[发明专利]城市绿地动态演化模拟预测方法

说明书

技术领域

本发明属于地理建模和城市规划技术领域，具体涉及城市绿地变化动态预测方法。

背景技术

城市绿地是城市生态系统的重要组成部分，具有完善城市生存环境和维持生态平衡的关键作用。城市绿地一方面能为城市居民提供良好的生活环境，增强城市景观的自然性；另一方面为城市生物提供适宜的生态环境、促进城市居民与自然的和谐共生。城市绿地变化模型是在对城市绿地变化状况分析的基础上揭示城市绿地变化的幅度和速度以及空间分布等特征，是对城市绿地驱动因素及其相互关系进行分析，探求城市绿地变化的机制，预测未来城市绿地变化的趋势及其对生态环境和社会经济发展的影响。城镇绿地空间扩展是一个微观的，多主体，自然和社会共同参与的长期复杂的动态化过程，也是城市中心区、市区以及郊区边缘地区城市化过程在空间布局上的具体表现，是各种因素综合作用的结果。城市绿地变化驱动机制研究应更多地考虑通过模拟人地系统中微观个体的行为决策和相互作用来表达宏观绿地结构演化的自组织过程。因此，如何将微观主体的行为决策纳入城市绿地变化模拟模型，探讨微观主体的决策对城市绿地变化的影响，将是提高演化模拟精度的有效途径。

当前的城市绿地动态模拟预测方法还存在以下不足之处：

1.没有考虑到绿地的空间特性，往往将研究局限在绿地扩展的数量方面，而对绿地的空间分布预测模拟上显得不足。难以保证绿地在建设过程中满足绿地空间上的合理分布。

2. 在城市绿地的预测中只考虑自然条件下的预测，而对城市绿地有着显著影响的城市居民和政府等主体缺乏考虑，使得在绿地预测模拟的结果与真实情况差异很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合因素全面、模拟精度较高的基于MAS和CA的城市绿地变化动态预测的方法，为城市绿地的发展规划提供决策依据。

本发明基于多主体思想，结合微观主体的微观决策和元胞自动机（CA）本身的自然演化，共同决定演化结果；同时鉴于城市绿地具有区域性的特点，本发明在模型中引入控制因素层作为元胞变化的外部环境，这样使城市绿地的CA规则随空间、时间的变化更客观地模拟真实的城市绿地变化。

本发明的技术特点是，引入MAS（多主体）的优化思想，将政府、居民作为微观主体(Agent)，参与绿地演化的相关决策，附加元胞自动机本身的Logistic（逻辑）回归预测功能，共同模拟城市绿地类型的动态演变。

本发明中的多主体系统采用从底层自上而下的建模思想，与传统的从下而上的建模思路是不同的。它的核心是通过反应个体结构功能的局部细节模型与全局表现之间的循环反馈和校正，来研究局部的细节变化如何突现出复杂的全局行为。多主体系统根据研究问题所需的系统局部细节、Agent的反应规则和各种局部行为就可以构造出具有复杂系统结构和功能的系统模型。虽然其中的微观个体可能比较简单，但通过微观个体之间交互作用而引起的全局行为可能极其复杂。在多主体系统中，微观个体的行为和交互作用所表现出来的全局行为以非线性的方式涌现出来。个体行为的组合决定了全局行为，反之，全局行为又决定了个体进行决策的环境。

本发明提供的基于MAS和CA的城市绿地动态模拟预测方法，包括如下步骤:

(1)规范各类数据，包括绿地现状图层、限制图层、适宜性图层等图形数据和人口、规划等统计数据。

(2)确定模型中的Agent数目，确定各主体对城市绿地演化的微观影响。确定影响绿地演化的主体包括居民和政府两类，根据模拟的居民Agent和政府Agent的选择偏好，计算土地利用单元的区位效用及土地利用单元被居民Agent选择作为绿地的概率。

(3)结合逻辑回归模型确定影响城市绿地演化的距离变量和邻域变量，并基于各变量计算城市绿地演化的logistic（逻辑）概率。

(4)采用多主体和元胞自动机的集成模型，计算城市绿地发展的综合概率，并设定阈值确定绿地演化结果，此过程基于Arcgis Model Builder中的toolbox 建模功能实现。

(5)根据建立模型预测未来某一时相的绿地面积及空间分布，通过和实际绿地分布的对比调整模型参数，直到获得最优模型。