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系列专版
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基于耦合神经网络与元胞自动机的城镇开发边界划定——以惠州市为例

汤燕良,詹龙圣   2018/4/27 16:12:32
 

[摘 要]划定城镇开发边界是目前我国推进空间规划体系改革和城市总体规划改革的重要内容。对于如何确定城镇开发边界的规模和空间布局,目前国内尚未有明确的方法和标准。惠州市按照刚性控制和弹性引导的思路,遵循保障城镇功能完整、促进城镇紧凑集约布局和土地节约高效利用的原则,综合运用耦合神经网络与元胞自动机两种方法,通过定总量、定边界、定形态的方式划定城镇开发边界,为相关实践提供了又一种借鉴。
[关键词]神经网络;元胞自动机;城镇开发边界;惠州市
[文章编号]1006-0022(2018)04-0101-06 [中图分类号]TU984.11 [文献标识码]B
[引文格式]汤燕良,詹龙圣.基于耦合神经网络与元胞自动机的城镇开发边界划定—以惠州市为例[J].规划师,2018(4):101-106.

Coupled Neural Network Cellular Automation Based Urban Development Boundary Delimitation: Huizhou Case/Tang Yanliang, Zhan Longsheng
[Abstract] Urban development boundary delimitation is an important part of spatial planning system and urban master plan reform. There is yet no agreed method and standard for the determination of urban development boundary scale and layout. With rigid and flexible combined concept, Huizhou follows town function integrity, compact urban layout, and efficient land use principles, uses coupled neural network and cellular automation methods, delimits urban development boundary by general scale, line, and form determination, and provides a reference for other cities.
[Key words]  Coupled neural network, Cellular automation, Urban development boundary, Huizhou city


0引言

在城镇增长管理中,城镇开发边界作为一个重要的工具在世界各国得到了广泛应用。党的“十九大”报告明确提出要划定城镇开发边界,实现优化规划、节约土地,推动城市集约化发展。通过划定城镇区域和农村区域之间的界限,以及土地利用调控等手段,将城镇开发控制在边界之内。在我国,划定城镇开发边界的主要目的为控制城镇土地的松散低密度扩张,合理利用土地资源,维持生态安全与平衡,引导城镇形成合理的空间形态。然而,以传统方法划定的城镇开发边界导致大量的城镇发展区域处在划定的城镇开发边界外,急需对传统城镇开发边界划定方法进行优化。本文以惠州市城镇开发边界划定实践为例,按照保障城镇功能完整、促进城镇紧凑集约布局和土地节约高效利用的原则,结合城镇发展方向、形态和布局,运用耦合神经网络与元胞自动机方法划定城镇开发边界。

1划定思路与方法

随着惠州市城镇化进程的加速推进,城镇发展中的矛盾日益凸显,主要体现在:城镇用地数量增长过快而耕地资源极其短缺;城镇过度扩张而土地利用效率低下;新区开发建设迅猛而资源浪费严重;外延式增长突出而内部空间结构失衡等。在此背景下,划定城镇开发边界,将城镇建设控制在指定的区域内十分必要。

1.1利用耦合神经网络与元胞自动机进行城镇开发边界划定
城镇复杂变化的模拟需要使用许多空间变量和参数,而确定模型的参数值和模型结构困难很大。研究表明,在元胞自动机中采用神经网络模型耦合土地利用驱动因子与分布概率可以获得更好的效果。将神经网络(ANN)、元胞自动机(CA)相结合形成神经网络元胞自动机(ANN-CA)进行土地利用的动态模拟,并利用遥感分类图像来训练神经网络,能十分准确地确定模型参数和模型结构,消除常规模拟方法的弊端。
元胞自动机能识别区域微观的邻里变量(邻域约束)和邻域内的开发强度,因而能在迭代中模拟城镇微观发展特征。作为一种自下而上的模型方式,元胞自动机模型主要着眼于单元的局部相互作用,某一单元的状态变化主要取决于某单元自身与其相邻单元的状态组合。同时,元胞自动机可以在一定程度上反映土地利用系统的复杂行为,但难以有效反映影响土地利用变化的社会、经济等宏观因素。鉴于城镇增长的复杂性,还需引入约束条件来控制或限制模拟过程,以模拟更为真实的城镇增长结果。利用约束性ANN-CA模拟的城镇增长结果,是对未来不同发展情景模式下的城镇空间布局的判断,可以作为惠州市城镇开发边界划定的基础。

1.2采用元胞模型进行城镇用地空间分配
元胞自动机通过高分辨率空间信息能够克服传统城镇模型的局限,CA的基本研究对象是元胞,元胞可以定义为高分辨率的格网。城镇CA的基本原理是通过局部规则模拟出全局的、复杂的城镇发展模式,其具有强大的建模能力,能较好地预测城镇土地利用变化的突现、混沌和进化等特征,有助于人们认识城镇形态的演变过程。

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