[发明专利]一种基于水质水量约束的工业企业空间增长模拟实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间增长模拟方法，属于利用工业企业增长空间分布概率模型与水质水量约束模型进行区域工业企业空间增长模拟的技术领域。

背景技术

现有的空间增长模拟方法多是用于研究城市用地空间增长模拟，尚未单独研究工业企业空间增长模拟，对于工业企业空间增长的研究应考虑工业区位论的相关内容；同时其模拟方法也多以元胞自动机(Cellular Automata，简称CA)模型模拟为主，CA模型是一种微观动力学模型，是一种“自下而上”的微观模拟系统，目前其在城市发展动态模拟的应用过程中存在宏观因素缺乏、因素层单一、邻居和转换规则主观等几个明显的局限性；目前考虑水质水量约束的水文分析模型中常用的是水文学D8分析方法；而线性规划是实现多目标问题最优化的运筹学数学方法。

本发明的背景技术主要涉及以下四个方面：

1.工业区位论

工业区位论从理论上解释区位因子对工业布局的引导，韦伯工业区位论认为：工业的地理位置(工业区位)的选择决定于生产成本费用的大小，任何理想的工业区位都应当选择在生产成本费用最低的地点上，对成本费用起关键作用的区位因子有运输费用、劳动力费用和集聚力。工业厂商希望工厂的位置接近货运站或交通非常便利的地区，这样可以节省原料和产品在区内的运费，降低成本，增加利润。同时工业企业商希望工厂的位置接近市中心地区，这样即可为企业员工提供便利的生活条件，降低劳动力成本，又可以靠近市场。运费对工业的基本布局起最有力的决定作用，既包括到市场的距离，也包括到原料地距离。

工业区位理论强调：工业布局一般会考虑离市场距离、劳动力成本、产业集聚以及市场规模等因素，其中交通条件优势是影响地区工业生产的重要因素。交通导向、集聚导向、市场因素等是选择制造业区位的重要因子，交通导向表现为工业沿交通轴线分布。集聚导向则更多理解为现有城市所产生的集聚与规模效益，距离中心城市远近、中心城市规模及距离主要道路轴线距离是制造业布局的重要条件。

“场强模型”是定量运用工业区位论理论进行空间分析的重要模型。中心城市作为一定区域的核心，影响着周围区域被称为腹地，影响力的大小称为“场强”。采用场强模型可得到各地区接受区域中心城市辐射力的大小，辐射力越强，区域经济增长能力越强。场强模型可以更好地模拟包括到中心城市距离与中心城市规模影响等在内的工业区位条件。

2.元胞自动机模型

CA模型是由Ulam和Von Neumann于20世纪40年代提出的时间、空间、状态都离散，空间的相互作用及时间上的因果关系皆局部的网格动力学模型。不同于一般的动力学模型，CA模型没有明确的方程形式，而是包含一系列模型构造的规则。

CA模型的思想在地理学中的应用最早可追溯到20世纪60年代；Tobler在20世纪70年代，认识到元胞自动机在模拟地理复杂现象的优势，首先正式采用了元胞自动机的概念来模拟当时美国五大湖边底特律地区城市的迅速扩展；到20世纪80年代后期，随着计算机图形学以及复杂系统、混沌系统、分形等学科理论的发展，CA模型开始广泛地应用于城市和区域方面的研究；到20世纪90年代，城市CA模型获得了很大的发展，开始结合微观和宏观空间尺度上的要素来进行分析；当前城市CA模型正在向不再把城市看成是一个单独的自组织系统，而是把城市看作一个受更大尺度因素限制和修改的局部尺度上的自组织过程转变，在模拟时开始更多地考虑宏观外部因素的影响。

3.水文学D8分析方法

要在栅格DEM上提取流域信息，栅格间流向的判别是基础，确定各个栅格单元的水流方向是采用DEM进行地表水文分析的基础。D8算法是较早提出并得到广泛应用的一种实用算法。基于D8算法有不同的改进算法，但各算法类似，主要的区别在于对疑难点(例如对平坦区域流向的判别)处理乎法的异同。

D8算法中，确定一个栅格的水流方向就是将被处理的栅格单元同其最邻近的8个栅格单元之间的坡降进行比较，被处理栅格单元中心同其相邻的8个栅格单元中坡降最大的一个栅格单元中心之间连线的方向被定义为被处理栅格的水流方向，并规定一个栅格的水流方向用一个特征码表示。有效的水流方向定义为东北、东、东南、南、西南、西、西北和北。D8算法提取河网一般分4个步骤：首先，利用无凹陷点的栅格数字高程模型，计算有效水流方向分布图；其次，从选定的流域出口栅格始，遍寻所有流向及流径指向出口的栅格，即可确定该流域的区域及边界；第三步是提取河网，流域中的每一个栅格均可算出汇流至该栅格的栅格个数，汇流栅格个数超过某一阈值的栅格即可认为是河道；最后，对生成的河网分级，并划分子流域。