[发明专利]空间战略规划的约束性元胞自动机耦合建模方法

权利要求书

1.空间战略规划的约束性元胞自动机耦合建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤001：数据输入：此时研究区域的空间格局、地形信息和初始开发区必须从GIS数据库导入，以模拟城市增长；

步骤002：基于约束性元胞自动机的城市增长模拟：即首先根据邻域约束、宏观社会经济条件约束、制度条件约束及空间约束计算用地单元的土地利用适宜性；在此基础上，将土地利用适宜性计算用地单元的建设用地开发概率，与建设用地开发的概率阈值进行比较，以判定用地单元是否转换为建设用地；

当p_ij^t≥p_threshold(p_ij^t，Developmentstage^t+1)S^t+1(ij)＝Developed否则S^t+1(ij)＝UnDeveloped

S_ij^t表示在t时刻用地单元(i，j)的土地利用适宜性；x₀，s₀为常数；

S^t+1(ij)表示用地单元(i，j)在t+1时刻的状态；x_k是反映除邻域规则之外的制度政策的参数集；x_n为反映邻域影响的参数；a_n^t用于表示邻域在t时刻的空间特征；a_k表示除了邻域之外的空间特征；p_g^t表示所有用地单元在t时刻表现出的开发概率；p_g^t_max表示t时刻所有用地单元中开发概率的最大值；α表示在1至10范围内浮动的扩散系数；p_ij^t表示t时刻用地单元(i，j)的最终开发概率；

p_threshold(p_ij^t，Developmentstage^t+1)是根据用地单元数量和发展速度控制而确定的用地单元开发的概率阈值，且为了使得在t+1时刻的发展阶段Developmentage^t+1相符，能根据p_ij^t和Developmentstage^t+1进行调整；

步骤003：家庭能源消耗和废弃物排放核算

(1)家庭增长模拟

N_c,N_r,N_h分别代表商业区、居住区和所有开发区域的家庭数量；

D_rn和D_cn分别代表居住区和商业区的人口密度；

ε_rn和ε_cn分别表示居住区和商业区的人口密度的误差，它是随机值，平均值为1，标准差为0.5，以便生成每个区域的人口密度；S_cell表示每个用地单元的面积；∑NumCell_r和∑NumCell_c分别代表居住区和商业区用地类型中已开发用地单元的总数；

(2)家庭能源消耗和废弃物排放

在HI-TAC模型中，家庭之间的相互作用基于如下假设：所有家庭已达成合作共识来遵守有关家庭能源消耗和废弃物排放的总量控制；模拟流程如下:

首先，根据不同土地利用类型，为智能体设定家庭能源消耗和废弃物排放的初始值；

其次，核算家庭能源消耗和废弃物排放的总量；

当能量消耗和废弃物排放总量超过阈值时，每户家庭将进行调整；

能源消耗核算：

当E^t≥E_threshold

此处，否则

E^t_r表示在第t时刻时居住区的家庭能源消耗；E^t_c表示在第t时刻商业区的家庭能源消耗；E^t表示在第t时刻时家庭能源消耗总量；E^t_initial表示能源消耗在t时刻的初始标准；代表基于总量控制政策的智能体减少能耗后在t+1时刻产生的家庭能源消耗的新标准；E_threshold代表家庭能源消耗总量的控制阈值；

废弃物排放核算：

当W^t≥W_threshold

此处，否则

W_r^t表示在第t时刻居住区的家庭废弃物排放；W_c^t表示在第t时刻商业区的家庭废弃物排放；W^t表示在第t时刻时家庭废弃物排放总量，W^t+1表示在第t+1时刻家庭废弃物排放总量；表示在t时刻家庭废弃物排放的初始标准；代表基于总量控制政策的智能体减少废弃物排放后在t+1时刻产生的家庭废弃物排放的新标准；W_threshold代表废弃物排放总量控制的阈值；

步骤004：数据输出与展示：使用者能看到系统平台上所展示的结果，由于模拟结果的发展历程根据空间战略规划的投资分为初期、中期和后期，因而模拟结果为三个阶段的家庭数量、家庭能源消耗量和废弃物排放量，以折线图的形式展示。