细胞自动机及在南京城市演化预测中的应用

细胞自动机(Cellular Automata)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。     

A Theory‐Based Cellular Automata for the Simulation of Land‐Use Change. 基于理论细胞自动机的土地利用变化模拟

This study proposes a theory‐based cellular automata (CA) in which CA rules are constructed on the basis of a theory of urban land‐use change and other local conditions. Rent gap theory that describes urban redevelopment and exogenous conditions that reflect urban development are embedded into a CA to simulate changes of land use. The theoretical framework provides a strong conceptual background for the CA simulation. A case study demonstrates the flexibility of the integrated framework for simulating land‐use changes in complex settings. This research aims to help decision‐makers formulate appropriate development plans.     

大数据时代的精细化城市模拟:方法、数据和案例

以地块作为基本空间单元并以城市活动主体作为模拟对象的精细化模拟是未来城市模型研究的重要方向,大数据(big data)时代的到来也为其提供了重要发展机遇。本文重点对精细化城市模型的主流建模方法进行了介绍,包括元胞自动机(Cellular Automata,CA)、基于主体建模(Agent-based Modelling,ABM)和传统的微观模拟(Microsimulation,MSM)这三种自下而上的微观模拟方法。之后结合精细化城市模型的高标准数据需求问题,对国际上通行的用于精细化模拟数据合成(population synthesis)的方法进行了综述,并给出笔者近年来在精细化城市模拟方面的多项实践案例,最后提出了以GIS为平台,结合CA/ABM/MSM方法,构建我国精细化城市模型的框架体系和关键技术,以期支持我国大城市地区空间政策的制定和评估。     

人口的区位过程与城市的分形形态——关于城市生长的一个理论探讨

基于中心地假设,从城市人口分布的Sherratt模型和Naroll Bertalanffy的城乡人口异速生长关系出发导出关于人口分布空间动力学和城市扩展时空过程的数学模型,然后借助Batty等关于城市生长的DLA -DBM模拟结果证明人口的区位选择过程与城市的分形形态存在着内在关系。文章提出了关于区域人口运动和城市形态演化的三个基本原理:信息火商增原理、异速生长原理和Logistic发展原理。     

基于DPSIR模型的城市人居环境韧性评价——以长三角城市群为例

本文将韧性原理引入到人居环境中,首次对城市人居环境韧性进行定量研究.基于DPSIR模型构建城市人居环境韧性评价指标体系,综合运用熵值法、GIS空间分析法和地理探测器技术,以2006、2010、2014、2018年为研究时间节点,对长三角城市群26个城市的人居环境韧性时空演化特征及影响因素进行分析.研究发现:①长三角城市...     

珠三角中心镇城市化对区域城市空间结构的影响——基于CA的模拟和分析

在珠三角的城市化过程中,中心镇的城市化对区域城市空间结构的形成和发展具有重要的影响,定量地研究中心镇的城市化对揭示珠三角地区城市化过程与城市空间结构的变化具有重要意义。本研究以东莞市为例,运用城市元胞自动机模型,模拟市域内1988-2004年的城市扩张过程,分析中心镇城市化对整个城市空间结构的影响。主要结论:1988-1993年,中心镇的城市化对区域城市空间结构影响较小,城市主要沿道路扩张,城市在空间布局上相对松散;1993-1997年,中心镇对区域城市空间结构影响增强,城市以中心镇为中心的扩张非常明显,城市空间沿道路的扩张,基本形成了渐进扩散式的"点-轴"空间发展模式,形成沿道路和中心镇扩展的格局;1997年以后,中心镇的辐射作用进一步增强,形成了"点-轴-集聚区"的城市空间扩展模式,城市空间扩展区在空间上更集中于中心镇。     

AUTOMOBILE USE AND LOCATIONAL INTERDEPENDENCIES

ABSTRACT. Congestion and pollution externalities from automobile use are simultaneously included in an urban monocentric model. The externalities enter household utility functions directly, and result in a complex interdependency in household location decisions in the city. Implications of the model are drawn out by a simulation and complete sensitivity analysis. The two unpriced externalities are examined for their impact on urban structure, and contrasted with each other. Also, the effect of changes in speed of travel are examined for the impact on urban structure. Speed affects the level of both external effects, and is affected by location decisions.     

Multiagent Systems and the Dynamics of a Settlement System

In order to simulate the evolution of a system of settlements with a dynamic model, many processes must be integrated: the spatial aggregation of population, the complexification of urban activities, and the increasing hierarchical differentiation of settlements. The model must also simulate the progressive structuration of the settlement system through a growing variety and enlarged range of interactions between its elements. “Multiagent systems” provides a flexible modeling method for dealing with the multiple spatial interactions of cooperation and competition and relations that generate and regulate the evolution of a settlement system. Its principles are described and applied to building an evolutionary model, including a simulation tool. The model combines economic and spatial rules to produce birth, growth, decline, and functional diversification of the towns. The “urban transition” from an agrarian settlement system toward a hierarchical system of trade- and manufacturing-oriented towns and cities can be simulated.     

Agent-based simulation of the spatial evolution of the historical population in China

This paper presents an agent-based simulation (ABS) and cellular automata (CA) coupled model to simulate the spatial evolution of the population of China over the past 2000 years. In the model, agents are used to simulate individuals who live in a geographic environment represented by the CA. The choice to migrate is influenced by climate change, potential agricultural productivity change, and waves of mass migrations. Using the simulation, we can observe the spatial evolution of the population, as well as the shift of the population center of gravity, and we can analyze the driving forces of these changing spatial patterns.     

基于综合可达性的北京城市增长模拟与管控模式优化

社会经济活动的空间重构与交通设施配置息息相关,可达性成为优化城市空间结构,调控城市空间开发的重要手段。在以矢栅一体化的综合可达性测度并构建城市增长模型的基础上,对北京城市增长进行了成功模拟,透视了基于综合可达性导向发展模式的基本特征与主要问题,并提出了基于综合可达性的城市增长调控模式优化方案。研究发现：①城市增长密集发生在建成区周围可达性优越的区域,随着与城市中心的距离增加,城市增长的概率降低,反映了北京单中心的城市发展模式;②受城市规划与交通设施规划失调影响,可达性提升程度越大的区域并不一定带来更高的城市增长开发概率,严重削弱了可达性对城市增长的引导作用;③基于综合可达性的城市增长调控模式的优化方案,要以交通设施规划为基础,并合理耦合空间规划,才能更为有效地引导城市空间良性增长并预防规划失效。基于综合可达性的城市增长模型建立与调控模式优化方案的提出,对于确立与提升交通引导城市增长的基础性地位,优化城市空间结构具有重要的理论和现实意义。     

中国城市群“文—旅—科”产业融合发展水平攀升规律的定量模拟与验证

在城市群的形成发育过程中，伴随着城市群内部文化、旅游、科技产业资源优化再配置和协同集聚效应的共同作用，城市群“文化—旅游—科技”产业融合发展水平表现为随时间序列呈指数式增长的攀升态势。本文通过对城市群“文—旅—科”产业融合发展水平攀升规律的基本原理进行分析，建立相关数理模型得到几何表达式；继而构建城市群“文—旅—科”产业融合发展的评价指标体系，运用引入时间调整系数改进的耦合协调度模型，计算得到中国城市群及所辖城市的产业融合发展水平并进行时空演化分析；最后使用模拟验证的方法对中国城市群“文—旅—科”产业融合发展水平攀升规律进行拟合验证，探究中国城市群的产业融合发展路径。     

Interpreting Urban Food Supply and Distribution Systems from Faunal Assemblages: An Example from Colonial Massachusetts

Animal bone assemblages from four historical sites in eastern Massachusetts are analysed in a comparative framework to interpret aspects of urban food systems. Characteristics of the urban environment and the nature of food supply and exchange systems are interpreted from taxonomic representation, body part representation, butchery patterns, and age and seasonal slaughtering patterns. These analyses show that specialized husbandry to supply urban markets was limited during the seventeenth and eighteenth centuries, and that many aspects of urban food distribution systems followed traditional rural patterns. A model that explores the relation between patterning of bone collections and characteristics of urban areas is applicable to other studies of urban assemblages. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

Gibrat Revisited: An Urban Growth Model Incorporating Spatial Interaction and Innovation Cycles. 再评吉尔布瑞特：顾及空间相互作用和创新周期的城市增长模型

We designed a geographical model for simulating the distribution of urban growth in systems of cities. The model incorporates the hierarchical and spatial diffusion of innovation cycles through gravitational interactions within a set of cities. Using theoretical simulations, we demonstrate that this model is able to reproduce the observed properties of urban systems for the log‐normal distribution of city sizes as well as the observed distribution of growth rates. Our experimentation was performed on a large harmonized historical database that includes a few hundred French urban agglomerations between 1831 and 1999 (Pumain‐INED database). Both spatial interaction and innovation cycles are necessary ingredients to explain the evolution of urban hierarchies. We suggest that Gibrat's generic stochastic growth model based on independent entities should be replaced by a more relevant model of spatially and temporally interdependent geographical entities.     

City size distributions and urban density functions: some interrelationships

This paper is concerned with "relating the apparent regularities of the population distribution within individual cities to the regularities with which the urban population of a nation is distributed among cities....An attempt is first made to draw the two distributions together in mathematical terms. The discussion then turns to a theoretical consideration of possible interrelations between the two distributions, after which the temporal variation of the parameters of each distribution is examined. This leads to the outlining of an evolutionary model of urban-system development, based on the passage through a number of stages." The analysis focuses on urban systems in Europe and North America.     

城市创新基础设施空间格局与创新产出——基于中国290个地级及以上城市的实证分析

知识经济背景下,创新成为区域与城市发展的关键,而创新基础设施作为国家和区域创新体系的重要组成部分,在提供创新支撑、聚集创新资源、提升创新能力等方面具有重要作用。本文首先界定了创新基础设施的概念,构建了测度城市创新基础设施的指标体系,之后基于中国290个地级及以上城市的数据,使用主成分分析和GIS技术分析中国城市创新基础设施的空间格局,并通过构建知识生产函数模型,实证研究城市创新基础设施对城市创新产出的影响。研究表明：①创新基础设施是指保证创新相关活动顺利进行的各种物质工程设施和公共服务系统的总和,包括支撑创新活动的国家重大科技基础设施、科教基础设施、产业技术创新基础设施及创新创业服务基础设施。②中国城市创新基础设施水平整体偏低,且存在显著的空间差异,整体上表现为东部发展水平高于西部。③中国城市创新基础设施水平对城市创新产出具有显著的正向影响。研究从政策层面进一步明确了创新基础设施建设的重要性,为国家推进创新基础设施建设提供科学依据。     

风险视角下的城市聚落形成模拟

幂次法则是普遍存在于自然科学和社会科学界的现象,而城市位序-规模法则是幂次法则在城市科学中的体现之一,然而特定城市规模分布一直缺乏完整的解释。本文尝试结合城市增长过程中土地开发行为的报酬递增规则与土地开发主体的风险认知行为,以城市增长的微观过程为切入视角模拟宏观城市聚落演化过程,进而探讨风险态度对城市聚落形态,尤其是对其规模分布的影响。研究结果表明：①即使城市聚落演化过程中存在多种风险态度,幂次法则在城市聚落的规模分布中仍保持着稳健性; ②现实世界中城市聚落规模分布的变异和稳定可能来自城市主体风险态度的多样性。     

基于GIS的西安市城市扩展与模拟研究

本文以西安市为研究区域,以2002年ETM影像和2007年TM影像遥感数据为城市扩展动态变化的主要信息来源,采用逻辑回归模型并结合GIS技术对西安市的城市空间扩展进行模拟。研究选取了道路、河流、地裂缝、地面沉降、人口和GDP等6个因子,建立了西安市城市扩展的逻辑回归模型,并根据所建立的模型对西安市的城市扩展进行了模拟,结果表明,所建立的逻辑回归模型能够较好地模拟西安市的城市扩展,对西安市城市扩展的驱动力具有较强的解释作用,其中对城市扩展影响最重要的因素为距道路距离。     

鲁南区域城镇体系建设研究

本文从规模结构、职能结构和空间结构等3个方面,通过定量分析和比较研究,探讨了鲁南城镇体系的特点,在此基础上,设计了鲁南"双心"型的中心城市结构,提出了各类型城镇的发展方向和强化区域城镇体系建设的对策。     

基于区域城市体系的旅游地域系统空间组织研究——以江苏为例

本文强调了旅游资源"集中性"的功能属性,并区分了地域、线性、等级、节点四种集中性,揭示了旅游资源经济、交通指向性的空间布局特征。通过分析旅游地域系统同区域城市体系在要素、结构及功能上的多层耦合关系,归纳出一定区域城市支持下的旅游地域系统空间组织---地域旅游城市网络等级体系模式。并通过分析城市体系空间结构、城市旅游功能结构,结合旅游业产业特性,划分出三个等级构成:中心旅游城市、旅游城市、特色旅游城镇或旅游景区。最后给出了江苏地域旅游城市网络体系空间组织。