规划导向的CA约束方法与城市用地格局变化预测——以广州市白云区为例

城市发展是一个复杂系统的演化过程,掌握其发展规律并用于预测城市形态变化在城市理论和城市规划管理中有重要意义.一般约束性元胞自动机(CA)无法模拟存在时空分异的约束条件,文中提出一种时、空可变的规划导向约束条件表达方法,将城市发展战略调整、建设周期等外部条件变化用时间变量和空间变量表达,模拟出动态变化的CA外部环境,逼近城市受动态规划条件影响下的演化过程.以广州市白云区为例,对“十二五”规划中城市发展战略继承和调整并存的现象进行了情景模拟;构造了地铁线路、重点发展区两个规划方案在2010-2015年间建设过     

京津冀地区城镇空间扩张模拟与分析

准确把握城镇扩张过程中空间形态的变化规律对城镇规划水平的提高具有重要的现实意义。当前,京津冀的协同发展已上升为国家战略,为了对京津冀远景的城镇增长进行预测,本文将北京城市空间发展分析模型(BUDEM)扩展到京津冀(JJJ)区域,构建了京津冀城镇空间发展分析模型(BUDEM-JJJ)。该模型以城市增长理论和约束性元胞自动机(Constrained Cellular Automata,Constrained CA)模型为基础,以京津冀区域为研究对象,以Logistic回归和单一参数循环方法(Monoloop)为模型参数识别方法,利用2000-2005年和2005-2010年两个历史阶段的城镇建设用地数据对模型进行了参数识别,并进行了模型验证。在此基础上,对京津冀区域2049年的城镇形态进行了多种情景模拟,分析了不同发展情景(Scenario)下京津冀地区城镇空间发展格局的变化,可为当前京津冀城镇发展方向的调整和下一轮的城镇规划提供参考。     

基于约束性CA的大都市郊区城镇增长的情景模拟与管控——以武汉市江夏区为例

大都市郊区是快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,尤其在中国加快推进“就地就近”城镇化战略的背景下,把握大都市郊区小城镇土地利用时空变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化都市空间结构具有重要的现实意义。约束性元胞自动机(constrained Cellular Automata, constrained CA)能够通过简单的规则模拟复杂的城市动态演化过程。本文将土地利用总体规划指标、城镇空间发展战略布局、土地利用开发适宜性等,嵌入约束性CA的转换规则中,采用Logistic逐步回归法分析土地利用空间影响因素,对严格约束下的武汉市江夏区2020年土地利用进行情景模拟分析,并提出城市增长管控手段。结果表明：①研究时段内,江夏区城镇用地呈低效外延式扩张,土地利用集约节约程度较低,其人口规模并未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成;②约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,能够真实反映近郊小城镇的未来空间布局与结构,模拟结果与土地利用规划和城市规划较为契合;③将规划目标导向与现实发展趋势下的模拟结果进行叠加分析,可确定城镇增长需求与规划指标调控间冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区域,为加强大都市近郊区的违法用地监查和土地利用管控提供先验的预警知识。     

基于约束性CA的土地利用规划预评估及警情探测

土地利用规划是协调土地利用矛盾、实现土地可持续利用的重要空间管制措施之一。当前,规划方案的评估多偏重规划实施效果评估,对规划方案进行预评估尚不多见。该文根据我国土地利用规划框架,构建约束性CA对建设用地布局方案进行预评估,用于检测土地利用规划关于建设用地空间布局的合理性。以广州市为案例,对其2006-2020年土地利用总体规划的建设用地布局进行了预评估,对比了模拟方案与规划方案的差别,并提取冲突区域供规划决策参考。结果表明,约束性CA可以预测建设用地的空间布局,并能有效检测与规划相冲突区域,可为违法用地遥感督查提供更有效的空间信息。     

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。     

人工免疫系统与嵌入规划目标的城市模拟及应用

人工免疫系统(AIS) 具有强有力的计算能力, 可以通过免疫识别、克隆选择、免疫学 习、免疫记忆等功能来进行模式识别和自适应学习。AIS 所具有的自学习、自适应和记忆的能力非常适合于复杂地理过程的研究。而元胞自动机(CA) 是研究复杂系统非常方便和有效的工具。将人工免疫系统和元胞自动机相结合, 建立了城市演变的模拟和规划模型。该模型通过改变抗体的进化变异机制, 把规划目标嵌入到AIS 算法中, 抗体将会逐渐朝着规划目标“进化”, 从而模拟出基于不同规划情景的城市发展空间格局, 为城市和土地利用规划提供决 策支持。设计了6 种不同的城市发展方案, 利用该模型模拟了不同规划方案下珠江三角洲城市的发展情景(1988-2002 年)。并比较了不同模拟情景结果城市的紧凑性: “城市中心” 和 “城市中心-高速公路”发展模式的城市形态更为紧凑, 破碎度较低; 而“镇中心” 和“道路”发展模式形成的城市形态则比较凌乱和分散。模拟结果和分析表明: “城市中心-高速 公路”是珠江三角洲最适合的城市发展模式。     

2003-2013年中国城市形态研究评述

根据2003-2013年间在国内主要地理学、城市规划和建筑学期刊上发表的研究文献,对近10年间的城市形态相关研究的内容、方法和进展进行评述。文章在辨析城市“布局形态”、“结构形态”、“肌理形态”三大概念的基础上,将现有研究成果按城市形态影响要素分解、新技术方法应用、时间—空间维度探讨、可持续城市形态、城市形态规划、管理和控制,以及分城市、地区案例研究六大主线进行归纳,并评析现有成果的研究视角、技术方法、实践应用特点及其局限。比较中西方城市形态研究轨迹,国内研究习惯于通过实证主义的因果演绎和经验主义的案例归纳来理解现有城市的形态发展历程,并在借鉴历史经验和西方经验的基础上,寻求城市形态发展的“理想城市形态”。而西方研究则致力于寻求“可持续城市形态”的可操作性和实现方式,侧重于可持续发展的路径探索和规划应对。本文提出未来城市形态研究应更关注微观层面的肌理形态分析,应从更加温和、建设性的“时间—空间演化”视角探讨城市形态演进规律,为包容性、共生性的“可持续形态”演变发展构建理论基础。     

存量、增量之辩下的城镇用地开发与模拟研究——以成都市为例

存量规划是通过城市更新的方法促进建成区功能优化调整的规划,目前日益受到重视,但中国大多数城市近些年仍呈现快速扩张的趋势。通过对历史数据的分析和未来不同发展情景下城市形态的模拟,研究发现:1)1997-2013年,成都存量开发比仅为19.8%,低于中国平均水平,且近年来有逐年下降的趋势,增量开发明显高于存量开发。2)过去30年间城镇用地快速增加,道路对城镇建设用地的扩张促进作用最强,沿河发展现象较为明显,区县行政中心和市行政中心对城镇扩张发展均有正面影响,但区县的影响更为明显。3)基于BUDEM模型,建立了成都市第一个城市发展模型,分别预测了不同情景模式下成都市到2049年可能出现的城市形态,为成都市城市规划决策提供参考。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析简

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

沈阳市城市扩展与土地利用变化多情景模拟

利用基于遥感手段获取的沈阳市城市扩展与土地利用变化历史数据,对SLEUTH城市扩展模型进行校正,对未来(2005~2030年)不同管理情景下的城市扩展与土地利用变化过程进行模拟,并对其发展变化趋势和生态环境影响进行分析与比较。结果显示,在三种管理情景下,未来的沈阳市城市建设用地都将持续增加,大量的耕地资源被侵占;但不同管理情景下,城市景观格局和区域面临的景观生态风险却表现出明显差异。SLEUTH模型的模拟结果较好地反映了沈阳市不同土地利用政策、规划方案等对未来城市扩展和土地利用变化以及区域景观生态风险的潜在影响,同时也指出了当前城市增长管理政策中存在的不足之处。     

城市扩张情景模拟及对城市形态与体系的影响——以广西西江经济带为例

针对区域层面城市扩张模拟研究的缺失,以快速城市化的广西西江经济带为案例区,构建了生态重要性和土地开发建设适宜性两种扩张情景;借助最小累积阻力模型对经济带内主要城市的扩张进行情景模拟,进而分析城市扩张对其形态和位序-规模特征的影响,揭示不同情境间的差异。结果表明,随着扩张强度增加,城市形态趋于紧凑和稳定,城市位序-规模发生变化。对比两种情景,生态重要性情境下,新增建设用地的分配相对均匀,首位城市发生变化,首位度明显下降,城市扩张方式多样,形态较为复杂、松散,内部各城市之间形状差异较大;土地开发建设适宜性情景下,大中城市扩张速度较快,首位城市保持不变,其首位度略有下降,城市扩张以外延式和填充式扩张为主,形态相对紧凑、规则,各城市间形状差异较小。研究认为基于生态重要性的城市扩张情景有利于减少重要生态空间占用、维护城市生态系统健康、合理调控城市体系结构,是一种更加可持续的扩张方式。     

城市收缩：内涵·中国化·研究框架

城市收缩是中国当前快速城镇化进程中不断涌现的一个新现象,给传统基于“增长情景模拟”的区域—城市规划范式和发展认知论带来极大的冲击和挑战;如何构建城市收缩“中国化”理论分析框架也由此成为学术界和规划管理部门关注的焦点话题。据此,论文围绕如下几个问题展开分析：① 系统梳理城市收缩概念的由来、城市收缩与城市增长、城镇化,以及与本土化、国际化的关系认知,指出城市收缩与城市增长是城镇化发展过程中2个方向互异的过程产物,也是一个嵌入全球化而根植于本土化的结果产物,研究中应避免“就收缩城市论收缩”;② 辨析与界定城市收缩与收缩城市的概念内涵,指出当前收缩城市识别标准的不统一,源于城市收缩与收缩城市概念混淆、概念重现象描述而忽视要素—效应的发展关联;③ 从研究范围、研究时段、界定标准和研究背景与区情差异性等方面对城市收缩内涵的“中国化”进行了初探,提出以城市建成区为研究范围、以10年为考察期、以综合取代单一人口指标构建收缩城市识别标准与方法体系,立足区域关联剖析、预测与响应收缩城市等内容与形式来落实“中国化”城市收缩内涵; ④ 基于产权区域、场势理论、区域关联与区域差异性构建中国语境收缩城市研究框架与实践路径。研究结果以期抛砖引玉唤起国内广大地理学者对城市收缩研究的“中国化”进行深入探讨,为世界城市收缩研究提供“中国经验”。     

基于生境质量的城市增长边界研究——以长三角地区为例

基于“生态优先”理念,提出一种利用生境质量评估策略的城市增长边界划定方法。结合ArcGIS和InVEST模型,通过综合评估生境自身及其在威胁情境下的质量,模拟各市独立规划、建设用地指标再分配及区域一体化发展的三类建设用地扩张情景,分别划定2024和2034年的长三角地区城市增长边界。结果表明：研究区生境质量总体呈南高北低格局,平均生态系统服务价值密度为10 770.604元/（hm²·a）,高质生境位于西南地区;根据指标再分配及一体化发展情景模拟的2024年研究区建设用地总量分别为10 583.273 km2和10 489.090 km2,2034年达到13 603.535 km2和13 252.370 km2;模拟的建设用地集中在东部沿海地区,并向北部及环杭州湾区域拓展;建设用地指标再分配能从整体上减少建设用地对优质生境的占用,区域一体化发展则能进一步降低城市发展造成的生态压力。     

Exploring the future of rural–urban connections in sub-Saharan Africa: modelling urban expansion and its impact on food production in the Addis Ababa region

Abstract

The built-up area of Addis Ababa and its surrounding towns is expanding into the peri-urban region leading to high losses of farmland, directly influencing the food production for the urban population. This paper investigates the patterns of settlement growth in the region surrounding Addis Ababa and their impact on peri-urban agriculture using an urban spatial scenario design model. The effects of two population density scenarios are explored within the framework of a proposed master plan. The model output was used to estimate areas of different suitability levels that would be lost to the modelled settlement expansion. The settlement area in 2038 would represent 29% of the case study’s total area in the low-density scenario but only 19% in the high-density scenario. Compared to the low-density scenario, the high-density scenario would only require a third of the agricultural land transformed into settlement areas. Settlement development would contribute to higher losses of land suitable for cultivating important export products, high nutritional value and import-substituting products. The scenario approach can support sustainable regional planning for settlement expansion that conserves valuable farmland in the peri-urban area and contributes to building capacity for strategic planning of the city regions of sub-Saharan Africa.     

大都市区城市扩张过程及形态对比分析——以东京、纽约和上海为例

大都市区化是全球城市化进程中的普遍现象,研究大都市区域城市扩张进程对理解其未来增长趋势、区域可持续发展具有重要意义。大都市区土地扩张及区域间的对比分析,以及都市区发育过程中城市扩张的一般化空间模式还未被深入理解。论文选取东京、纽约和上海3个大都市区,获取1990—2015年间3期Landsat影像数据,使用梯度和格网分析法,采用城市土地密度函数和城市扩张指数,从建设用地数量变化及其时空分布、城市形态变化等方面,多角度对比分析各城市不同阶段建设用地增长的时空差异。结果表明：① 大都市区边界仍在不断扩展,建设用地在研究期内持续增长;20多年间东京、纽约和上海的建设用地面积分别增长了63%、53%和233%;上海一直处于高强度扩张状态,而纽约的城市扩张在后期几近停滞。② 大都市区建设用地密度从中心向外呈圈层递减式分布,城市核心区和边缘区半径的增长最明显;城市形态均趋向于紧凑。③ 新增建设用地时空异质性明显。东京的远郊新城不断建设,纽约一些尚有发展潜力的区域次中心仍在扩张但速率逐渐放缓,上海的核心区外围增长剧烈并逐渐向远城区推进。④ 大都市区域扩张先后经历高速期—缓慢期—停滞期,扩张进程表现为核心区膨胀—次中心及新城建设—逐步形成稳定的多中心结构。     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。     

地理学视角下城市复杂性研究综述——基于近20年文献回顾

城市作为组织结构复杂的开放人地地域系统,一直是地理学的研究核心之一。论文以2000—2020年相关文献为数据源,构建一套定量分析与定性认知相结合的文献分析判读体系,基于地理学视角从概念内涵、研究主题、技术方法等方面综述城市复杂性研究成果并开展讨论。过去20 a来,中国的城市复杂性研究逐渐从单尺度的格局、过程和机制研究转向于多尺度下复杂交互过程的集成与综合研究,并逐步形成了城市设施网络、城市人居环境、城市经济活动以及城市空间治理4个主要主题,在数据方法上逐步转向于空间技术及社会计算支持下的全景式全生命周期数据支撑的多维场景化分析。今后及未来一段时期,地理学视角下的城市复杂性研究需要进一步加强城市数字基础设施建设及全周期信息采集能力,加深对城市生态经济体系的综合测度及监控,增强跨区域发展机制影响下的城市流空间研究。     

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。     

Urban construction land demand prediction and spatial pattern simulation under carbon peak and neutrality goals: A case study of Guangzhou,China

Urban construction land has relatively high human activity and high carbon emissions. Research on urban construction land prediction under carbon peak and neutrality goals(hereafter “dual carbon” goals) is important for territorial spatial planning. This study analyzed quantitative relationships between carbon emissions and urban construction land, and then modified the construction land demand prediction model. Thereafter, an integrated model for urban construction land demand prediction and sp...