[发明专利]一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市扩张边界预测方法，尤其涉及一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法。

背景技术

我国城市化进程不断加快，如何实现对城市增长的有效控制，是城市发展研究的重要课题。由于城市系统受多因素作用，其内空间活动复杂多变，以往对于城市的研究多着重于分析经济和社会因素，认为城市空间的形态和模式只是它们在地域上的投影，是经济和社会过程塑造了物质城市。基于这种城市分析方法建立的预测拓张边界的模型大多考虑因素众多，模型较为复杂，如元胞自动机模型、SLEUTH模型、CLUE-S模型、二分类逻辑回归模、多变量逻辑回归模型等。

上世纪70年代，英国伦敦大学Hillier教授提出空间句法，即一种以空间形态分析为基础分析城市空间的方法，为解决城市问题，提供了新的研究思路和手段。空间句法认为，街道路网本身是决定运动的因素之一，通过其对运动的影响塑造土地利用模式，不同类型的土地会在这种运动下找到合适的位置，如商业用地会移动到路网的人流汇集处，而其他类型土地会移动到人流较少地点。空间句法解释了人在空间中的行为与空间形态本身的关系，认为道路很大程度上决定人的行为。国内外学者基于空间句法分析了城市范围内的众多问题，如在行人和车流量分析方面，Hiller等提出人、车出行受城市内街道网络的可达性结构影响；A van Nes等，以欧洲的城镇为研究对象，基于空间句法分析道路建设与城市变化的关系，并研究环形道路对零售商店分布的影响。在城市规划方面：Jose Julio Lima等分析了上世纪末柏林的城市空间结构与社会联系特征，麦肯锡全球研究院的Chetty R.等对比美国不同规模城市分析了社会经济对住区形态的影响。城市形态格局的演变方面，Hiller等人通过研究提出，城市聚集的过程是由于不规则网格具有不均衡引力，此外还有大量著作将空间句法与GIS结合用于该方面研究。另外空间句法还被应用于城市土地利用密度、步行交通模型的构建、犯罪行为在空间上的分布等方面。自空间句法出现以来，城市范围内的研究成果颇丰，但目前基于空间句法对城市边界扩展方面的研究成果较少。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法，该方法能更真实、准确地模拟城市扩展。

本发明所采用的技术方案是：一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：提取城市建成区边界并基于空间句法绘制线段地图，其具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：提取建成区边界图，包括历史、现状和规划年三个时段；

步骤1.2：绘制轴线地图，分历史、现状和规划年三幅图；

步骤1.3：将轴线地图转译生成线段地图。

步骤2：以城市现有建成区及其周边可能发展为城市用地的区域为研究区，建立覆盖研究区的固定网格单元；

步骤3：计算空间句法形态分析变量，并赋值给格网；

步骤4：计算各网格到不同时期建成区边界距离D；

步骤5：建立多元线性回归模型，确定模型变量及对应参数，并对所建立的多元线性回归模型进行检验；

步骤6：城市扩张边界预测，其具体实现包括以下子步骤：

步骤6.1：依据所建立的多元线性回归模型，利用现状路网和规划路网，将各网格点的对应变量的取值代入模型，计算规划年各网格点到规划年建成区边界距离；

步骤6.2：绘制各网格点到边界距离的等值线，将预测结果可视化。

作为优选，步骤1.2中所述的轴线地图是利用AutoCAD绘制而成，步骤1.3中所述的将轴线地图转译生成线段地图是利用DepthmapX软件将轴线地图转译为线段地图，将Remove axial stubs的参数值设置为25％。

作为优选，步骤3的具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：计算不同时期线段法的形态分析变量F，包括不同空间尺度下的整合度I、选择度C、线密度TSL、节点值NC、深度值TD和角度连接值AnCon，即：

F∈{I_r,C_r,TSL_r,NC_r,TD_r,AnCon}，

其中r取不同的空间尺度，依据城市建成区面积确定；

步骤3.2：采用《城镇土地分等定级规程GB/T 18507-2014》中道路通达度作用分算法，将描述线段的形态分析变量F赋值给格网，记为X；其具体实现包括以下子步骤：