基于城市扩展模拟技术的城市开发边界划定：评价、机理与优化

With the rapid growth of economy, urbanization in China has been expanding continuously. In the background of increasing urban construction land, exploring the method of delimitating the urban development boundary so as to control urban sprawl and protect cultivated land and ecological environment has become an important task for urban land management in our country. The study first evaluated the performance of construction land boundary in function of controlling urban sprawl, using the method of boundary evaluation, integrating three indicators including effectiveness of boundary containment, land inventory sufficiency and illegal adjacent development to the boundary. Then, by using logistic regression model and behavior analysis of agents, the study explained interaction mechanism between the performance of construction land boundary and the spatial factors, such as accessibility, neighborhood effect and policy, also as behavior of agents with different interests under the influence of different policies, institution and value judgment, in the process of planning implementation. Finally, by using computer simulation, the study tried to construct a logical framework of applying the technology of urban expansion simulation to delimitation of urban development boundary. In addition, the method of delimitating urban development boundary based on cellular automata model and multi-agent model was built, through adding influence of agents to urban development in cellular automata of logistic regression, and optimizing the parameters of cellular automata model and agent behavior. Meanwhile, the parameters was optimized base on the adjustment objective, such as protecting cultivated land and ecological environment, and controlling urban development morphology.

在当前经济快速增长，城市化水平不断提高，城市建设用地快速扩张的背景下，探索科学划定城市开发边界的方法以控制城市蔓延，保护耕地和生态环境，成为了我国城市土地管理的重要任务。本项目首先采用界线法，结合边界容纳度、边界充足度和边界临近开发度指标，从数量和空间上分析规划建设用地边界的控制绩效；其次，采用Logistic回归模型和多主体行为分析，阐释规划执行过程中可达性、邻域影响、政策等空间因素以及不同政策制度和价值判断影响下的多利益主体决策行为对建设用地边界控制绩效的作用机理；最后，通过计算机仿真技术，构建城市扩展模拟技术应用于城市开发边界划定的逻辑框架，并在基于Logistic回归元胞自动机模型基础上，加入决策主体对城市开发的影响，结合耕地和生态环境保护、城市形态约束等调控目标对元胞自动机和决策主体的行为参数进行优化，从而构建基于元胞自动机和多智能体模型的城市开发边界划定方法。

在城市建设用地快速扩张的背景下，城市开发边界划定成为了控制城市蔓延的重要手段。本项目构建了城市扩展模拟技术应用于城市开发边界划定的逻辑框架，并研究了决策主体的风险偏好对于城市扩展形态的影响；通过凸壳原理研究杭州城市扩展形态的变化，并分析了城市扩展的驱动机制；评价了土地利用规划在快速城市化背景下管控城镇扩张的有效性；建立了基于适宜性评价和元胞自动机模型的中心城区建设用地布局方法，以此来确定城市开发边界；建立了城市开发边界划定的框架和模式，及其边界划定后的实施方案。本项目研究都到如下结论：1)将城市扩展模拟技术应用于城市开发边界划定，有利于实现规划与城市发展的自组织规律相协调，以提高综合效益，有利于规划的执行；2)谨慎的决策主体导致城市扩展形态相对紧凑，而冒险的决策主体由于偏向于经济利益，使得城市扩展趋于蔓延式发展，更容易突破规划；3)杭州城市开发变得越来越复杂，影响因素日益增加，其城市扩展类型属于外延型。与规划一致的决策并不一定促进规划目标的实现，而不一致的决策仍然有可能受规划目标的引导并服务于规划目标的实现，规划应该了解城市发展的自组织规划而更具灵活性；4)通过基于元胞自动机模型的中心城区建设用地布局，确定城市开发边界，在预测城市未来近郊区可能的发展区域时具有优势，与城市实际发展情况具有较高的吻合度，更有现实指导意义；5)在城市开发边界划定过程中，从城市扩张需求、生态文化资源保护、城市容量以及城市扩张动力角度，综合考虑“张”与“弛”之间的博弈关系，在一定程度上填补了当前单一的边界划定模式。基于协同机制理论框架的认识和实施过程的复杂性，建立实施过程的清单制度、协同体系和网络化约束机制，并配套以政策设计和风险防范设计，有利于对薄弱环节、问题症结提出更为针对性的管控措施。