[发明专利]一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法

权利要求书

1.一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：提取城市建成区边界并基于空间句法绘制线段地图，其具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：提取建成区边界图，包括历史、现状和规划年三个时段；

步骤1.2：绘制轴线地图，分历史、现状和规划年三幅图；

步骤1.3：将轴线地图转译生成线段地图；

步骤2：以城市现有建成区及其周边可能发展为城市用地的区域为研究区，建立覆盖研究区的固定网格单元；

步骤3：计算空间句法形态分析变量，并赋值给格网；

具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：计算不同时期线段法的形态分析变量F，包括不同空间尺度下的整合度I、选择度C、线密度TSL、节点值NC、深度值TD和角度连接值AnCon，即：

F∈{I_r,C_r,TSL_r,NC_r,TD_r,AnCon}，

其中r取不同的空间尺度，依据城市建成区面积确定；

步骤3.2：采用《城镇土地分等定级规程GB/T 18507-2014》中道路通达度作用分算法，将描述线段的形态分析变量F赋值给格网，记为X；其具体实现包括以下子步骤：

步骤3.2.1：根据道路级别计算其作用半径，并赋给对应的线段，计算公式如下：

d＝s÷l；

其中：d为作用半径，s为建成区面积，l为各级别道路总长度；

步骤3.2.2：根据形态分析变量指标的含义，将其赋给各格网单元时，不仅要考虑服务于该格网单元的线段指标值大小，也要考虑其距线段的相对距离；线段对各个网格单元的影响是在其服务半径内随着距离衰减的，深度值是增加；确定距离衰减模型为指数模型：

或

其中X_j为格网单元j获取的形态分析变量指标值，F_i为线段i的形态分析变量指标值，d_i为格网单元j到线段i的实际距离，d为线段i的作用半径，n为作用于网格单元j的线段总数；

步骤4：计算各网格到不同时期建成区边界距离D；

步骤5：建立多元线性回归模型，确定模型变量及对应参数，并对所建立的多元线性回归模型进行检验；

具体实现包括以下子步骤：

步骤5.1：以城市扩张后各格网单元距建成区边界距离为因变量，以扩张前距建成区边界距离和扩张前后各形态分析变量为自变量，构建多元线性回归模型：

其中：D₀、D_t为扩展前、后各网格单元到建成区边界距离，ω₀为扩展前边界距离权重值，X₀为常数项，X_t0为扩展前形态分析变量，ω_i为扩展前形态分析变量权重值；X_tn为扩展后形态分析变量；λ_i为扩展后形态分析变量权重值，m为自变量总数；

步骤5.2：各网格点到城市建成区边界现状距离与历史距离、历史年和现状年形态分析变量代入多元线性回归模型；调用SPSS软件中的回归分析，选择变量逐步进入的方式建立模型，筛选出对因变量影响显著的因子，剔除不显著因子，确定它们之间相关程度，进而得到模型变量及对应参数；

步骤5.3：对所建立的多元线性回归模型进行检验，其具体实现包括以下子步骤：

步骤5.3.1：计算多元线性回归模型的拟合度R²和显著水平sig指标，检验模型拟合度；

步骤5.3.2：分析多元线性回归模型残差分布，检验残差独立性；

步骤5.3.3：方差齐次性检验；

步骤5.3.4：一致性检验，采用历史数据、历史路网和现状路网，对现状进行预测，并与实际情况对比，计算Kappa系数；

步骤6：城市扩张边界预测，其具体实现包括以下子步骤：

步骤6.1：依据所建立的多元线性回归模型，利用现状路网和规划路网，将各网格点的对应变量的取值代入模型，计算规划年各网格点到规划年建成区边界距离；

步骤6.2：绘制各网格点到边界距离的等值线，将预测结果可视化。