[发明专利]一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法

摘要

本发明公开了一种基于空间句法的城市扩张边界预测方法，包括以下步骤1）绘制线段地图（Segment Map）并提取建成区边界；2）建立固定网格单元；3）求算空间句法形态分析变量，并赋值给格网；4）计算各网格到建成区边界距离；5）建立多元线性回归模型并检验；6）城市扩张边界预测。本发明方法构建了建成区边界与空间句法形态分析变量间的定量模型，并将上述模型应用于城市扩张边界预测中，在一定程度上能为城市规划决策和城市边界问题的研究提供新思路。

主权项

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∈{Ir,Cr,TSLr,NCr,TDr,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Xj为格网单元j获取的形态分析变量指标值，Fi为线段i的形态分析变量指标值，di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、Dt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，Xt0为扩展前形态分析变量，ωi为扩展前形态分析变量权重值；Xtn为扩展后形态分析变量；λi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。