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。     

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。     

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。     

城市工业空间增长的多智能体模型

城市工业及基本就业空间的增长,是城市空间增长的动力源.有效模拟和预测城市基本就业空间的增长,对城市整体空间增长和城市系统的调控有着重要的作用.以城市工业及基本就业空间增长的决策主体--工业企业商和政府决策者,作为多智能体,通过多智能体之间的交流、竞争和协作,多智能体和环境间的交互作用,决定已存在工业区位的迁移和新工业空间区位的选择,形成城市工业及基本就业空间增长的动态微观模型.以珠江三角洲东部城市快速发展的樟木头镇为例,采用提出的方法模拟了该地区1988-2004年的工业及基本就业空间增长,获得了良好的模拟结果.     

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。     

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。     

基于多智能体模拟的旅游地保护行为决策

运用基于复杂适应性系统理论支持下的ABM建模方法,以历史文化名镇湘西里耶镇为研究对象,构建多智能体构成的保护行为执行主体系统。以系统行为偏好和行为影响分析为切入点,分析古镇旅游开发过程中各智能体的保护行为特征,从微观层面研究各智能体的保护行为变化对系统行为决策的影响,并依据行为动态模拟结果推导反映系统协调和优化的古镇保...     

城市居住空间扩张的多主体模拟模型研究

借助GIS技术,本文构建了包含微观智能主体和环境主体的城市居住空间演化的多主体模型,旨在探讨城市居住空间增长的过程中市场机制和计划机制之间的相互作用和消长规律。模型分析总结了城市居住空间增长过程中城市居民、住宅开发商和城市政府的目标函数,认为城市空间扩张形态和土地集约利用水平主要取决于土地市场发育状态的不同阶段及城市政府的土地利用决策。通过调整城市政府主体的土地利用和环境政策设定了城市居住空间扩张的紧凑型、松散型和适度型3种情景类型,以ArcGIS和VC为运行环境实现情景模型,为城市政府的土地利用规划政策提供事前指导。以武汉市的洪山和武昌两区为实验区,分别模拟了基于3种规定情景下1998-2008年期间的居住空间演化情况,并与实验区居住空间的实际演化情况进行了形态、土地利用结构变化和土地利用社会效用的概略对比分析,结论为实验区1998-2008年的居住空间扩张基本属于适度型,但尚需要加强城市的内城市化。     

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.     

基于多代理人的零售业空间结构模拟

中心地理论的提出由来已久,但对现实中多种因素复杂作用下的中心地体系进行实证研究并指导规划实践一直难以开展。传统模拟研究方法采用数学线性规划的思路,通过优化目标函数来实现对中心地体系的还原与考察,但复杂程度有限,难以用于实证研究和实践。多代理人技术的出现提供了新的研究思路。本文介绍笔者开发的一个零售业空间结构模拟系统。该系统以多代理人技术为基础,通过模拟商业中心和消费者两类代理人的行为,得出商业中心结构分布。商业中心被分为3 个等级,可以根据经营收入调整空间位置和自身服务等级;消费者以一定的频率产生不同等级的购物需求,并以距离为指标选择商业中心作为出行目的地。模拟过程从产生一定数量的一级商业中心开始,经过循环模拟消费者选择行为和商业中心的位置等级调整,最终达到商业中心等级和空间分布的平衡状态。作为对这个模拟系统的检验,分别对5 种典型的消费者空间分布场景进行模拟,包括：均匀分布、单中心、卫星城、分散组团、带形组团。结果表明这个系统的模拟性能稳定,生成的商业中心结构合理。     

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。     

基于多智能体建模技术的城市用地时空演化研究

为应对现代城市发展在用地资源分配和生态环境保护上遇到的巨大挑战,研究在综合复杂系统理论、城市经济学以及地理信息系统等多种学科技术的前提下,应用多智能体建模软件NetLogo构建了一个以“由下至上”运行机制为主的城市用地拓展模型,通过不同微观个体之间的互动反馈行为来实现对圣地亚哥城市宏观用地布局的模拟,并应用逐点比对和整体比对两种不同的精度检验方法来测算模型分析结果的准确性;针对当前模型研究存在的问题和未来可能的改进方向进行了归纳分析。     

基于空间变差函数的新疆县域产业结构格局演化

以1975—2010年间8个年份的产业数据为基础,在ArcGIS的支持下,运用空间变差函数和克里格(Kriging)插值相结合的方法,研究了"五五"—"十一五"时期新疆县域产业结构分布的时空格局演化特征及其机理。结果表明:新疆县域产业结构水平分布的空间相关性和自组织性较强,由空间自相关引起的结构化分异也十分明显,但空间关联效应的作用范围有减小趋势。2000年以前,基台值逐渐增大,而块金值和块金系数不断降低;之后,出现前者减小,后两者逐渐增大的趋势。这反映出前期(1975—2000年)县域产业结构的空间差异性不断增强,结构化分异对其影响日趋增大;而后期(2000—2010年)差异性减弱,随机性因素的影响逐渐增强。东南—西北方向的产业结构水平均质性最好,而东北—西南方向上异质性显著,形成"高原—平原—洼地"的阶梯结构,成为推动新疆产业格局演化的主要作用方向。"五五"—"九五"期间,东北—西南方向区域间产业结构水平的差距日趋拉大。产业结构的"高原"面不断扩大至北疆、东疆的大部分区域,其峰值经历了"单簇峰→扩展三峰鼎立→连接天山北坡产业峰值带"的空间演化过程。而"洼地"范围变化较小,主要集中在南疆的阿克苏西南部、和田、喀什地区。"十五"时期以来,东北—西南方向区域间产业结构水平的差异性有所减小,"高原"面基本不变,但"洼地"范围明显向西南方向缩小至喀什地区,促使"平原"面范围不断扩大。资源禀赋、区位条件、历史基础和区域政策环境是促使产业结构时空格局发生演化的重要因子,其中改革开放、西部大开发等国家重大战略对新疆产业空间格局演化的推动作用较为明显。     

基于空间变差函数的长江三角洲经济发展差异演变研究

以长江三角洲为例,运用空间变差函数分析了1978年、1988年、1998年和2008年4个时间断面的发展差异演化。研究发现:①长江三角洲经济发展空间关联效应的作用范围在不断地扩大,长江三角洲地区的经济发展受上海的辐射作用不断地增强;②经济发展的空间自组织性越来越强,空间经济分布差异明显;③在全方向上的均质程度越来越低,更多的差异体现在中观、宏观尺度,而微观尺度上空间差异变的越来越不明显;④东南—西北方向差异最大,东西方向的经济发展相对均衡。将长江三角洲发展差异演化因素归结为3个方面:历史基础、经济区位和区域发展政策。历史基础、经济区位是区域经济格局演化的内在因素,而区域发展政策则是区域经济格局演化的外在推力。     

基于引力模型的厦漳泉大都市区城市空间结构研究

空间相互作用力和空间分布轴线是决定城市空间结构的核心要素。利用引力模型和断裂点公式分析厦漳泉大都市区的空间结构特征,研究结果发现:环泉州湾和厦门市已成为两大增长极,漳州市区和南安市则是重要的增长点,该大都市区核心区呈"J"字型发展;由于各县市间的锁定效应与屏蔽效应,城市发展偏心化严重。因此,厦漳泉大都市区不仅要注重其"J"字型发展轴,也要强调多中心理念,规避屏蔽效应,降低空间不平衡性。     

北京城市住宅土地市场空间异质性模拟与预测

土地制度转型和空间重构背景下,价格信号在土地区位配置及空间结构塑造方面发挥出有效性。基于北京市2004-2009 年居住用地出让地块微观数据,利用空间扩展模型、地理加权回归模型和特征价格模型对居住用地价格影响因素及其空间异质性进行了有效检验和预测。模型结果表明：① 居住用地价格影响因素存在着显著的空间异质性,重点小学、轨道交通和公园等设施便利性因素在不同区域对地价的作用强度存在明显差异。② 相比于特征价格模型和空间扩展模型,GWR模型能够有效刻画土地市场空间异质性的离散性、突变性和跳跃性,因而其对居住用地影响因素的空间异质性刻画和居住用地价格的预测最为准确。③ 居住用地价格影响因素的空间异质性表明居住用地子市场存在的可能性,利用GWR模型对地价影响因素的估计可以为土地子市场的划分提供方法借鉴。     

基于引力模型的安徽城市空间格局研究

依据引力模型的原理,构建新型引力和断裂点公式,通过安徽省17个城市间引力值和断裂点距离的计算和分析,研究安徽省城市的空间格局,得出结论:安徽省内区域性城市群初步形成,合肥市已经成为区域中心城市,城市间锁定效应和屏蔽效应显现,城市发展偏心化以及城市分布东紧西松加剧。提出应建立一个以中心城市为主的城市空间格局,依托中心城市,实行联动发展,注重城市交通基础设施建设,强调政府在城市空间布局中的主导作用。