基于多智能体模型与建筑物信息的高空间分辨率人口分布模拟

自上而下的人口分布模拟模型自动化程度较低,难以分析人口分布成因,且因精细尺度的人口样本较难获取而不太适用于高空间分辨率人口分布模拟。提出了一种基于多智能体模型和建筑物信息的高空间分辨率人口分布模拟模型。首先利用建筑物三维分布数据提取住宅建筑,构建智能体人口分布模拟模型的环境;然后基于统计、调研数据定义智能体属性,确定智能体居住选择行为规则;最后以泰日社区为例进行了居住人口分布仿真模拟。研究结果表明,基于建筑物信息的人口分布多智能体模型,可以获取每栋建筑物上的人口,改进了当前高分辨率人口模拟主要只模拟小区或者居委会人口的不足;多智能体模型具有较高的自动化程度,不仅能获得较好的模拟结果,而且可在一定程度上从微观机理解释宏观居住分布模式,是对传统统计模型的有益补充。     

政府规划约束下的城市空间增长多智能体模拟模型

构建政府规划约束下的包含多种类型智能体和环境因素的城市空间增长多智能体模拟模型,通过居民、开发商和政府三类智能体之间以及智能体与环境之间的相互作用模拟了城市空间增长情况。模型将城市建设用地规划区纳入政府的土地利用政策,探讨了政府规划因素对城市建设用地增长的影响,并根据土地集约利用的原则对模拟结果进行了优化。在Repast和ArcGIS的实验环境下,以南京市中心城区(长江以南)为研究区设置了四组土地利用情景,模拟了2001-2007年研究区的城市建设用地增长情况,对比不同情景下模型的模拟精度,说明正确合理的政府规划引导对城市空间增长的重要作用以及对模拟结果进行优化的必要性。该模型有助于揭示城市空间增长机制,为政府宏观调控政策和规划制定提供参考。     

基于矢量的城市扩张多智能体模拟——以广州市番禺区为例

运用自下而上的多智能体建模方法构建城市扩张模型,研究城市扩张的基本特征和规律,对新型城镇化建设具有重要的理论和现实意义。但传统的多智能体模拟大多是基于栅格数据构建,不同的格网大小、邻域形状及邻域大小将产生不同的模拟结果。为克服传统栅格数据受模拟尺度的影响,采用城市土地利用现状图,构建矢量多智能体城市扩张动态模型。智能体依据“宜居性”评价指标,并遵从个人偏好,选择合适区位,模拟城市扩张的时空动态过程。将模型应用于广州市番禺区,模拟了其2003-2008年城市扩张情况。最后将模拟结果与实际土地利用现状图进行对比,结果表明,地块的转化精度为63.09%,非转化精度为90.74%,总精度为85.83%,具有较好的模拟精度,可以为新型城镇化建设提供有效的决策支持。     

基于多智能体的居住空间格局演变的真实场景模拟

多智能体建模方法为城市研究提供了一种新的研究思路.采用自下而上的多智能体方法构建真实场景的居住决策模型,并研究城市居住格局的形成和演变具有重要的理论意义和应用价值.但目前的多智能体模型通常把空间抽象为均质空间.无法反映真实的地理空间.通过对居住环境的"宜居性"评价,作为居民智能体对居住环境评价的影响因子.将多智能体模型与GIS相结合.为智能体模型提供一个异质的、动态变化的模拟环境.由此居民智能体根据自身的经济状况以及对居住环境的偏好不断地调整其在城市中的居住地,模拟出城市居住空间格局的演变过程.将模型应用于广州市海珠区,其模拟的住宅价格空间分布与实际情况相关系数在0.6以上,说明模拟结果与实际的情况比较吻合.模拟结果在一定程度上为理解和探讨居住空间格局的成因和动态变化提供帮助,为发展和验证城市理论提供一种重要的分析手段和模拟方法.     

基于多智能体的就业与居住空间演化多情景模拟——快速工业化区域研究

就业与居住空间关系是城市规划与管理研究的热点问题。已有研究主要基于传统宏观模型对就业—居住空间结构进行现状分析或对城市理论进行实证研究,在微观尺度的机制探讨与过程模拟方面较为缺乏。本文基于多智能体自下而上的建模思想,提出基于就业市场的人口居住区位选择模型(Labor Market Based Model of Residential Location-LMBMRL)。以典型的快速工业化地区—东莞市主城区为实验区,通过多情景模拟对就业与居住空间的互动关系进行机制探讨与过程分析。模拟结果充分反映了就业选择对人口居住区位决策的影响,定量评估了住房与交通对职住空间均衡性与职住分离的影响规律。当住房成本提高时,城市职住均衡性降低;当交通可达性提高时,城市空间结构可能出现较为显著的职住分离现象。最后通过多情景模拟揭示不同行业劳动人口群体的就业—居住空间特征与组织模式。研究结果有助于深刻理解城市就业—居住空间互动关系及其内部因果,能够为城市规划与管理提供决策参考。     

城市人口分布的空间自相关分析——以沈阳市为例

为探测经典城市人口密度模型在微观层面上的适用性,本文通过计算基于格网的沈阳市人口景观密度,利用地统计学的理论与方法来分析其空间自相关性和变异性。研究发现:在10种不同采样粒度上人口密度半变异函数都符合球状模型,表征着城市人口分布具有较强的空间自相关性和变异性;但由于粒度不同,人口密度的空间自相关尺度不同,块金值不同,基台值不同,块金值与基台值的比值差异较大,证明人口分布的空间自相关具有较强的尺度依赖性;对于700m粒度而言,通过计算不同方向的半变异函数曲线可以发现,沈阳市人口密度呈现典型的带状异向性,反映出人口分布在不同方向上具有不同的结构特征。因此,研究城市人口分布时,可以城市人口分布的自相关性和变异性分析为基础,并须充分注意适宜尺度的选择和结构特征的识别。     

山东省人口空间分布格局的多尺度分析

人口空间分布具有一定的尺度依赖性,从不同尺度上对人口空间分布格局进行分析,可以更确切、真实地揭示人口的空间分布规律,为制定区域发展规划、灾害评价、环境保护等提供科学依据。本文以山东省为研究区,运用空间自相关方法和统计相关分析方法,比较市级、县级、1 km三个尺度上人口分布的空间自相关性及其与环境—经济因子的统计相关性,试图探讨不同尺度下人口的空间分布模式及影响(指示)因素,从不同尺度揭示人口的空间分布格局特征。结果表明:①从不同尺度对人口的空间分布格局进行分析,可以得到从宏观到微观不同详细程度的信息。从市级尺度分析,可以得到山东省整体的人口空间分布特征;从县级尺度分析,可以得到山东省各市内部的人口空间分布特征;从1 km尺度分析,可以得到山东省各县内部的人口空间分布特征。②不同尺度上,人口的空间分布格局特征不同。市级和县级尺度上,人口分布受环境—经济因子的影响表现出与一些因子显著相关,而受空间集聚的作用较小;1 km尺度上,人口分布与环境—经济因子的相关性较小,而主要受空间集聚的作用,在县内部,人口往往集中分布于某一区域,呈现出典型的集聚分布模式。     

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据的黄淮海地区城乡常住人口格局模拟

以黄淮海传统农区为研究区,利用NPP/VIIRS夜间灯光数据、土地利用数据和人口统计资料,基于城乡人口活动状态及其空间特征,构建城乡常住人口空间化模型,模拟区域城乡常住人口分布,探究城乡人口空间格局特征。结果表明:基于NPP/VIIRS夜间灯光数据和土地利用数据构建的人口空间化模型,拟合优度为0. 80,精度检验平均误差为15. 6%,模拟精度高,适用性较好;模拟结果能够直观反映黄淮海地区人口集疏特征及县域城乡常住人口分布差异特征,真实展现局地微观尺度城乡常住人口实际分布状况;黄淮海地区城乡常住人口在空间上呈现"总体差异显著、局地内部均衡"的特征,区域尺度上城市地区集聚显著,局地尺度上县域和乡镇内部人口分布相对均衡。模拟结果可为区域城镇村空间布局优化和城乡公共服务设施配置提供参考。     

基于多智能体的城市人口分布动态模拟与预测

城市人口分布变化过程是复杂的动态系统,掌握其规律在城市规划和社会可持续发展中有重要意义。用相互作用的多智能体系统(MAS)、元胞自动机(CA)环境及城市人口密度模型构建精确到街道的城市人口分布模型,并以长沙为例,分析城市人口分布的演变过程,为相关的调控提供决策依据。研究结果表明,其模拟的城市人口分布格局与实际情况吻合较好,在多种因素的影响下,长沙市将形成“市中心人口快速增长,近郊区人口缓慢增长,沿湘江畔、沿五一大道及岳麓区高新技术开发区人口密集”的发展格局。与以往的模型进行相比,所获得的模拟结果精度更高,更接近于实际的空间分布格局。     

新疆人口的空间分布特征

人口过程在空间上的表现形式是区域自然地理条件和社会经济因素相互作用的结果。新疆人口空间分布受地貌、气候和水文等自然条件的影响,表现出分散分布的特征。研究新疆人口空间分布特征对新疆人口发展和城市规划具有重要的指导意义。在GIS的支持下,从多角度、多尺度出发构建了两个年份新疆人口空间数据库,对新疆人口空间分布的集散程度、多尺度的人口疏密状况、人口重心分布及变动、民族人口空间分布态势进行空间可视化表达。得出以下结论：① 新疆人口空间分布的集中程度逐步增加,各尺度人口集中的速度均较慢,人口空间分布具有较强的稳定性,人口的流动性较差。② 人口空间分布具有尺度依赖性,不同空间尺度表现出不同的分布特征,空间尺度越大,人口分布特征越不明显,从小尺度对人口分布特征进行研究可以避免大尺度探究带来的不足,小尺度新疆人口空间分布呈现圈层结构,表现出人口空间分布的“三大集群”和零星若干“小集群”的分布特征。③ 新疆人口重心分布逐年向东偏北方向移动且移动的距离较短,说明新疆人口有向北疆,尤其是天山北坡城市群集中的态势,但集中的速度较慢,对人口重心移动的距离影响较小。从重心空间分布及其变化可以看出影响新疆人口空间分布的第一大要素是水资源。④ 新疆民族人口空间分布也具有独特性。维吾尔族人口主要分布在南疆三地州且空间集聚态势明显,哈萨克族人口空间分布也较为集中,汉族和回族人口空间分布分散,集聚态势不明显,与其他民族的融合较强。     

基于多智能体的地理空间分异现象模拟 ——-以城市居住空间演变为例

许多地理现象都存在一定的空间分异规律。研究地理空间分异现象的形成与发展有重要的理论意义。基于“从上至下”的方程式方法很难对这些现象的形成过程进行解析。采用“自下而上”的多智能体系统, 对复杂地理现象的分异过程进行了重现。采用java-swarm 仿真技术, 以城市居住空间分异现象为例, 模拟出城市系统从无序走向有序的过程, 为发展和验证城市理论提供了一种重要的分析手段。基于多智能体的居住空间分异模型展现了居民智能体聚集现象的产生过程及对房屋价值的影响, 比较了居民不同收入差异情况下对居住空间分异的影响。模拟结果表明居住空间分异现象是一个历史的必然; 收入差异扩大使中低收入阶层在居住的空间区位选择上处于被动地位。     

大都市边缘区城镇用地格局动态变化——以南京市为例

利用四期TM数据和GIS技术,分析了近20年南京城市边缘区城镇用地格局动态变化:城镇用地格局变化拐点在1994年和2000年,空间上表现出增长“热极”与“热带”;城镇用地格局变化阶段性是经济社会驱动过程演化阶段的反映,其空间特征是区域社会经济物质载体演化的体现,开发区是城镇用地增长首要来源,新市区与大学城是其增长核心和新形式,交通路网对其产生空间导向;但城镇用地增长相对处于规模扩张阶段,引致自然景观破碎化、社区“空壳”现象、大学城“圈地运动”耕地浪费严重。     

多元统计回归及地理加权回归方法在多尺度人口空间化研究中的应用

对统计型人口数据进行格网形式的空间化可更直观地展示人口的空间分布,但不同的人口空间化建模方法和不同的格网尺度在表达人口空间化结果方面存在差异。本文在人口特征分区的基础上,引入DMSP/OLS夜间灯光对城镇用地进行再分类,采用多元统计回归和地理加权回归方法(GWR),开展人口统计数据空间化多尺度模型研究,生成1 km、5 km和10 km等3个尺度的2010年安徽省人口空间数据,并对3个尺度下2个模型结果进行精度评价与比较。结果表明：人口空间数据精度不仅与建模所用方法关系密切,还受到建模格网尺度大小的影响。基于多元统计回归方法的模型估计人口数与实际人口的平均相对误差值随着尺度的增加而降低,而基于GWR方法获得的人口空间数据误差值随着尺度的增加而升高。整体来看,基于GWR方法的1 km研究尺度的人口空间数据平均相对误差最低(22.31%)。区域地形地貌条件与人口空间数据误差有较强的关联,地貌类型复杂的山区人口空间数据误差较大。     

上海市中心城社会区分析

以第五次人口普查数据为基础,对上海市中心城社会区进行研究。结果表明,老年与外来人口、社会经济地位、居住条件、商服与农业人口和公房住宅是形成转型期上海中心城社会区的5个主要因子。城区社会区可划分成6种类型:老年人口集中的旧城区、高社会经济地位居住区、单位公房居住带、人口导入的新建住宅区、外来人口聚居区、农业人口散居区;城市社会空间在整体的同心圆结构基础上呈现出与扇形、多核心结构的综合。并从城市发展的历史、城市规划、土地使用制度改革与旧城改造、户籍管理制度、住房福利分配制度及市场化改革等方面探讨了其形成机制。     

城市昼夜人口空间分布的估算及其特征——以北京市海淀区为例

城市人口的空间分布特征及昼夜差异是配置城市公共基础设施及公共服务设施和制订城市公共安全应急保障方案的重要依据,也是城市地理研究领域的前沿方向之一。但由于国内目前没有区分昼夜的人口统计数据,城市昼夜人口空间分布的相关研究难以开展,极为薄弱。本文以土地利用类型为媒介,构建基于不同类型城市人口时空行为特征的城市“人口-昼夜-土地利用”关系模型和基于差异化面积权重的城市人口空间化模型,旨在以格网为单元来估算城市昼夜人口并分析其空间分布特征。同时,以北京市海淀区为例开展实证研究,估算了海淀区的昼夜人口规模,分析了城市昼夜人口的空间分布特征及其空间耦合关系。结果表明:① 城市昼夜人口的空间结构存在显著差异,白天人口相对于夜晚人口具有更广泛的分布范围,并具有更显著的集聚特征。② 城市昼夜人口表现为多种空间耦合关系,包括“三明治”模式、“镶嵌”模式、“辐合”模式、“单体”模式等。③ 城市路网的昼夜利用与人口的昼夜分布有较高的相关性,白天人口分布对路网扩张有显著影响。城市昼夜人口的空间分布折射出中国城镇化进程中诸多因素,例如“旧住宅区”的分布、产业新区的建设、城乡发展差异等,以期对相关的研究提供参考。     

基于GIS的城市用地布局多情景模拟与方案评价——以江苏省太仓市为例

用地布局一直是城市总体规划中的关键难题,以往的规划方案多凭借规划师的经验判断、简单的图层叠加和有限的公众参与生成。然而新的城乡规划法要求从多角度综合考虑城乡用地布局问题,更加注重规划过程的科学性和准确性,也就特别需要有一种适应多情景分析下的城市用地布局模拟与方案评价方法。文章以江苏省太仓市为例,借助GIS技术的强大空间分析功能,探讨了这种方法的技术流程：① 参考已有的大尺度城市未来模型,结合我国特别是研究区的区域特点,构建一个实用的城市未来模型(Urban Future Model,UFM);② 通过用地评价、战略归纳、情景模拟等步骤,生成若干个可选的用地布局模拟方案;③ 应用多目标达成矩阵法从粮食、生态、灾害等多个角度对这些方案进行综合评价,并根据评价结果选择一个最佳方案作为本轮总规用地布局的规划参考方案。     

一种改进人口数据空间化的方法:农村居住地重分类

人口( 统计) 数据空间化是解决统计数据与自然要素数据融合分析的有效途径。本文在论 述已有人口空间化方法的基础上, 认为遥感影像得到的居民地数据是表达人口分布的最好指标。 为了使居民地数据更好地应用于人口空间化的研究, 论文在分析各种与人口居住密度相关指标 的基础上, 确定了用农村居民地面积所占百分比对农村居民地进行重新分级, 然后应用于人口空 间化的计算。结果检验表明, 人口空间分布数据的误差从分级前的17.4%降到分级后的12%, 尤 其是误差高于30%的乡镇个数从8 个减少到1 个, 该方法有效地提高了人口空间数据的精度。     

Defining agents' behaviour based on urban economic theory to simulate complex urban residential dynamics

In recent years, agent-based models (ABMs) have become a prevalent approach for modelling complex urban systems. As a class of bottom-up method, ABMs are capable of simulating the decision-making as well as the multiple interactions of autonomous agents and between agents and the environment. The definition of agents' behaviour is a vital issue in implementing ABMs to simulate urban dynamics. Urban economic theory has provided effective ways to cope with this problem. This theory argues that the formation of urban spatial structure is an endogenous process resulting from the interactions among individual actors that are spatially distributed. However, this theory is used to explain urban phenomena regardless of spatial heterogeneity in most cases. This study combines GIS, ABM and urban economic models to simulate complex urban residential dynamics. The time-extended model is incorporated into an ABM so as to define agents' behaviour on a solid theoretical basis. A spatial variable is defined to address the neighbourhood effect by considering spatial heterogeneity. The proposed model is first verified by the simulation of three scenarios using hypothetical data: (1) single dominated preference; (2) varying preferences on the basis of income level; and (3) spatially heterogeneous environment. Then the model is implemented by simulating the residential dynamics in Guangzhou, China.     

圣彼得堡土地利用格局现状特征及形成机制

以圣彼得堡市为例,依据1948、1987和2016年土地利用数据计算居住、工业和商业用地的区位熵值并分析其变化,基于统计小区、圈层式及扇形分布3个视角,运用GIS分析计划与市场经济影响下的城市用地空间分布特征。研究结果表明,居住、工业和商业用地的空间分布规律不同：① 3类用地在城市整体空间分布中均表现出一定的分散特征,其中,居住用地空间分布表现最为分散,工业用地呈现出分区域性布局特征,相比而言商业用地空间聚集程度最高;② 商业用地在核心圈层处于主导地位,工业用地在老城区圈层为主导地位,居住用地在近郊区圈层为主导地位,远郊区圈层仍处于初步发展阶段,城市景观发展尚未成熟;③ 对比圈层式和象限式结构各类用地区位熵值分布结果,提出圣彼得堡市3类用地空间分布扇形结构特征明显,说明沿主要交通线路是现代城市用地空间扩展主要方式,其中工业用地在城市空间分布中占据更为有利的交通区位优势,居住用地次之,商业用地在城市中心区域中分布不足。圣彼得堡城市用地空间分布形成主要机制总结为以下5个方面：前苏联时期城市用地空间结构主要框架的保持;行政区划调整为城市用地结构改善提供了路径;市场经济下住房体制改革推进了城市居住郊区化;土地市场对土地功能置换进程作用较弱;产业转型缓慢导致老城区仍主要为生产中心。     

Simulation of spatial population dynamics based on labor economics and multi-agent systems: a case study on a rapidly developing manufacturing metropolis

Spatial population dynamics affects resource allocation in urban planning. Simulation of population dynamics can provide useful information to urban planning for rapidly developing manufacturing metropolises. In such a metropolis with a concentration of immigrant labor forces, individual employment choices could have a significant effect on their residential decisions. There remains a need for an efficient method, which can simulate spatial population dynamics by considering the interactions between employment and residential choices. This article proposes an agent-based model for simulation of spatial population dynamics by addressing the influence of labor market on individual residential decisions. Labor economics theory is incorporated into a multi-agent system in this model. The long-term equilibrium process of labor market is established to define the interactions between labor supply and labor demand. An agent-based approach is adopted to simulate the economic behaviors and residential decisions of population individuals. The residential decisions of individuals would eventually have consequences on spatial population dynamics. The proposed model has been verified by the spatial dynamics simulation (2007 to 2010) of Dongguan, an emerging and renowned manufacturing metropolis in the Pearl River Delta, China. The results indicate that the simulated population size and spatial distribution of each town in Dongguan are close to those obtained from census data. The proposed model is also applied to predict spatial population dynamics based on two economic planning scenarios in Dongguan from 2010 to2015. The predicted results provide insights into the population dynamics of this fast-growing region.