细胞自动机及在南京城市演化预测中的应用

细胞自动机 (CellularAutomata)是一种具有时空计算特征的动力学模型 ,其最主要的特点是复杂的系统可以由一些很简单的局部规则来产生 ,特别适合城市等空间复杂系统的时空动态模拟研究。本文利用地理信息系统 (GIS)和细胞自动机的有机集成而构筑的CA -Urban模型模拟南京市的土地利用的动态演化过程。对南京三个开发区的发展以及南京能否跨江发展等存在争议的问题作了预测和评估。通过设置不同的转换规则、参数 ,从一个侧面为我们展示了城市系统的宏观演化的可能模式 ,为城市规划等提供了辅助决策。最后提出了模型的缺点及其展望。

关于城市演化的非线性动力学问题

关于城市演化的非线性动力学问题李后强，艾南山（四川大学物理系，成都６１００６４）城市系统是一个很复杂的问题，许多优秀学者为此贡献了聪明才智，留下了不少有价值的理论成果。在城镇区位理论中，德国地理学家克里斯塔勒（Ｗ．Ｃｈｒｉｓｔａｌｌｅｒ）在３０年代创...

禀赋、制度、道德:中国城市演化路径的因素驱动与城市经济思想研究

城市伴随着工业化和现代化的发展愈发体现出重要的作用,而城市的发展机制自古暨有并从未间断。通过对中国城市初始演化的路径进行分析和运用数据模型论证各时期影响城市数量的主要因素与特征发现,影响城市发展的重要因素有地理禀赋、经济机制、道德文化、政治体系,且四种因素在不同阶段体现出不同的特征,在上述四种驱动因素分别发挥主要作用的机制背景下,不同的历史时期产生了不同的具有代表性的城市发展思想。

基于自组织视角的城市演化实证研究——以阆中古城为例

城市的演化是一种自组织过程,东西方城市概莫例外。通过以阆中古城为例,对阆中古城保存下来的具有自组织特征的城市要素进行分析。在此基础上,从城市区位优势、交通导向、重心转移、功能变迁以及产业升级五个层面,对古城自组织演化的历程进行了阐释,并得出结论:自组织作为城市演化的一种内在机制,具有自行趋优的特点。

混沌和分形理论揭示了建筑和城市演化的图景

建筑和城市的发展是继承的发展,遵循迭代机制,而迭代机制是混沌和分形理论的基础,混沌和分形理论是研究建筑和城市的重要工具。建筑和城市的演化具有初值敏感性、分岔、内在随机性、奇怪吸引子、自相似等特性。初值敏感性揭示出创新是建筑和城市发展的源泉;分岔揭示出建筑和城市的发展具有多种可能性;内在随机性揭示了建筑和城市应动态规划和动态设计,并建立有效的反馈机制;奇怪吸引子揭示了建筑和城市的发展遵循发散和收敛机制,收敛机制表现为选择,建立科学的选择机制是建筑和城市健康发展的关键;自相似性揭示了建筑和城市的发展不是组成元素简单放大的过程,而是层次不断增加的过程,而且部分和整体之间具有自相似的特性。混沌和分形揭示了建筑和城市演化的图景。

探析21世纪的城市演化

21世纪是城市的世纪,探讨21世纪的城市演化趋势有利于我们更好建设今天的城市。

地图与城市演化进程的分析比较互融机制研究

城市如同一个生命有机体,有其内在的演化进程。地图是在主观认识基础上的城市形态符号化表达,展示城市形态演化和生命发展历程,并影响着城市治理者和市民对城市的认识理解以及规划构建。以《武汉市地图集》为例,从时间演化、空间变迁、文化构筑、经济发展、功能转换等角度诠释了地图与城市演化进程的互融机制。

国家创新型产业集群试点政策对城市经济演化韧性的影响研究——来自长三角城市群的经验

文章在阐明城市经济演化韧性内涵的基础上,从适应与调节力、创新与转型力、持续与再组织力3个维度,分14个三级指标构建了城市经济演化韧性的指标评价体系,并基于此体系,运用熵权-TOPSIS法测度了2009-2019年长三角城市群26个地级及以上城市的经济演化韧性水平。此外,本文还根据城市是否包含创新型产业集群试点将其分成两类,通过对二者进行差异分析,探究创新型产业集群试点政策对城市经济演化韧性的影响。研究结果表明,长三角地区各城市的经济演化韧性水平差异显著,东部沿海城市的经济演化韧性相对更高;创新型产业集群试点政策能够推动城市经济演化韧性实现长期增长;创新型产业集群驱动城市经济演化韧性等级提升。

长株潭都市圈城市空间演化情景预测及其耕地影响分析

长江经济带建设是新时期中国经济社会发展的重大战略之一。城市群国土空间的合理规划与科学管理对长江经济带健康、可持续发展具有重要的意义。位居长江中游的长株潭都市圈经历了快速的城镇化过程,城市扩展对区域资源与环境产生了深刻的影响,但目前该区域国土空间格局及变化预测的研究不足,城市空间扩展对耕地保护的影响尚不明确。本文基于极限学习的城市扩展元胞自动机模型,在自然增长、规划发展、生态优先三种城市发展情景下,模拟预测了2030年长株潭都市圈城市空间格局,分析了城市空间演化对耕地面积及其空间分布的影响。研究结果表明:(1)在自然增长、规划发展、生态优先三种城市发展情景下,2030年长株潭都市圈建设用地将分别达到1295.08、1166.44、1104.78 km^(2)。在三种城市发展情境下,长株潭都市圈建设用地均以边缘增长为主,向外扩展延伸,城市一体化趋势显著;(2)在自然增长、规划发展、生态优先三种情景下,2030年长株潭都市圈耕地将分别减少到2088.30、2134.94、2199.45 km^(2)。城市建设用地的扩展导致区域耕地面积的减少,从粮食安全与可持续发展的角度,生态优先的发展模式是未来长株潭都市圈优选的发展模式。研究结论可为长株潭都市圈城市空间规划与管理提供科学依据,为长江经济带城市生态安全和可持续发展提供参考。

基于核主成分元胞模型的城市演化重建与预测

通过元胞自动机(CA)模拟和重建城市演化的复杂非线性过程,对于城市土地利用规划和决策具有指导意义。利用传统线性方法获取的地理CA转换规则,较难刻画城市演化的时空动力学过程。基于核主成分分析方法(KPCA),通过核函数映射,在高维特征空间下不仅能够对多重共线的空间变量进行非线性降维,且由此建立的地理元胞模型KPCA-CA参数物理意义明确,能够较好地体现城市化过程的非线性本质。基于GIS环境下自主研发的地理模拟框架SimUrban,利用该KPCA-CA模型模拟和重建了快速城市化区域上海市嘉定区1989-2006年城市演化过程,并预测了研究区2010年的城市空间格局。模拟结果显示,嘉定区城市主要沿中心区域及主干道路而扩展,体现了KPCA方法提取的前两个主成分的作用,与城市实际发展情况相符。利用混淆矩阵和面积控制精度等指标,对模拟结果进行了评价,得到总体精度为80.67%、Kappa系数为61.02%,表明模拟结果与遥感分类结果及统计结果符合程度较好;与传统基于线性方法的地理CA模型比较,KPCA-CA模型模拟结果精度更高。

城市演化的多主体(multi-agent)模型研究

采用基于主体建模(Agent-basedModeling,ABM)的方法设计了一个城市演化的模拟模型,旨在探索城市中居民、企业等大量微观主体非线性互作互动而导致的宏观空间结构的演化过程.作者针对城市空间演化的几种典型模式,利用在Swarm环境下实现的多主体(multi-agent)城市模拟系统,通过微观层面的动态模拟进行分析和对比,并结合定性的认识对所模拟的城市演化模式进行了评价和讨论,为可持续的城市规划和管理提供理论支持.

城市形态演化的粒子群智能随机元胞模型与应用--以上海市嘉定区为例

城市形态演化是一个非线性的复杂时空动态过程,认识、理解和模拟此变化过程,有助于探索城市扩展的机理。地理元胞自动机(CA)因其较强的复杂系统模拟和预测能力,越来越多地应用于城市形态的演变研究。CA"自下而上"的结构特性,与粒子群智能(PSO)由底层单元交互而呈现系统全局的自组织性,本质上是一致的。本研究将两者结合,以模拟结果和真实形态的差异最小化为基础,利用粒子群智能,以快速随机搜索的方式,获取CA参数的优化组合和模型结构,从而建立了一种粒子群智能地理元胞自动机模型(PSO-CA)。以上海市嘉定区为案例,通过较长时段的历史数据对PSO-CA模型进行校正,成功模拟了该区域1989-2006年的城市形态演化过程,并进行了2010年发展预测。与传统地理CA模型比较,PSO-CA模型模拟结果的精度更高。

城市系统演化的复杂性研究

城市演化是由复杂多样的动力和主体推动的,受全球、国家和地方尺度的多重影响,表现出复杂的演化规律和特征。笔者认为城市系统演化模式与过程的研究需要发展一个基于复杂性理论的跨学科的分析框架。本文首先提出一个城市系统演化的概念模型,然后运用层次理论分析了城市系统演化的复杂相互作用,论述了城市系统演化的组成异质性、时空复杂性、决策复杂性等复杂性表征,最后讨论了城市系统演化的各种复杂规律。

城市扩展与空间形态演化动力机制的研究进展

在城市化快速发展的背景下,城市扩展迅速,城市空间形态演化显著。从城市扩展和城市演化的方式以及相关概念出发,总结了国内外城市扩展与空间形态演化的动力机制,将城市扩展与空间形态演化的动力机制划分为城市经济、人类生态、数理科学、城市地理和景观生态等学派,并讨论了各学派的研究对象和应用范围。

我国多中心城市空间自组织过程分析——克鲁格曼模型借鉴与泉州地区城市演化例证

本文试图通过以下研究增强克鲁格曼模型的应用性 :( 1 )对克鲁格曼模型“假设”进行分析和重新解释 ;( 2 )引申“分隔模型” ,获得一个更有解释力的城市演化对偶涡流理念 ;( 3 )移植泰勃特理论 ,弥补克鲁格曼模型缺漏的区位固有因素影响分析。然后 ,用对克鲁格曼模型的新理解 ,来分析一个我国典型的多中心城市———泉州地区城市———的演化过程。在分析过程中又对克鲁格曼模型的自组织原理扩展改进 ,实证克鲁格曼模型的基本原理。

城市形态演化研究

在讲述国内外城市形态演化研究进展的基础上,总结了目前国内研究存在的不足,主要表现为:①从研究对象看,总结性、概括性的研究多,针对性、个案性的研究少;②从研究手段看,已有研究大都是基于传统的历史资料或统计数据,与GIS、GPS和RS等新技术结合的研究较少,且主要停留在定性描述的层面上,缺少城市形态参数与城市的环境条件、结构和功能之间关系的数量分析,在时间序列上对城市形态作量化对比较少;③缺乏对城市形态演变各种动力因素的综合性研究;④对城市的演化过程分析,大都仅仅是从城市形态方面研究,很少定量计算城市扩展或城市形态变化而导致的对周边土地的利用等.

建立在信息媒介和合作网络上的智慧城市——评《智慧城市的演化:管理、模型与分析》

当前,智慧城市的可持续发展问题是我国的一项重要议题,其所具有的潜力得到了全球范围的极大关注。在向智慧城市演化的过程中,由于信息媒介和合作网络具有创新性和革命性,这为智慧城市的发展打下了基础。由马克·迪金（Mark Deakin）编著、华中科技大学出版社2016年4月出版的《智慧城市的演化：管理、模型与分析》一书,是一本适合城市规划人员和研究者阅读的重要作品。

帕雷托公式重构及其与城市体系演化

本文首次提出并论证了帕雷托公式关于城市体系规模结构“均衡度”和“结构容量”两个指数 ,并以此对传统的帕雷托公式进行重新构建。重构后的帕雷托公式不仅成为描述城市体系规模分布的一般性模式 ,还全面展示了城市体系的各种演化状态 ,使其应用范围得以扩展。最后本文成功地运用重构后的帕雷托公式对“八五”

地理特征元胞自动机及城市土地利用演化研究

将综合了几何和非几何属性的地理特征概念引入元胞自动机 ,构建了地理特征元胞自动机概念模型。通过对深圳特区土地利用演化的实证研究表明 ,地理特征CA可以更真实地描述元胞地理信息、局部空间关系和演化规则 ,理论上是可行的 ;

我国城市化进程中的城市空间演化研究

分析我国城市化进程中城市空间演化的问题。提出协调我国城市化进程与城市空间演化过程的对策建议 :协调重点是盘活现有城市用地 ;协调核心是控制城市用地的外延扩张 ;协调关键是优化城市用地结构 ;