[发明专利]一种基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型

说明书

本发明公开了一种基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型，主要包括以下步骤：A、规划问题描述；B、构建规划目标函数；C、模型结构设计；D、模型计算流程；E、模型测试实验，本发明公开的基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型能够合理地对城市生态用地的空间布局进行配置，明显提高了城市生态用地生态效益和空间集约性。

技术领域

本发明涉及城市生态用地规划方法领域，具体为一种基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型。

背景技术

在发展中国家，城市化过程往往伴随着城市空间的急剧扩张，使得人类对于各种资源的开采、利用达到前所未有的强度，人与自然环境的矛盾日益突出。在巨大的发展压力和较为脆弱的生态条件下，如何有效地维护和恢复城市的生态系统服务，协调城市发展和生态保护之间的矛盾，已经成为紧迫而现实的问题。因此，保护必需的城市生态用地对于维持城市生态系统健康、改善城市居民生活质量和城市可持续发展具有重要作用和意义。城市生态用地是为实现城市可持续发展的目标，保护城市生态环境而划定的非建设用地空间。一般包括：农业保护区、水源保护区、生态保护区以及城市长远发展需要控制的绿化隔离带等非城市建设用地。城市生态用地规划是城市生态系统保护的重要基础和前提，其本质是一种复杂的NP-hard组合优化问题，不仅要保证规划指标的数量，还要确保生态效益、集约性和完整性和城市发展空间等一系列空间目标和布局约束。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于蚁群优化算法的城市生态用地空间规划模型，其特征在于：主要包括以下步骤：

A、规划问题描述：包括以下内容：

a、城市生态用地效益一般受绿地覆盖度、固炭量、绿地空间位置、景观形态等指标的影响；而生态适宜性研究是生态效益的重要基础和前提，两者具有紧密的联系；采用生态适宜性来代表生态效益，将生态效益问题就转化为获取研究区生态适宜性之和最大化问题，即，生态用地规划的目标是在一定面积条件下要获得尽量多的生态适宜性，即式中，f_eco表示栅格单元生态适宜性函数，k为第k个栅格单元，m为栅格单元总数；

b、城市生态用地需满足：最大空间紧凑度和最小最邻近距离，即：maxf_cl和minf_dist；maxf_cl表示最大空间紧凑度，minf_dist表示最小最邻近距离；

B、构建规划目标函数：根据空间约束条件建立单一性复合目标函数，该函数表达多目标空间约束条件下的城市生态用地分布，建立目标函数如下：

式中，maxf_goal代表目标函数最大化，表示蚂蚁的平均生态适宜性，m为栅格单元总数，f_dist表示最邻近空间距离，f_cl表示紧凑度指数。当f_dist小于1时，样本点成聚集状态，当f_dist接近于0时，样本点接近完美聚集，在(0，1]之间，当f_ci越大，说明空间形态越紧凑，当f_ci接近于1时，空间形态将达到最紧凑状态，kc、kd、ke分别代表各因子的调节系数；

C、模型结构设计：包括以下步骤：

a、定义蚂蚁结构体：定义蚂蚁结构体数组Ant[]，存储蚂蚁的属性信息，包括：蚂蚁坐标位置、蚂蚁适应性值等，每次迭代后，蚂蚁结构体数组随着禁忌矩阵动态更新信息；