基于CA-ABM模型的福州城市用地扩张研究

以中国海西地区重要门户福州市为研究区,结合其地理位置多层次约束性条件,以地理加权回归模型作为元胞自动机(CA)层的转换规则,同时以2000-2015年多期LandsatTM/ETM+影像的城市用地情况为参照,借助GIS空间分析技术,对CA和多智能体(ABM)相耦合的城市用地扩张模型进行改进。然后利用传统的和改进后的CA-ABM模型,多角度、多层次地模拟福州市2000年、2005年、2010年、2015年城市用地扩张在微观格局上的变化。结果表明,传统的和改进后的CA-ABM模型的整体精度均在80%以上,模拟结果具有较强的可信度;改进的 CA-ABM模型模拟的点对点总体精度和Kappa系数均高于传统的CA-ABM模型,而且模拟结果更加接近实际的城市用地扩张分布情况。结论可为平衡城市化进程和合理规划城市用地提供重要的理论技术支撑。     

基于多智能体的居住区位空间选择模型

多智能体系统(Multi-Agent system, MAS) 是一种进行复杂系统分析与模拟的强有力工具,尤其在社会科学领域得到了广泛的应用。本文提出了基于多智能体的居住区位选择模型(Agent-Based Model of Residential Location-ABMRL),将多智能体建模的方法应用于居民居住区位决策行为和地价动态变化的研究中,旨在探索与模拟居民在居住选择过程中的复杂空间决策行为,以及居民之间、居民与地理环境的相互作用而导致城市居住空间分异的演化过程。ABMRL模型由表征各类居民的多智能体层和表征地理环境的元胞自动层组成,对应人地关系中的两个基本要素--人类与自然环境。该模型认为居民迁居的动力源于内部的经济社会压力和外部的居住环境刺激。利用ABMRL模型模拟和验证了居住空间分异、圈层城市空间结构、城市绅士化等经典城市理论,并以广州市海珠区为实验区,模拟了该区域居民居住空间分异的演化过程和地价的动态变化。     

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。     

基于多智能体的洪涝风险动态评估理论模型

随着全球气候变化的加剧和城市化进程的快速发展,洪涝灾害的影响和复杂性日益加剧。洪涝灾害风险评估是一项复杂的系统工程,在防洪减灾工程理论与实践中具有重要意义;作为洪涝灾害风险管理和应急处置的基础和核心,风险评估模型直接影响洪涝灾害风险评估结果的可靠性。洪涝灾害风险是洪涝灾害复杂系统组成部分相互作用的结果,综合考虑洪涝灾害系统的特点以及智能体建模的优势,提出了一种基于多智能体的洪涝风险动态评估理论模型。首先从复杂系统建模的角度出发,对洪涝灾害复杂系统进行分析建模,构建基于多智能体的洪涝灾害风险动态评估框架模型;其次,对所构建的框架模型中单个智能体模型进行研究,分别建立基于反应型的孕灾环境智能体模型和基于慎思型的致灾因子、承灾体和风险分析智能体模型,并对以上单个智能体的流程进行研究;然后以风险分析智能体联盟为例对模型框架中所涉及到4类智能体联盟的内部结构和流程进行分析,对构建的框架模型中涉及到的智能体通信协调和作用规则进行探讨;最后,在Netlogo平台上,基于30 m DEM数据和构建的模型,对淮河流域的暴雨型洪涝孕育发生发展全过程的人口风险进行动态评估。结果表明,构建的模型能有效评估洪涝灾害全过程中人口风险的动态。研究结果对洪涝灾害人口灾情评估、应急救助和应急管理都具有较强的指导意义。     

基于多智能体的自然灾害动态风险评估模型

将多智能体建模方法引入灾害风险评估领域,以期为灾害风险评估开拓新的研究思路.区别于一般静态评估模型,基于多智能体的风险评估模型自下而上,从微观上建立灾害系统各要素之间的相互关系,在多风险情景下,仿真模拟灾害系统状态的变化,以实现动态的风险评估.在理解多智能体建模的一般原理的基础上,设计了基于多智能体的自然灾害动态风险评估的总体模型和主要智能体的结构,并总结了多智能建模在风险评估方面的优势.     

基于多智能体系统的城市增长时空动态模拟——以江苏省连云港市为例

城市化是土地利用/覆盖变化中最典型形式之一,探索城市增长的驱动机制并预测其未来变化,对于实现城市可持续发展十分重要。鉴于多智能体系统强大的模拟复杂空间系统的能力,基于联合"自上而下"和"自下而上"决策行为的视角,构建了一个城市增长时空动态模拟多智能体模型,在模型中,宏观Agent实施的"自上而下"的宏观土地利用规划行为和微观Agent自主发起的"自下而上"的微观土地利用空间诉求行为通过二维空间网格相互作用,并通过联合决策共同推动研究区域的城市化进程。以连云港市中心城区为例,考虑了基于目前趋势、经济发展优先和环境保护优先的3种目标情景,并进行了相应的城市增长情景模拟。模拟结果表明:联合"自上而下"和"自下而上"决策行为的城市增长时空动态模拟多智能体模型能够充分发挥多智能体系统的潜力来了解城市化的驱动机制,为城市管理提供基于情景分析的决策支持。     

多智能体城市土地扩张模型及其应用

传统的城市土地扩张模型多为静态模型,无法呈现空间上每一时间点的土地利用状况,以元胞自动机（Cellular Automata）模型为代表的新型城市土地扩张模型虽然具有动态特性,但其无法描述影响城市土地扩张的智能体（Agent）之间所产生的多元变化结果。以多智能体系统（Multi—Agent System）理论为基础,建立城市土地资源时间和空间配置规则,构建了动态且能描述影响城市土地扩张的智能体（Agent）间互动关系的城市土地扩张模型,并以长沙市区为例,应用所构建之模型进行了城市土地扩张的实证分析。结果表明：该模型可以反映城市土地扩张的基本特征和规律．对于解释城市土地扩张的成因、理解智能体行为对城市土地扩张过程的影响是合适的。并且将模拟结果与遥感土地利用解译结果对比．1998年、2001年、2005年城市土地扩张模拟的点对点精度均达到68％以上,从而能够为政府和城市规划者制定用地政策提供辅助决策支持。     

基于多智能体的城市人口分布模型

人口是城市发展中最为活跃的因素,快速增长的人口给城市安全、经济和生态环境带来了深远的影响,获取不同尺度的高精度人口空间分布信息对于城市安全管理、提高资源环境的综合管理能力具有非常重要的意义。针对常用的城市人口空间分布模拟方法存在的不足,构建了基于多智能体的城市人口分布模型,模型由影响要素、智能体、决策规则等组成。在两个不同尺度区域进行了模型应用实验,并以重力模型进行了对比分析。实验结果表明,与重力模型相比,此模型所模拟的结果具有更高的精度,且接近于实际的人口空间分布,为城市人口分布模拟提供了新的思路。     

产城融合导向下城市扩张多智能体模型——以天津市为例

以产城融合为导向,在分析决策主体时空规律的基础上设计产城融合多智能体的适宜性评价指标,构建城市扩张多智能体模型,并对天津市2005-2020年的城市土地空间扩张情况进行模拟。结果表明：（1）该模型具有较好的可信度和模拟效果,能够有效模拟和预测产城融合导向下的城市土地空间扩张动态变化。（2）由天津市2020年城市土地空间扩张预测结果可知,未来城市用地仍以"摊大饼"式外延扩张为主,但位于城市边缘地带的"卫星城"已成为城市和产业进行功能融合、空间融合的起点,未来城市用地将向着产城融合的趋势演化。     

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。     

城市土地潜力分析--以南京市为例

研究城市土地潜力是城市建设者合理利用城市土地、提高城市土地利用效率、保护耕地的基础。该文利用GIS对土地、规划、环保、人口等相关数据进行整合,从房地产开发的角度建立测算最低经济容积率的模型,求得每块城市土地的经济容积率;基于GIS空间分析功能,分析城市土地利用现状与最低经济容积率,并用地域环境质量综合评价、历史文化名城保护规划等数据对结果进行修正,得出南京市城市土地潜力的数量、质量及空间分布。     

多主体系统在城市发展模拟中的应用

多主体系统(Multi-Agent System, MAS)是由多个主体(Agent)组成的松散的网络,每个主体根据其属性和行为规则互相交流、协作甚至竞争。MAS通过模拟和观察大量主体的微观行为来研究系统整体的宏观规律,对复杂系统的演化机理具有更合理、更准确的解释力,因此,MAS在城市发展模拟中有很大的应用前景。本文介绍了多主体系统的基本框架及模拟思路,综述了国内外城市模拟研究中MAS理论的应用现状。重点分析了MAS理论在城市模拟应用中的五个关键课题:即微观个体数据的获取、微观主体的合理选择、主体行为规则的提取和设定、主体之间相互作用的描述与表达、环境变量的提取与导入等,并对相关研究进展进行了综述。研究表明,城市发展预测与政策评价是MAS应用的重点突破方向之一。     

基于土地利用程度的北京城市扩展特征

准确判别城市扩展规律,剖析演化过程,对于预测城市未来演化趋势,制定合理的调控政策具有重要的意义。遥感对地观测技术可以提供丰富的城市扩展变化数据,成为城市扩展监测的主要手段。本文以1988、1996、2004年TM遥感影像为依据,应用遥感、地理信息系统技术,并首次采用土地利用程度综合指数模型提取了北京市城市实体边界,分析了北京市1988-2004年间城市扩展的面积、方向、扩展类型以及城市扩展的导向规律。研究结果表明,北京市近20年一直处于城市扩展的快速发展阶段,并受地形、环境、卫星城、交通干线及政府等方面导向影响。     

基于多智能体的土地利用模拟与规划模型

利用多智能体和元胞自动机对城市土地资源的可持续利用进行了规划。根据环境经济学资源分配原理和可持续发展理论,提出结合多智能体及元胞自动机的微观规划模型,在时间和空间上合理分配及规划城市土地资源的利用,以避免浪费不可再生的土地资源。该模型由相互作用的多智能体层、元胞自动机层和环境因素层组成,可方便地探索不同土地利用政策下城市土地利用发展情景,能够为城市规划提供有用的决策依据。以广州市海珠区为实验区,在可持续发展为前提的规划下,模拟了1995-2010年的城市扩展的动态变化,并讨论了在不同规划情景下城市土地资源的利用效率及合理性。     

多智能体区域土地利用优化配置模型及其应用

土地利用优化配置对促进区域可持续土地利用具有重要意义,然而现有的土地利用优化配置模型引导可持续土地利用的能力有待提高。本文从整体考量区域土地利用优化配置数量、空间、时间三维特征的角度,定义了区域土地利用优化配置多智能体系统及其决策行为规则,构建了基于多智能体系统的区域土地利用优化配置RLUOA (Regional Land Use OptimizationAllocation) 模型,并以中部地区典型城市--长沙市为例开展了实证应用研究。研究结果表明：该模型能够将规划时间段内多目标约束的区域土地利用规模的数量结构合理配置到不同的空间单元,实现土地利用数量结构、空间布局、效益的协同优化,构建整体上经济可行、社会可接受、生态环境友好的土地利用格局,并明显提高区域整体土地利用经济、生态和社会效益,从而能够为促进区域土地资源可持续利用和制定土地利用总体规划提供参考借鉴。     

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。     

元胞自动机和多主体模型在土地利用变化模拟中的应用

土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的重要分支。复杂系统理论的完善和系统模拟平台的发展使得复杂系统模拟方法在土地利用变化模拟研究中的优势越来越明显,元胞自动机模型和多主体模型正是基于复杂系统理论模拟研究的代表。本文简要回顾了土地利用变化模拟研究进展,探讨了土地利用变化的内在机理,着重分析了元胞自动机和多主体模型的内涵、研究热点、模拟平台和优缺点等,并对其今后在土地利用变化模拟研究的发展趋势进行了展望,以期为土地利用变化模拟研究提供参考。     

20世纪90年代以来我国城市土地集约利用研究述评

该文综述20世纪90年代以来我国城市土地集约利用研究状况,阐述城市土地集约利用的定性、定量研究和城市土地集约利用途径3方面的研究进展,提出该研究领域发展中存在的问题,并对未来研究方向及研究重点进行展望。     

城市交通系统对土地利用的影响作用研究——以广州为例

在评述国内外城市交通系统对土地利用影响作用研究的基础上,以广州为案例,利用有关政府部门资料、统计资料和实地调查资料,引入定量分析和GIS、RS空间分析技术,系统全面地研究了城市交通系统对土地利用的影响作用。首先,作者论述了城市交通系统发展对城市空间格局演化的引导作用;接着,应用GIS和RS技术分析论证了城市交通系统建设对土地利用开发的刺激作用;第三,应用GIS技术和多元统计分析方法探讨了城市交通系统对土地利用价格的影响作用;最后阐明了城市交通系统对广州各类用地布局的影响。