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准确把握城市扩张过程中空间形态的变化规律对城市规划水平的提高具有显著的现实意义,尤其对中国这样一个处在快速城市化阶段的发展中国家更是如此。城市的发展具有“自下而上”的自组织特征,这与元胞自动机(Cellular Automata,CA)的“自下而上”自组织演变特性是相符合的。因此,以CA为基础建立城市模型是一条值得探索的道路。本文在前人研究的基础上,建立了约束logistic-CA模型。该模型采用logistic回归的方法,从历史数据中挖掘几个位置特征变量对元胞状态转换的影响,增强了模型的客观性及科学性,避免了人工设置影响因子权重的主观性。该模型还引入了约束条件作用及随机因素作用,克服了标准CA在地理研究领域内的真实性不足的弱点。在CA模型核心的邻域作用上,约束logistic-CA采用了一种新的可控邻域作用模式,通过改变邻域因子的值,可以模拟出不同的城市空间形态,实现了对CA邻域作用的扩展。在ArcGIS Model Builder中实现了约束logistic-CA模型后,本文选取长沙市市区及其附近区域为实验区,对模型进行了实证研究。首先用模型模拟了1993-1998、1998-2006年两个时期内的实验区的城市扩张过程,分别获得了87.92%和76.51%的模拟精度;接下来以2006年为起点,分别用两套模型参数模拟了至2022年研究区域内的城市扩张情况。为了更加科学地对城市空间形态及模型模拟结果进行分析,本文借鉴了景观生态学中有关方法,从景观空间格局指数中提取了一组用于评价城市空间形态的指数,对现实的及模型模拟的长沙市的空间形态变化进行了定量分析。分析表明,约束logistic-CA模型可以比较好地模拟出研究区域内城市扩张过程中空间形态的变化趋势,但是在模拟该组指数绝对数值的能力上还显不足。本文最后通过对2006-2022年的两组模拟结果的分析,得出了长沙市未来将以蔓延式为主的方式进行发展的结论。