安徽建筑大学 建筑与规划学院 安徽合肥 230041
摘要：城市建设用地规模和形态的预测，对于城市规划的规划编制有着重要影响。本次研究结合土地部门空间数据，、网络信息数据、规划部门矢量数据，基于GIS数据平台和多元神经元胞自动机插件展开用地扩张潜力因子的构建和对祁门县城区的用地扩张模拟。结果表明：祁门县县城在未来的发展中，新城区和工业开发区的城市扩张最为明显，高铁新区及特色小镇呈现沿河流水系的组团用地发展。整体模拟结果呈现为“北限、南控，东进、西优”的发展趋势。
关键词：城市扩张；多元神经元胞自动机；祁门县
引言
当代社会，城市化已经成为一个重要的社会经济现象，城市快速发展的特征之一是城市建成区向外延展［1］。总体规划中更是将用地规模的预测工作定位重中之重。而利用空间数据基于定量分析的角度更为准确地确定城市用地的规模与形态将有利于城市用地有效的规划、生态环境和谐发展，并且能为城市的发展提供科学的空间决策支持。
1、研究区域概况
祁门县地处东经117°12′～117°57′、北纬29°35′～30°08′之间，东北部与黟县交界，东南部与休宁县相邻，西北部与东至、石台县接壤，西南部与江西省景德镇市交界。城区为高山峡谷地带，最大高程为300m，最小高程为57m，高差为243m［2］。
2、数据来源与研究方法
2.1数据来源
本次研究数据分为土地数据、交通数据、POI数据和交通数据，并且根据坐标纠偏，统一矫正其坐标为WGS84,保证后期研究的统一经纬度[3]。
2.2研究方法
人工神经网络（简称神经网络）是通过模仿人类大脑的功能来进行运算或者模拟的网络有三层，第一层是数据输入层，其各个神经元分别对应影响土地利用变化的各个变量；第二层是隐藏层；第三层是输出层，它由多个（N）神经元组成，输出N种土地利用之间的转换概率[4][5]。他们可以表达为：
3、城市扩展分析
3.1扩张潜力因子构建
本次扩张潜力因素分为POI热度、交通可达性、距离道路距离、高程、分区中心距离，根据前期的坐标矫正与地理处理后，分别对各个扩张因素展开空间上的定量分析，将这些因子转化为元胞自动机可以识别的栅格数据。
（1）POI
POI反映了居民工作、休憩等各类活动的分布特征，体现了城镇的发展趋势及居民出行选择倾向。此外，各类POI点在空间上的分布以及核密度情况可以使得智能算法输出的城镇发展潜力分布与空间品质、空间结构更加合理。研究主要选用5类POI数据：医院、文教、超市、宾馆、饭店，分别计算它们在空间上的核密度，以反应城市医疗、教育、购物、住宿、餐饮的空间品质和结构。并对得到的数据进行归一化处理，按照核密度程度越高，城市扩张潜力越大的原则，归一化公式为：
核密度-MIN/MAX-MIN
（2）交通
传统元胞自动机输入的空间因素大多以空间距离作为计算方法，本次研究在对道路进行欧式距离分析后，考虑到道路对用地扩展的影响不单单取决于各个元胞与道路的距离，更需要考虑元胞所在区域的可达性，一般来说，可达性较好的区域发展为城乡建设用地的潜力更大，基于这种考虑，本次对道路各个节点进行可达性分析，以求更加充分地利用道路数据，解释其对地扩张潜力贡献程度。
以路网线性要素作为源要素，采用欧式距离，计算研究区域内与各个路网的空间距离的平均值，距离越小，城镇扩张潜力越大。进行归一化处理
MAX-路网距离/MAX-MIN
可达性是一种反应交通出行方便程度的指标。比较典型的可达性测度模型有5类：空间阻隔模型、累计机会模型、空间相互作用模型、效用模型和时空树模型，此次使用到的模型主要是“最小抗阻可达性分析方法”
假设在该路网种，有N个节点，每个节点到另一个节点的可达性为最快达到另一个节点的时间成本。那么该点到其余N-1个节点的可达性，为每个节点可达性之和除以（N-1）。
该路网在研究区域的可达性则用各点的可达性表示，然后使用Arcgis的反距离权重法将各点的可达性按照线性减弱的趋势分布在研究区域内，从而得到研究区域内可达性分析的栅格文件，最后按照可达性越高城市扩张潜力越大的原则对其数据归一化处理。
H：整体网络的可达性
dij：表示节点i、j之间的最小阻抗
n：代表网络中的节点个数
根据前期整理地道路矢量数据，将各级路网按照城市主干道，城市次干道、城市支路地等级分类，并添加速度字段，根据不同的道路等级分别赋予不同的速度值，其中城市主干道按照1000m/min（60公里/小时）；次干道按照500m/min（30公里/小时）；支路按照330m/min（20公里/小时）。最后使用栅格计算器按照时间等于各个节点之间的距离（起讫点）除以速度的逻辑添加时间成本字段的数值。
将高铁站点和高速公路下道口视作空间的点要素，按照空间距离的大小界定两者对一体化范围内的影响程度，类似于路网距离分析，同样采用欧式距离的计算方法和归一化方法得到两者城市扩张潜力的栅格图。
（3）地形
分为高程和坡度两种数据分析，按照高程越低、坡度越小城市用地扩展潜力越大原则，对已有数据采用归一化处理。其中高程较低的大部分河流水面根据元胞自动机转换矩阵内设为0，即不可发生用地转换。保证此类数据的可靠性。
（4）分区中心
按照《祁门县总体规划（2009-2030年）》提出的一体化范围，结合当下正在编制的《祁门县总体规划（2009-2035年）》的编制情况，将一体化范围内分为五个分区，分别是新城区、老城区、经济开发区、高铁新区和金字牌镇区。其中高铁新区已被考虑在交通因子内。其余四块分区，分别运用GIS平均中心工具得到其地理中心，利用欧式距离对不同分区的中心对一体化范围内地块的辐射程度做出分析。
3.2模拟结果
在得到模型参数的结果后，以2017年的用地现状作为模拟数据的起始年份的土地利用数据，按照迭代次数100，200，300的顺序，按次模拟，直到城乡建设用地的扩张现象不随迭代次数增加而发生改变，得到最终建设用地的情况。
剔除侵占水域面积的元胞斑块和面积小于100平方米的用地，最终得到祁门县在各类潜力因素作用下的扩张结果。总计18.84平方公里。整体模拟结果呈现为“北限、南控，东进、西优”的发展趋势。
参考文献
[1]许彦曦，陈凤，濮励杰.城市空间扩展与城市土地利用扩展的研究进展［J］.经济地理，2007，27（2）：296-301.
[2]方果.丘陵地貌影响下的城市设计研究［D］.长沙：湖南大学，2008.
[3]尹海伟，孔繁花.城市与区域规划空间分析实验教程[M].南京：东南大学出版社，2016.2.
论文作者:梅海诚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/18
标签：可达性论文; 祁门县论文; 数据论文; 城市论文; 距离论文; 节点论文; 空间论文; 《基层建设》2019年第3期论文;