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人工城市空间系统建模与仿真研究

作　者: 蔡琳
导　师: 薛惠锋
学　校: 西北工业大学
专　业: 系统工程
关键词: 城市空间演化人工城市空间系统多主体系统平行系统仿真
分类号: TU984.113
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 238次
引　用: 4次
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内容摘要

20世纪80年代以来，信息技术革命加快了经济全球化发展的步伐，进而加快了城市化发展的进程。认识和理解中国城市化过程中城市空间演化的基本规律，建立城市空间演化动态模型，对城市空间演化过程中的动态行为进行有效的描述、模拟和预测，对于提供区域发展决策支持，不仅具有积极的理论价值，而且具有突出的现实意义。城市空间演化系统是一个复杂系统，区域空间结构的演化被认为是大量微观主体的区位决策在时间维的累积和空间维的集聚过程，同时还应该重视宏观变化对微观主体的反馈和约束。这种微观和宏观不同尺度的关系问题已经成为当前城市空间演化系统研究关注的焦点。从城市系统中各个微观主体的交互作用，以及各主体与环境间的交互与反馈的角度来研究城市空间演化，能够更真实地模拟复杂的现实城市空间系统。本文以城市空间演化为主要研究对象，将城市社会经济系统和空间系统相互融合，利用人工社会、平行系统等方法和理论，首次提出了人工城市空间系统的概念和框架；创新性地采用“自下而上”的MAS建模技术，构建了人工城市空间系统演化模型，模型中选取城市系统中的家庭、工业企业和商业企业三类典型主体，对其影响城市空间演化的迁移、消亡、繁衍等具体行为进行了详细的模型设计，实现了城市空间中各类主体以及主体与环境间的交互作用；利用Swarm平台和Java语言，完成了模型的仿真程序。重现城市化过程的仿真结果表明，所建立的人工城市空间演化系统的MAS模型具有合理性，能够对城市空间系统的自组织演化过程做出较好解释。模型演化的结果还显示出单中心城市的空心化等问题，为寻求这些城市化问题的有效解决方案，结合情境分析方法，进行多次双中心城市空间发展模式的实验，得到了加入干预因素即政府调控机制的恰当时机，这一创新性的工作对更为合理地规划城市发展格局有启发意义。人工城市空间MAS模型模拟的城市空间的演化揭示了城市发展的某些深层次的客观规律，并且能够探索城市未来发展的多种可能，实验的一些结论对城市规划具有积极的指导意义，其中，双中心城市等的城市发展方案，为城市规划尤其是新城区规划的决策提供了更多的支持。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章前言  10-19
  1.1 研究目的、意义  10-11
  1.2 文献综述  11-16
    1.2.1 "自上而下":城市空间演化模型研究历史  11-12
    1.2.2 "自下而上":城市空间演化模型研究发展  12-14
    1.2.3 ABM及MAS:城市空间演化模型研究新思路  14-16
  1.3 研究对象及研究方法  16-17
    1.3.1 主要研究对象概念界定  16
    1.3.2 研究方法及技术路线  16-17
  1.4 论文框架及工作  17-19
第2章人工城市的理论基础  19-29
  2.1 平行系统  19-22
    2.1.1 平行系统的概念  19-20
    2.1.2 平行系统运行的基本框架  20-21
    2.1.3 从单一世界到多重世界  21-22
    2.1.4 从单个最优解到多个有效解  22
  2.2 人工科学  22-29
    2.2.1 人工系统与自然系统  22-23
    2.2.2 人工生命  23-25
    2.2.3 人工社会到人工城市  25-29
第3章城市建模方法比较  29-38
  3.1 基于元胞自动机(CA)的城市模型  29-31
    3.1.1 CA的定义和特点  29-30
    3.1.2 CA在城市建模应用中的发展  30
    3.1.3 城市CA模型的优缺点  30-31
  3.2 GIS在城市建模中的应用  31-34
    3.2.1 GIS概述  31-33
    3.2.2 GIS在城市建模中的应用  33
    3.2.3 GIS技术应用在城市建模中的优缺点  33-34
  3.3 MAS方法及其在城市建模中的应用  34-38
    3.3.1 主体(Agent)的概念和特性  34-35
    3.3.2 ABM与MAS方法  35-36
    3.3.3 基于主体方法的应用领域  36-37
    3.3.4 MAS方法在城市建模中的应用优势  37-38
第4章城市MAS建模的技术平台  38-49
  4.1 MAS建模方法  38-40
    4.1.1 MAS的建模机制  38
    4.1.2 MAS的建模步骤  38-39
    4.1.3 MAS模型实现的主要难点分析  39-40
  4.2 MAS建模平台综述与比较  40-42
    4.2.1 MAS建模平台综述  40-41
    4.2.2 MAS建模平台比较  41-42
  4.3 基于SWARM平台的MAS模型的实现  42-49
    4.3.1 Swarm平台概述  42-43
    4.3.2 MAS模型在Swarm平台上的实现组件  43-46
    4.3.3 MAS模型在Swarm平台上的实验步骤  46
    4.3.4 MAS模型在Swarm平台上的编制流程  46-49
第5章人工城市空间系统MAS模型的设计与实现  49-63
  5.1 城市的平行系统分析及人工城市的概念模型  49-53
    5.1.1 城市空间演化概念模型  49-50
    5.1.2 城市空间演化平行系统  50-52
    5.1.3 人工城市空间系统的MAS概念模型  52-53
  5.2 人工城市的MAS模型  53-56
    5.2.1 CA模型实现中间系统  53
    5.2.2 ABM模型实现社会系统  53-56
  5.3 基于SWARM的人工城市空间系统MAS模型的实现  56-63
    5.3.1 城市空间演化MAS模型控制流程  56
    5.3.2 模块的设计与划分  56-57
    5.3.3 各子模块的实现  57-63
第6章人工城市空间系统MAS模型的仿真分析  63-75
  6.1 单中心人工城市模型:城市化过程的再现  65-68
    6.1.1 实验1:单中心城市化形成过程仿真  65-67
    6.1.2 实验1仿真结果及城市化过程分析  67-68
  6.2 单中心人工城市模型:城市空心化(逆城市化)  68-70
    6.2.1 针对实验1结果的分析  68-69
    6.2.2 实验2:抑制中心地价升高的趋势  69-70
  6.3 双中心人工城市模型:城市规划的政策讨论  70-75
    6.3.1 实验3:单中心形成时的干预  71-72
    6.3.2 实验4:单中心形成前的干预  72-73
    6.3.3 实验5:有单中心形成趋势时的干预  73-75
第7章结论与展望  75-77
参考文献  77-83
发表论文和参加科研情况说明  83-84
  1 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文  83
  2 作者攻读硕士学位期间参编专著与书籍  83
  3 作者攻读硕士学位期间参与的项目  83-84
致谢  84-85
附录  85-86

人工城市空间系统建模与仿真研究

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