基于多智能体的旅游乡村聚落用地格局演变模拟
——以野三坡旅游区苟各庄村为例
刘孟浩1,2,席建超1
(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院大学资源与环境学院,北京100049)
[摘 要] 土地利用变化是自然环境、社会经济发展、政策制度等诸多因素相互作用的结果,也是城乡系统演化研究中重要而具像的表征。文章引入多智能体系统理论,以GIS和Netlogo为平台,以河北省野三坡旅游区苟各庄村为案例区,结合实地调查、遥感影像、土地利用规划等资料,通过分析农户智能体、旅游者需求和政府调控的关系,构建了多智能体模型,模拟了该村1985—2010年用地演化过程。结果显示,建设用地扩张的转化精度为75.36%,用地功能转变的精度为85.29%。研究表明,多智能体模型克服了过去对旅游乡村聚落土地利用系统演化研究中以定性描述和基于经验和方程式表达为主的不足,实现了对旅游乡村聚落属性信息与空间信息的融合及较为准确的动态模拟,能够为定量研究乡村聚落土地利用变化,进一步优化调控空间演化模式提供科学依据。
[关键词] 多智能体;微尺度模拟;乡村聚落;野三坡
引言
土地利用变化是自然环境、社会经济发展、政策制度等诸多因素相互作用的结果[1],是区域城乡系统演化重要而具象的表征。城乡演化模拟与预测模型基本上都涉及土地利用空间格局变化的信息[2]。因此,在城乡系统研究模拟预测中,从土地利用视角研究其变化过程,具有重要理论意义和现实价值[3]。近年来,相关的研究模型不断被建立和完善,被用来研究探索城乡地域系统演化中的土地利用时空演化问题,常用的模型有基于方程的模型、统计学模型、系统动力学模型、土地利用转化及其效应模型、元胞自动机模型、多智能体模型等[4]。其中,应用较广的是元胞自动机和多智能体模型。多智能体模型能够表达可移动个体的行为规则,同时能够弥补元胞自动机对个体行为模拟能力的不足[5]。
多智能体系统(multi-agent systems,MAS)是由多个交互的智能体组成的,具有动态的行为和异质性特征[6]。多智能体系统通过模拟智能体之间以及智能体与地理空间环境之间的相互作用,可以展现复杂的土地利用动态变化过程[7],目前已经得到了广泛的应用。在已有的研究中,多智能体主要应用于城市用地的模拟,包括城市居住空间演化[8-9]、城市扩展模拟[10-11]、土地利用时空演化[12-13]、扩张规划情景模拟[14-15]。多智能体模型在乡村聚落土地利用的应用较少,目前应用方向主要是对农户种植行为的模拟[16-17]。
伴随着城镇化的进程,我国传统乡村聚落正在经历着转型和空间重构[18],其规模和空间格局也随之发生变化。对于微尺度乡村聚落空间动态演变过程以及相关机理的研究,是我国乡村聚落空间研究需要重视的领域之一[19],从土地利用角度透视乡村转型发展的特征、规律和机制,是进行乡村发展研究的重要路径[20-21]。近年来,随着旅游业发展的转型升级以及与其他产业融合度不断增加,旅游对传统乡村空间格局的影响逐渐深化[22],已有研究关注了旅游乡村聚落的演化规律[23-24]、空间扩展模式[25-26]和驱动机制[27],但主要为定性描述和基于经验和方程式的表达,缺乏针对旅游乡村聚落土地利用空间演化系统模拟的研究。
谁是最好的旅游宣传大使,从来都不是那些所谓的城市旅游代言人,是那些原住的居民,是本地的老百姓;他们一方面展示着城市旅游的形象,一方面也宣传着城市旅游的信息。在沈阳市三大历史文化街区的发展中,应充分调动本地居民的积极作用,引导本地居民参与旅游开发与建设,使他们成为沈阳旅游的宣传者,历史文化街区的保护者;同时培养居民的主体意识,以主人的身份迎接各地旅游者,分享沈城的历史与文化。在这方面,可以借鉴国内部分历史文化街区的经验,成立志愿者团体,在历史文化街区解答游客疑问,宣讲沈阳故事,传递旅游精神。
因此,本研究尝试建立一种基于多智能体的旅游乡村聚落土地利用空间演化模拟模型,旨在模拟农户与各影响因素的相互作用而导致用地格局演化的过程。以河北省三坡镇苟各庄村为案例区,通过实地调研收集相关资料,分析影响农户土地利用决策的主要因素,揭示微观土地利用变化的机理。通过GIS 和Netlogo 平台,模拟案例区1985—2010年间的土地利用空间演化过程。
1 基于多智能体的旅游乡村聚落用地演化模型
1.1 理论假设
多智能体系统被定义为在公环境中交互的一组智能体,能够改变自身及其所处的环境[28]。智能体系统由多个相对独立的智能体组成,智能体具有自主性、交互性、反应性、主动性等特征,在虚拟环境中具有自主能力进行有关决策,并存在一定的结构关系[29],这构成了模型的基本理论架构(图1a)。多智能体系统已经成为对复杂系统进行模拟和分析的重要方法。在较为成熟的基于土地利用多智能体模拟中,模型的基本组成为多智能体层和环境因素层。在多智能体层中,智能体之间进行局部相互作用,不同类型的智能体之间进行相互交流,并由此做出相应的决策来影响其所在的环境,同时环境的变化也反馈于多智能体,影响其下一步所采取的行动和措施。在这一过程中,多智能体和环境处于不断谋求平衡的状态[30]。
旅游乡村聚落中的土地利用行为相比于城市系统而言较为简单。但是与传统村落相比,仍呈现出一些特质:第一,旅游村落在满足本地人口自然增长引发用地需求变化的同时,也需要满足旅游者的接待服务需求。第二,影响农户智能体用地决策的因素,除家庭人口自然增长外,更重要的是作为家庭主要经济活动的旅游经营活动。第三,农户作为具有独立决策能力的智能体,在聚落特定地理空间上相互作用,既表现为“先锋农户”示范带动作用,也表现为农户间的相互攀比效应。并具体体现在宅基地地块数量、用地类型变化以及住宅用地功能差异上,表现为地块功能变化导致的旅游经营的竞争与合作结构关系和旅游乡村聚落土地利用格局的演变过程。因此在理论上,多智能体模型可以用于旅游地微尺度土地利用变化模拟。在旅游者需求驱动下和政府不同阶段调控背景下,农户智能体可根据地块的区位条件和景观格局,做出新增建设用地和将原有居住用地转变为旅游用地的决策,反过来,这种变化也影响着农户用地模式的再决策(图1b)。
随着职业教育的发展,中职学校英语学科成为一门必修学科,英语口语表达成为一项必备的语言技能。然而,英语又是中职学生学习最为吃力的学科之一,大多数学生为此备受打击,已不再奢望能学好英语,处在进退维谷的尴尬境地。由此,要重点树立学生学习英语的信心和勇气,培养学生学习英语的兴趣,在教学中注入情感,用发展的眼光看待学生。同时借鉴专业教学的理念,任务引领、驱动,明确学习目标,搭建师生互动学习的平台和学生展示的舞台。再者,要尊重学生、爱护学生,建立和谐的师生关系,采用灵活的教学方法,定制学生的学习任务,让每个学生学有所获。
1.2 模型框架
本研究建立的模型旨在研究旅游乡村聚落中的各智能体之间及其与地理环境的相互作用,分析这些相互作用和土地利用空间格局形成的关系。模型基本框架包括基础数据、环境要素层和多智能体层。基础数据包括空间数据和实地调研数据,环境要素层包括空间范围、环境质量、交通通达性和景区邻近度。在多智能体层中,农户智能体结合自身需求和市场需求,在政府调控下,根据环境要素进行建设用地扩张和用地功能转变的土地利用决策。
我国人口众多,面对如此庞大的建筑领域,建筑能耗是显而易见的,建筑中微小的耗能变化,都将决定能源的分配。建筑节能不仅可以节约能耗,同时又可以减少大量的二氧化碳、粉尘等的排放与污染,其经济效益、环境卫生效益、社会效益都十分显著。居住建筑节能的发展不能只依靠规范条文的限制,更需要建筑师的积极参与,需要全社会的支持。居住建筑节能是贯彻我国可持续发展战略的重要举措,全面推进建筑节能,有利于节约能源、保护环境、提高人民的生活和工作水平,对全面建设小康社会具有十分重要的作用。
1.4.2 旅游市场的需求
图1 旅游乡村聚落土地利用演化的多智能体系统模型基本架构
Fig.1 Basic architecture of the agent-based system in rural settlement land use
1.3 环境要素层
空间范围:村庄建设规划限定了多智能体选择的范围,农户智能体只能选择已有宅基地或规划的村内空闲地块。除此之外,农户智能体还能够改变空间的土地利用类型,如果农户在原有房屋的基础上改造房屋,经营家庭旅馆、饭店等旅游服务设施,则该地块的土地利用类型由住宅用地转变为旅游用地。
交通通达性: 能够体现交通方便的程度,通过某地块的几何中心点到最近道路的距离来表示。由于研究对象为村落,所以在评价时选取乡村主路作为衡量指标,其交通通达性用下式表示:
在旅游乡村聚落的用地格局演变中,农户、政府和以旅游者为代表的市场都具有决策的权利,但是由于政府在批准建设用地过程中起到的是通过监管对农户决策进行调控的作用,旅游市场在用地功能转变中所起到的作用是通过需求影响农户决策,二者不作为独立的智能体参与模拟,而是将其偏好和选择反馈在农户的用地变化决策中。
环境质量:旅游乡村聚落居住的主体是农户和旅游者,环境质量对农户的生活、健康和游客的居住舒适度都存在较大的影响。本文选取到河流和铁路的距离作为衡量景观程度的标准,其中河流对环境质量有正向影响,铁路噪音对居住环境存在一定的负面影响。
口腔粘液腺囊肿是口腔的常见疾病,该病有多种治疗方法,我科自2015年01月—2015年12月以来,采用手术切除治疗及注射碘酊治疗两种方法,共治疗口腔粘液腺囊肿260例,对其临床疗效进行对比,现报告如下:
景区邻近度:旅游乡村聚落中的用地逐渐由居住功能转换为旅游服务功能,所以乡村距旅游景点的距离对农户选择用地时有着非常大的影响,故单独作为一个层来考虑。景区影响如下式:
式(3)中,Escenic 为景区邻近度,θ 表示景区的空间衰减系数,Dscenic 表示到周边最近景区或景点的距离。
苟各庄村位于河北省涞水县野三坡旅游区内,距离最近的景区仅1 km。野三坡是国家风景名胜区和国家5A 级景区,旅游业发展始于1986 年。苟各庄村是野三坡景区重要的游客的旅游接待和服务基地,是与野三坡旅游区同步成长起来的旅游乡村聚落。
乡村尺度较小,不能忽视其用地转化受随机因素的影响。向模型中加入随机因素的作用ε ,这样使得模型的运算结果更加符合实际情况,反映出土地利用变化所存在的不确定性。
1.4 智能体及其决策行为
Etraffic 为交通通达指数;Droad 表示地块到村内主干道路的距离;β 表示村内主干道路空间衰减系数。
式(4)中,a +b +c =1,Etraffic 、Eenvironment 、Escenic 分别是候选地块Li的交通通达性、环境质量、景区邻近度;a 、b、c 分别为第t 个农户智能体对各影响因子的偏好权重;ε 为随机干扰。
1.4.1 农户智能体及其决策行为
图2 模型框架
Fig.2 Framework of the model
农户的决策行为主要有两种:建设用地扩张和用地功能转变。建设用地扩张是指农户选择新增建设用地的决策行为,用地功能转变是农户在原有建设用地的基础之上进行的土地功能转变的决策行为。其中,建设用地扩张主要有两种情况:一是旅游发展带来的旅游者对于旅游服务设施,特别是农家旅馆的需求。农户的原有住宅面积较小、环境较差,难以满足旅游者的需求,因此农户选择新建房屋作为农家旅馆等旅游服务设施用地。二是由于农户家庭人口的增加、家庭结构改变而产生的对新的住宅用地的需求。在旅游乡村聚落,农户在房屋扩建之前需要考虑未来房屋的空间位置对于旅游者的吸引力,从而选择合适的位置进行改建,即临街、临河等交通便利、自然环境好的位置。农户拟用于建造房屋的用地需征得政府的批准,政府据其所申请宅基地是否在乡村规划之中而作出判断。在农户智能体选择自己满意的地理位置后,如果该地不是建设用地,而是耕地、林地等其他用地,即可向政府申请批地。而用地功能转变则由农户根据市场需求和自家房屋的地理位置进行自主决策,不受政府干预。因此会出现住宅用地和旅游用地之间的相互转换。空间位置较好的地区会逐渐转变为旅游用地,远离河流和道路、距铁路较近的位置不适宜作为旅游用地,从而转变为农户的居住用地。因此,在追求效用最大化假设的前提下,某一候选地块Li 对第t 个农户智能体的效用值可用下面公式表示:
因无锡市人民医院后勤风险管控,慕名而来的记者,感受到它的不同凡响之处,是通过一本厚厚的“风险管控汇总”手册。这是医院参考香港医院管理局的医疗风险登记册,形成的后勤风险管理文件。
从认知难度上看,循环小数、有限小数和分数形式的数的理解要比整数困难,但是RJ版教科书中以整数形式考查有理数的例题数目要多于分数和小数,对形式不易理解的数的举例少于易理解的数,甚至未涉及循环小数的例题,这易导致学生对难点掌握不牢固.CM教科书中以分数、有限小数形式考查有理数的例题数量要大于整数,相比RJ版教科书更遵循学生的认知难度.
(1)看皮下脂肪层的厚度。“瘦肉精”猪皮下脂肪层明显变薄,通常不足1cm;而正常猪肉在皮层和瘦肉之间会有一层脂肪,肥膘约为1~2cm厚。因此,遇到脂肪层太薄、太松软的猪肉要格外小心。
城镇近郊旅游地的主要客源为周末休闲度假游的市民,旅游业的快速发展使得旅游区接待人次规模化快速增长,因此对旅游地的配套服务设施产生了大量的需求。从“旅游区-社区-吸引物”旅游综合体构成看,若旅游地地处偏远,远离中心城镇(缺少接待设施),则其周边的乡村就成为短途游游客的住宿首选,由此拉动了对于旅游地周边中低档次住宿的需求,这是农户进行用地扩张和转变的根本动力。游客在选择住宿地点时,会偏好环境较好、距景区较近、交通便利的位置,其选择偏好对农户智能体的决策起到了重要影响。所以,农户智能体用地功能转变的决策即为旅游市场需求的体现。
式(2)中,Eenvironment 为环境质量指数;Driver 、Drailway 分别表示地块到河流和铁路的距离;δ1、δ2分别表示河流与铁路的空间衰减系数,γ 1、γ 2为对应因子的权重系数,且γ 1+γ 2=1。
表1 智能体类型及影响因子
Tab.1 Types and impact factors of agents
1.4.3 政府的调控
在旅游乡村聚落的发展过程中,政府的干预和调控主要通过宅基地管理、乡村发展规划和户口迁移等政策法规来实现。乡村规划框定了土地利用的基本格局。在乡村聚落土地利用演变过程中,政府调控随着政策和旅游业的发展不断调整。早期由于发展旅游具有巨大潜力和带来现实收益,政府对村庄建房宅基地审批实行宽松政策,以解决旅游需求大、接待服务设施短缺的问题。然而随着土地监管政策的深化,侵占耕地的行为受到限制,新的建设用地审批困难,农户选择已有宅基地上的住宅用地进行翻新和改建,将其改造为旅游用地。
1.加强饲养管理,改善母猪的饲料质量和合理搭配,保证母猪膘情良好,尽早让仔猪吃上初乳,提高仔猪的自身抗病力;适时断奶,一般在30日龄为宜;断奶时实行“母去仔留”,原圈留养数天后转群;饲料更换应逐渐过渡,同时避免其它应急刺激。加强环境卫生工作,定期消毒灭菌。
2 模型应用
2.1 案例区概况
我爱骨骼,眷恋她支撑着躯干和肢体的硬朗倔强,痴迷于她连接着韧带和肌腱的委屈妥协,骨骼拥抱体内的重要脏器,免受外界损伤,像不永不休止运转的冶炼厂储备矿物质和铁元素。
表2 农户智能体对影响因子的偏好权重
Tab.2 Weights for different types of agents
2.2 数据来源
本模型研究数据来源主要包括两个方面:一是利用参与性农村评估方法和农户调查问卷;二是土地利用现状图(1985年和2007年)、土地利用规划图(2020 年)以及遥感影像。本研究结合图件和遥感影像解译,利用半结构访谈工具收集有关土地利用现状和历史的大量信息、资料,反演1985—2010 年建设用地扩张和用地功能转变的时空演变过程,绘制苟各庄村1985年、1995年、2000年、2005年、2010年的土地利用图。结合用地规划将宅基地矢量化为斑块。
2.3 模型应用
2.3.1 农户智能体的权重确定
本文按照决策目的不同将农户智能体分为建设用地扩张、用地功能转变两类。在初始化中,设定现有农户数量的1/5作为“先锋农户”。模型每次运行,有建设用地需求的农户占上一次运行结束后拥有住宅用地的人数的1/3,在原有住宅基础上向旅游用地转变的人数占2/3。不同目的的农户智能体对地理环境因素的偏好权重利用熵权法求取。农户智能体首先选择对于其具有最高效用值的地块,若最高效用值地块已被开发为建设用地,则选择次高效用值的地块,直到该农户智能体找到其满意的位置为止。
政府的调控表现在阈值的设定上。当选择某一地块进行建设用地开发的农户智能体超过一定阈值时,政府同意其变为建设用地,对于该地块的农户智能体的选择过程结束;否则,将重新进行选择,直到绝大多数农户智能体找到满意的地块,用地平面扩张过程结束。随着模型的运行,阈值不断增加,代表审批逐渐严格。用地功能的转变在已有建设用地的基础上进行,所以不需要政府调控的作用,由智能体直接根据市场需求对地块功能进行转变。模型的流程如图2所示。
2.3.2 模型运行及结果分析
本模型中,假设每一建设用地矢量斑块上容纳一个农户智能体,模型每次运行,智能体根据所设定条件进行选择和决策。最终分别获得2010 年苟各庄村建设用地平面扩张以及用地功能转变的模拟结果(图3)。
图3 模型运行流程图
Fig.3 Flow chart of model
从模拟结果可以看出,苟各庄村建设用地以条带式扩张为特征,以拒马河沿岸西北、东南方向为扩张轴,呈填充式扩展。旅游用地由分散走向集中,从沿河岸和村内主路的集中分布,到向村庄西北、东南两端扩展,最终呈条带式分布。对模拟结果进行逐点对比检验(表3、表4)。从模拟精度来看,对于实际新增建设用地扩张的模拟较为准确,达到84.58%,但是对于实际未新增的建设用地模拟精度较低,仅为50.67%,在模拟结果中出现了较多“模拟新增而实际未新增”的地块,这一方面是由于模型中政府的调控作用体现在地块选择次数的阈值上,动态阈值的设定与实际情况不完全相符,另一方面是模型以2020 年土地利用规划作为基本范围,而土地利用现状数据截止到2010 年,因此在模拟中会出现地块“提前选择”的情况。对于用地功能转变的模拟与实际情况较为吻合,模拟总精度达到85.29%,其中转变为旅游用地的模拟精度为86.70%,未转变为旅游用地的模拟精度为82.00%,旅游用地主要集中在交通通达性和环境质量较好,邻近景区、远离铁路的一侧,这也和旅游市场中游客住宿的需求相吻合。误差主要在于模型降低了土地利用行为选择的随机性,过于强调区位条件和景观格局,在模拟过程中没有充分考虑在实际情况中建设用地的零星分布和农户随机选择的特征,导致模拟结果出现相对集聚的现象。总体上,模拟结果与实际用地格局演化趋势大致相符,但实际情况随机性和动态性更强,比模拟结果更加复杂。
图4 实际土地利用格局变化与模拟结果对比
Fig.4 Comparison of actual land use pattern and simulation results
表3 建设用地扩张模拟精度
Tab.3 Simulation accuracy of construction land expansion
表4 用地功能转变模拟精度
Tab.4 Simulation accuracy of land use functional change
3 结论
从旅游乡村聚落基本演化规律看,从传统旅游乡村到特色旅游小镇是一个必然的趋势[23]。这也导致旅游乡村聚落成为一个结构和功能日趋复杂的系统。本研究通过对城市多智能体模型的适当简化,以农户为智能体,以宅基地地块作为基本单元,通过进行环境要素分析,判断农户土地利用决策和旅游市场需求、政府调控之间的关系,构建了一个旅游乡村聚落土地利用空间演化模型。以河北省野三坡旅游区苟各庄村为案例区,在分析农户智能体的土地利用行为特征的基础上,模拟了农户的土地利用决策。模拟结果与实际情况大致相符,说明多智能体模型能够对于旅游乡村聚落空间演变的演化规律和空间扩展模式进行较为准确的模拟,并具有一定的优势。
从研究本身看,有两处需要进一步深化:(1)在模型建构上,本研究中模型对农户社会经济属性例如农户收入、家庭结构、受教育程度等考虑不足,忽略了农户由于社会经济属性的差异进行的决策,以及由此产生的用地变化情况。此外模型对于旅游市场需求和政府的调控作用的动态性考虑不足。(2)在模拟方法上,本文模型中矢量地块的划分是基于村庄规划图和现今的土地利用状况反演而来,邻域相互作用机制无法适用于矢量数据的模拟,地块对象之间的空间联系表达较弱。因此,在接下来的研究中,将重点关注以下方面:一是在环境要素层的基础上,构建与空间地块相对应的社会经济属性要素层,进一步完善基于多智能体在乡村聚落土地利用决策模型及其算法,包括决策类型、决策行为的规则及其相互作用的机理等;二是研究在微尺度下矢量地块的转换规则和空间表达,在提高模拟精度的同时,更真实地在模型中体现智能体相互作用的复杂内涵及其与地块之间的空间联系,充分发挥矢量数据的优势,进行更加精确的预测。
与其他研究相比,本研究主要创新点在于:相对于传统以城市或县域为主尺度的研究,构建了微尺度乡村聚落土地利用演变模拟模型,这种基于多智能体系统模拟克服了过去对旅游乡村聚落土地利用系统演化研究中以定性描述和基于经验和方程式表达为主的不足,实现了旅游乡村聚落地块一般社会经济属性、功能属性信息与空间信息的融合和动态模拟,为定量研究乡村聚落土地利用变化,进一步优化调控空间演化模式提供了科学依据。
参考文献(References)
[1]LIU Jiyuan, ZHANG Zengxiang, ZHUANG Dafang, et.al.A study on the spatial-temporal dynamic changes of land-use and driving forces analyses of China in the 1990s[J]. Geographical Research ,2003,(1):1-12.[刘纪远,张增祥,庄大方,等.20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析[J].地理研究,2003,(1):1-12.]
[2]TANG Huajun, WU Wenbin, YANG Peng, et al.Recent progresses of land use and land cover change (LUCC) Models[J].Acta Geographica Sinica, 2009,64(4):456-468.[唐华俊,吴文斌,杨鹏,等.土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展[J].地理学报,2009,64(4):456-468.]
[3]LI Xiubin.Explanation of land use changes[J]. Progress in Geography ,2002,(3):195-203.[李秀彬.土地利用变化的解释[J].地理科学进展,2002,(3):195-203.]
[4]SONG Naiping,ZHANG Fengrong,WANG Lei,et,al.A review of the domestic researches on land use and land cover change[J].Geo-information Science ,2008,(1):60-66.[宋乃平,张凤荣,王磊,等.我国土地利用/覆被研究的热点与应用发展问题[J].地球信息科学,2008,(1):60-66.]
[5]MACAL C M, NORTH M J.Tutorial on agent-based modelling and simulation[J].Journal of Simulation ,2010,4(3):151-162.
[6]YANG Qingsheng, LI Xia.Integration of multi-agent systems with cellular automata for simulating urban land expansion[J].Scientia Geographica, 2007,(4):542-548.[杨青生,黎夏.多智能体与元胞自动机结合及城市用地扩张模拟[J].地理科学,2007,(4):542-548.]
[7]LI Shaoying,LIU Xiaoping,LI Xia,et al.Agent-based model of residential location[J]. Journal of Remote Sensing , 2017, 21(3):329-340.[李少英,刘小平,黎夏,等.土地利用变化模拟模型及应用研究进展[J].遥感学报,2017,21(3):329-340.]
[8]AUGUSTIJN- BECKERS E W, FLACKE J, RETSIOS B.Simulating informal settlement growth in Dar es Salaam,Tanzania: An agent- based housing model[J]. Computers,Environment and Urban Systems ,2011,35(2):93-103.
[9]LIU Xiaoping, LI Xia, CHEN Yimin, et.al.The study on evaluating method of the creditability in electronic transaction platforms[J]. Acta Geographica Sinica , 2010, 65(6): 695-707.[刘小平,黎夏,陈逸敏,等.基于多智能体的居住区位空间选择模型[J].地理学报,2010,65(6):695-707.]
[10]BROWN D G, ROBINSON D T.Effects of heterogeneity in residential preferences on an agent-based model of urban sprawl[J].Ecology and Society ,2006,11(1):709-723.
[11]QUAN Quan, TIAN Guangjin, SHA Moquan.Dynamic simulation of Shanghai urban expansion based on multi-agent system and cellular automata models[J]. Acta Eologica Sinica ,2011, 31(10): 2875-2887.[全泉, 田光进, 沙默泉.基于多智能体与元胞自动机的上海城市扩展动态模拟[J].生态学报,2011,31(10):2875-2887.]
[12]FILATOVA T, PARKER D, VAN DER VEEN A.Agent-based urban land markets: agent’s pricing behavior, land prices and urban land use change[J].Journal of Artificial Societies and Social Simulation ,2009,12(1):3.
[13]LIU Runjiao, JIANG Difei, SHI Lei.Urban land use development research based on multi-agent simulation system[J]. Scientia Geographica Sinica ,2017,37(4):537-545.[刘润姣,蒋涤非,石磊.基于多智能体建模技术的城市用地时空演化研究[J].地理科学,2017,37(4):537-545.]
[14]LIGTENBERG A, BREGT A K,Van Lammeren R.Multi-actorbased land use modelling: Spatial planning using agents[J].Landscape and Urban Planning ,2001,56(1-2):21-33.
[15]ZHANG Honghui, ZENG Yongnian, WU Lin.An interactive urban spatial planning model based on multi-agent systems: A case of site selection of construction project[J]. Journal of Remote Sensing , 2012, 16(4): 764-782.[张鸿辉, 曾永年, 吴林.面向建设选址的多智能体城市空间规划模型[J].遥感学报,2012,16(4):764-782.]
[16]CHEN Hai, WANG Tao, LIANG Xiaoying, et.al.Simulation and application of household’s lucc based on a multi-agent system: A case study for Mengcha village of Mizhi county of Shaanxi province[J]. Acta Geographica Sinica , 2009, 64(12):1448-1456.[陈海,王涛,梁小英,等.基于MAS 的农户土地利用模型构建与模拟——以陕西省米脂县孟岔村为例[J].地理学报,2009,64(12):1448-1456.]
[17]SONG Shixiong, LIANG Xiaoying, CHEN Hai, et.al.The simulation of cropland abandonment based onmulti- agent system and land transformation model: A case study of Mizhi county, Shaanxi province[J]. Journal of Natural Resources ,2018,33(3):515-525.[宋世雄,梁小英,陈海,等.基于多智能体和土地转换模型的耕地撂荒模拟研究——以陕西省米脂县为例[J].自然资源学报,2018,33(3):515-525.]
[18]LONG Hualou, ZOU Jian, LIU Yansui.Differentiation of rural development driven by industrialization and urbanization in eastern coastal China [J]. Habitat International , 2009, 33(4):454-462.
[19]HAI Beibei, LI Xiaojian.Review on researches of rural settlement space in China since 1990[J]. Journal of Henan University:Natural Scienc Edition ,2013,43(6):635-642.[海贝贝,李小建.1990 年以来我国乡村聚落空间特征研究评述[J].河南大学学报:自然科学版,2013,43(6):635-642.]
[20]LONG H L, HEILIG G K, LI X, et al.Socio- economic development and land-use change: Analysis of rural housing land transition in the Transect of the Yangtse River, China[J].Land Use Policy ,2007,24(1):141-153.
[21]LI Xiaojian, YANG Huimin.The change of rural settlements and their future development patterns[J]. Economic Geography ,2017,37(12):1-8.[李小建,杨慧敏.乡村聚落变化及发展型式展望[J].经济地理,2017,37(12):1-8.]
[22]SU B.Rural tourism in China[J].Tourism Management ,2011,32(6):1438-1441.
[23]XI Jianchao, WANG Xinge, KONG Qinqin, et al.From a traditional rural village to the modern coastal resort: Land use change in the past 20 years in Jinshitan and its policy implication[J].Human Geography ,2016,31(1):130-139.[席建超,王新歌,孔钦钦,等.从传统乡村聚落到现代滨海旅游度假区——过去20年大连金石滩旅游度假区土地利用动态演变[J].人文地理,2016,31(1):130-139.]
[24]XI Jianchao, WANG Xinge, KONG Qinqin, et al.Spatial morphology evolution of rural settlements induced by tourism:A comparative study of three villages in Yesanpo tourism area,China[J].Acta Geographica Sinica ,2014,69(4):531-540.[席建超,王新歌,孔钦钦,等.旅游地乡村聚落演变与土地利用模式——野三坡旅游区三个旅游村落案例研究[J].地理学报,2014,69(4):531-540.]
[25]XI Jianchao, WANG Xinge, KONG Qinqin, et al.Micro-scale social spatial reconstruction of the tourist village in the past 25 years:A case study of Gouge village in Yesanpo,Hebei province[J]. Geographical Research, 2014, 33(10), 1928-1941.[席建超,王新歌,孔钦钦,等.过去25年旅游村落社会空间的微尺度重构——河北野三坡苟各庄村案例实证[J].地理研究,2014,33(10):1928-1941.]
[26]XI Jianchao, ZHAO Meifeng, GE Quansheng.The micro- scale analysis of rural settlement land use pattern: A case study of Gouge village of Yesanpo Scenic Area in Hebei province[J].Acta Geographica Sinica ,2011,66(12):1707-1717.[席建超,赵美风, 葛全胜.旅游地乡村聚落用地格局演变的微尺度分析——河北野三坡旅游区苟各庄村的案例实证[J].地理学报,2011,66(12):1707-1717.]
[27]WANG Xinge,XI Jianchao,KONG Qinqin.Solid and Hollowed villages:Study on the spatial polarization of tourist villages land use pattern—A case study of two villages in Yesanpo tourism area, Hebei province[J]. Journal of Natural Resources , 2016, 31(1):90-101.[王新歌,席建超,孔钦钦.“实心”与“空心”:旅游地乡村聚落土地利用空间“极化”研究[J].自然资源学报,2016,31(1):90-101.]
[28]LI Xia, YEH A G O, LIU Xiaoping, et al. Geographical Simulation Systems: Cellular Automata and Multi-agent System [M].Beijing:Science Press,2007:1-50.[黎夏,叶嘉安,刘小平等.地理模拟系统:元胞自动机与多智能体[M].北京:科学出版社,2007:1-50.]
[29]JENNINGS N R.On agent- based software engineering[J].Artificial Intelligence ,2000,117(2):277-296.
[30]LIU Xiaoping, LI Xia, YEH A G O.Multi-agent systems for simulating spatial decision behaviors and land use dynamics[J].Science in China:Series D ,2006,36(11):1027-1036.[刘小平,黎夏,叶嘉安.基于多智能体系统的空间决策行为及土地利用格局演变的模拟[J].中国科学:D辑,2006,36(11):1027-1036.]
A Multi-agent Model for Simulation of Rural Settlement Land Use Pattern:A Case Study of Gouge Village of Yesanpo Scenic Area
LIU Menghao1,2,XI Jianchao1
(1.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China ;2.College of Resources and Environment,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China )
Abstract: Land use change is the result of the interaction of many factors,such as natural environment,social economic development, and policy system.With the development of tourism, tourism-based villages have become one of the most important types which traditional rural settlements transform to Current studies on the evolution of rural settlements in tourism destinations mostly stay in qualitative description and lack quantitative simulation.Multi-agent modeling provides a new method to simulate rural land expansion.In the model developed in this paper, there are two types of the goals of household agents:construction land expansion and land use functional change.Within the scope of land planning, agents think of three aspects of a position: environmental quality, traffic accessibility and proximity to the scenic area,which are obtained by calculating the distance from a position to facilities and landscapes such as the main road and river.Those aspects are summed up by a weighted factor,agents choose the most efficient value for themselves.In this process, the government plays a regulatory role and the tourists’preferences for a good residential have an important influence on the decision-making of household agents.As the model runs on the GIS and Netlogo platform.Household agents select their ideal position based on their preferences.The land type of this patch will be converted from other types such as cultivated land to construction land when the total number of household agents that select this package exceeds a certain threshold.As time goes by, the threshold become higher.The process of land use functional change is based on the existing construction land.Taking Gouge village of Yesanpo scenic area as a case study area,the model simulated the construction land expansion and land use functional change of the village from 1985 to 2010.Compared with the actual situation, the conversion accuracy of construction land expansion simulation results is, 75.36%,the functional change accuracy is 85.29%, showing that the multi-agent modeling overcomes the shortcomings of qualitative description and experience and equation expression in the study of the evolution of land use system in rural settlements in tourism areas, and realizes the integration of tourism property settlement information and spatial information.Dynamic simulation can provide a scientific basis for quantitative research on land use change in rural settlements and further optimization of spatial evolution patterns.
Keywords: multi-agent;micro-scale simulation;rural settlement;Yesanpo
[中图分类号] F59
[文献标识码] A
[文章编号] 1002-5006(2019)11-00107-09
Doi: 10.19765/j.cnki.1002-5006.2019.11.013
引用格式: 刘孟浩,席建超.基于多智能体的旅游地乡村聚落用地格局演变模拟——以野三坡旅游区苟各庄村为例[J].旅游学刊,2019,34(11):107-115.[LIU Menghao, XI Jianchao.A multi-agent model for simulation of rural settlement land use pattern:A case study of Gouge village of Yesanpo scenic area[J].Tourism Tribune ,2019,34(11):107-115.]
[基金项目] 本研究受国家自然科学基金项目“旅游城镇化空间演化模式与系统优化调控模拟研究”(41671151)资助。[This study was supported by a grant from the National Natural Science Foundation of China(to XI Jianchao)(No.41671151).]
[收稿日期] 2018-06-15;
[修订日期] 2018-12-17
[作者简介] 刘孟浩(1994—),女,河北保定人,博士研究生,研究方向为旅游城镇化,E-mail: liumh.17s@igsnrr.ac.cn;席建超(1972—),男,河南确山人,研究员,博士生导师,研究方向为旅游城镇化、区域旅游发展规划等,E-mail:xijc@igsnrr.ac.cn,通讯作者。
[责任编辑:刘 鲁;责任校对:吴巧红]
标签:多智能体论文; 微尺度模拟论文; 乡村聚落论文; 野三坡论文; 中国科学院地理科学与资源研究所论文; 中国科学院大学资源与环境学院论文;