扩张的情况．该模拟是完全根据过去的趋势来预测将来的．可以看到．所模拟出来的结果与从遥感图像获得的实际结果（图３（ａ））是十分吻合的．

表１遗传算法搜索的ＣＡ控制参数及其阈值

图２遗传算法和ＣＡ寻找分区转换规则最佳参数及进行城市模拟流程图

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１２４８中国科学Ｄ辑地球科学第３７卷

（ａ）实际参数

（ｃ）‘‘市中心—道路”棼数

（ｂ）复制广州市参数

（ｄ）‘‘市中心－镇中心—道路”参数

图４２００４年珠江三角洲城市形态的真实与规划情景模拟对比

市，可以获得区域城市发展的合理形态．

尽管将广州市城市演变的形态控制参数复制到其他城市可以产生比实际更为理想的城市形态。但总体来讲，该模拟的城市用地还是主要沿公路分布（广州市的参数中，离公路距离变量的权重绝对值最大）．因此，为模拟出更为紧凑的城市形态．减少沿公路两侧大规模无序的城市开发现象，对广州市的城市演变的形态控制参数进一步改造．有２个方案：（１）城市用地沿市中心集中分布，市内沿公路规律性分布，即城市用地主要按“市中一ｆｉ，．道路”发展：（２）城市用地沿市中心和镇中心集中分布，市内和镇内沿公

路规律性分布，即城市用地主要按“市中心．镇中心．

第９期

黎夏等：基于ｃＡ的城市演变的知识挖掘及规划情景模拟

道路”发展．

规划情景模拟方案分别以广州的城市演变的控制参数为基础，采用启发式的方法，以保证城市用地总量与实际一致作为约束条件，通过交叉试验的方法确定新的控制参数（图５）．对方案一的步骤如下：

（１）首先将离镇中心距离、离公路距离、离铁路距离和高速公路距离的权重设为实际获取参数的临界值（＿ｏ．０００１），即权重绝对值最小，作为初始参数（图５（ａ））；

（２）然后动态增加离市中心距离的权重的绝对值，即促使城市用地沿市中心集中分布．以保证城市用地总量与实际一致作为约束条件（图５（ｂ））．

（３）在此基础上，动态增加离公路距离变量的权重的绝对值。使新发展的城市用地在市内沿道路呈现分异性（图５（ｃ））．

（４）为保持城市用地总量与实际一致，同时需要动态增加离市中心距离变量的权重的绝对值。最后

ａｌ＝ＬＯ，３

００１

码３＝＿ｏ００１

（ｃ）

ｑｊ砘０００１

码ｊ＝－０．０４８０

确定的权重如表４（图５（ｄ））．

用获取的基于“市中心．道路”发展的控制参数（表４）模拟了珠江三角洲地区１９８８～１９９３年的城市发展状况（图４（ｃ）），并进行了紧凑度评价．发现整个珠三角地区形态总效用指数有大幅度提高，这表明利用“市中心一道路’’发展的控制参数模拟的城市形态更为紧凑．

同样，在“市中心－道路”控制参数的基础上。动态增加离镇中心距离变量的权重的绝对值，使新发展城市用地沿“市中心．镇中心．道路”分布，同时，为保持城市用地总量与实际一致，需要动态增加离市中心距离变量和离市中心距离变量的权重的绝对值。最后确定的权重如表５．用基于“市中心．镇中心．道路”发展的控制参数模拟了珠江三角洲地区１９８８—１９９３年的城市发展状况（图４（ｄ）），并进行了形态效用评价．发现整个珠江三角洲地区各市的形态总效用指数都有大幅度提高（表６）．

。ｌ产＿００１２０

码严＿００００１

（ｄ）

ｑ—产＿ｏ０１２０ｑｊ２叫）０４８０

图５通过交叉试验的方法确定新的控制参数

表４基于“市中心－道路”发展的控制参致

基于CA的城市演变的知识挖掘及规划情景模拟

作者：黎夏， 杨青生， 刘小平

作者单位：中山大学地理科学与规划学院,广州,510275

刊名：

中国科学D辑

英文刊名：SCIENCE IN CHINA(SERIES D)

年，卷(期)：2007,37(9)

被引用次数：3次

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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgkx-cd200709012.aspx