基于Urban-ABM的城市建设用地扩张模拟研究 ——以楚雄市为例

论文摘要

城市化是社会发展的一种必然现象。自改革开放以来,我国的城市发展迅速。但伴随城市化的交通拥堵、环境污染及盲目扩张等问题日益突出,对城市可持续发展产生重大影响。城市扩张受人类行为影响较大,而多主体模型就是从“人”的角度出发,模拟人的行为决策对城市扩张的影响,“自下而上”的模拟城市扩张动态过程,探寻城市扩张过程中主体的作用和影响机制,有助于城市绿色健康发展。本文以楚雄市城区为研究区,基于1990年至2015年四期土地利用数据,从扩张速度、扩张强度以及扩张空间格局三个方面分析了研究区内建设用地变化情况,然后对城市扩张中的多主体层和环境要素层进行了分析,重点制定了相应的行为决策规则,并加入了主体的建设行为。在ArcGIS平台的支持下,采用Python编程语言和GDAL模块构建了城市扩张模拟程序（Urban-ABM）,应用Urban-ABM模拟程序对研究区的建设用地进行了模拟,并预测了不同情景下2025年研究区内的建设用地分布情况。主要研究内容及结论如下:（1）对楚雄市的土地利用时空格局和研究区建设用地时空格局进行了分析。结果表明,建设用地主要来自于耕地,且其变化速度及幅度是最大的,扩张速度也在持续增加,扩张方向先向西北后向东南。（2）构建城市建设用地模拟模型框架。首先对环境要素层和多主体层进行分析,阐述了主体间、主体与环境间的相互作用关系,在此基础上构建了主体的行为决策规则:居民主体基于最大效用值选择位置;开发商主体依据开发概率值和“建成率”进行开发建设;政府主体在整个扩张过程中具有约束作用。在模型中为使模拟更加真实,在开发商和政府主体的行为决策中加入了建设行为,即在城市扩张的过程中,开发商和政府主体会根据扩张的规模对学校、商场、交通站以及公园广场等设施进行建设。由于研究区为山区,对其高程和坡度做了相应的“缓冲”分析。（3）Urban-ABM模拟程序的编写及应用。基于城市建设用地模拟模型框架,使用Python编程语言和GDAL模块编写Urban-ABM模拟程序。并应用此程序对研究区1990年至2010年的建设用地扩张进行了模拟,模拟结果较为吻合,模拟精度为70.4%。并基于研究区2015年的土地利用数据,预测了不同情景下2025年研究区内的建设用地扩张情况。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与研究意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•     1.1.3 选题依据
•     1.1.4 项目支撑
•   1.2 多主体模型国内外研究综述
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 研究内容与技术路线
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 技术路线
•     1.3.4 论文结构
• 第二章 研究区与数据预处理
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 自然概貌
•     2.1.3 社会经济概况
•   2.2 数据来源
•     2.2.1 土地利用数据
•     2.2.2 其他数据
•   2.3 数据预处理
•     2.3.1 土地利用数据预处理
•     2.3.2 DEM数据预处理
•     2.3.3 其他数据预处理
• 第三章 研究方法和理论基础
•   3.1 土地利用/覆被变化分析方法
•     3.1.1 GIS空间分析法
•     3.1.2 土地利用转移矩阵
•     3.1.3 土地利用动态度
•     3.1.4 土地利用变化重要性指数
•     3.1.5 建设用地扩展速度
•     3.1.6 建设用地扩展强度指数
•     3.1.7 建设用地重心测算
•   3.2 复杂系统理论
•     3.2.1 复杂系统
•     3.2.2 城市土地利用的复杂性
•   3.3 多主体模型
•     3.3.1 主体（Agent）
•     3.3.2 多主体模型
• 第四章 楚雄市土地利用/覆被变化分析
•   4.1 楚雄市土地利用变化特征
•     4.1.1 楚雄市土地利用总体特征
•     4.1.2 楚雄市土地利用/覆被变化转移分析
•     4.1.3 楚雄市土地利用动态度分析
•     4.1.4 土地利用变化重要性指数
•   4.2 建设用地扩张特征分析
•     4.2.1 楚雄市城区建设用地扩张速度分析
•     4.2.2 楚雄市主城区建设用地扩张强度分析
•     4.2.3 楚雄市城区建设用地扩张空间格局分析
•   4.3 本章小结
• 第五章 城市建设用地扩张的Urban-ABM模拟程序实现与应用
•   5.1 程序设计
•   5.2 环境要素层
•     5.2.1 土地利用层
•     5.2.2 交通便利层
•     5.2.3 生活便利层
•     5.2.4 教育资源层
•     5.2.5 环境质量层
•     5.2.6 开发限制层
•   5.3 多主体层及主体决策行为
•     5.3.1 居民主体及其决策行为
•     5.3.2 开发商主体及其决策行为
•     5.3.3 政府主体及其决策行为
•   5.4 环境要素层和多主体层的相互作用
•   5.5 Urban-ABM模拟程序的应用
•     5.5.1 程序的简化
•     5.5.2 程序的应用
•     5.5.3 模拟结果及分析
•     5.5.4 模拟结果检验
•   5.6 未来情景模拟分析
•   5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 总结
•   6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 苏艳飞

导师: 邹维宝,戴尔阜

关键词: 城市化,多主体模型,模拟程序,建设用地扩张

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,建筑科学与工程,计算机软件及计算机应用

单位: 长安大学

基金: 国家重点基础研究发展计划(973)课题“土地空间异质性及其资源生态效应”

分类号: P208;TU984.113

总页数: 70

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