基于ANN法和層次分析法畢節(jié)市城區(qū)邊界預(yù)測

石 田,張志遠(yuǎn),祝 粲

(貴州省第三測繪院,貴州 貴陽 550004)

在貴州省山地特色新型城鎮(zhèn)化的大背景下,許多城鎮(zhèn)依舊存在盲目擴(kuò)張,“攤大餅”式發(fā)展等問題,為遏制土地資源的浪費,促進(jìn)土地資源的集約利用,劃定城鎮(zhèn)的剛性擴(kuò)張邊界顯得尤為重要。本文以畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)為例,基于GIS平臺,使用GIS工具對區(qū)域進(jìn)行空間分析,劃分出畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)城市剛性擴(kuò)張邊界,揭示了七星關(guān)區(qū)城市空間發(fā)展與社會、經(jīng)濟(jì)、自然等因子之間的關(guān)系,為七星關(guān)區(qū)的空間發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與因子選擇

本文研究區(qū)域為畢節(jié)市七星關(guān)區(qū),七星關(guān)區(qū)是畢節(jié)市委、市政府所在地,位于貴州省西北部,地理坐標(biāo)約為東經(jīng)104°51'-105°55',北緯27°3'-27°46',西接云南,北毗四川,總面積3412平方公里。截止至2016年,畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)完成130.9平方公里控規(guī)編制,城市建成區(qū)面積擴(kuò)大到49.5平方公里、凈增20平方公里,城鎮(zhèn)化率提高到47%、年平均提升2個百分點。

根據(jù)七星關(guān)區(qū)的實地情況的了解及國內(nèi)外研究成果的引證,我們選取了包括：坡度、高程、距水域距離、土地利用性質(zhì)、距自然保護(hù)區(qū)距離、距城鎮(zhèn)用地距離6個主要評價因子。

2 數(shù)據(jù)源

本研究采用的數(shù)據(jù)主要有：①建設(shè)用地、高程、保護(hù)區(qū)、水域、坡度、土地利用性質(zhì)等矢量數(shù)據(jù)來源于2016年基礎(chǔ)性監(jiān)測數(shù)據(jù)；②2015、2016年城市邊界矢量數(shù)據(jù)來源于2016年地理國情監(jiān)測成果；③2015、2016年人口數(shù)據(jù)來源于貴州省統(tǒng)計局門戶網(wǎng)站；④2020年預(yù)測人口數(shù)據(jù)來源于《畢節(jié)—大方城市總體規(guī)劃(2010-2030)》。

3 七星關(guān)區(qū)2020年城市邊界預(yù)測

本文建立的模型有如下假設(shè)：(1)假設(shè)各因子在每個時間段(如2015—2016年間)里保持不變；(2)人工網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)在各時期始終保持不變；(3)每增加1人需要轉(zhuǎn)換的城市用地數(shù)量不變。

根據(jù)前文介紹,基于GIS強(qiáng)大的空間分析操作平臺,建立模型的步驟如下：

(1)將上文中6個因子重分類后的結(jié)果,轉(zhuǎn)成ASCII格式數(shù)據(jù),利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行城市空間擴(kuò)展預(yù)測。本文選取Log-Sigmoid函數(shù)作為傳遞函數(shù)建立BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測,根據(jù)一般經(jīng)驗設(shè)計6個隱層節(jié)點,訓(xùn)練次數(shù)為1000次。首先選取轉(zhuǎn)化成ASCII格式之后的85%數(shù)據(jù)用作BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練,調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重以得到合適的映射關(guān)系：將影響城市擴(kuò)展的6個因子作為網(wǎng)絡(luò)輸入,2015—2016年城市空間擴(kuò)展的實際值作為網(wǎng)絡(luò)輸出,定義其中轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘杏玫氐臇鸥褫敵鲋凳?,沒有轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘杏玫氐妮敵鲋凳?。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)束之后把所有數(shù)據(jù)輸入學(xué)習(xí)完成的BP網(wǎng)絡(luò),得到介于0～1的網(wǎng)絡(luò)輸出值,0～1的不同輸出值表示每個柵格所在地塊轉(zhuǎn)化為城市用地的可能性。最終在GIS平臺上得到七星關(guān)區(qū)的“城市空間擴(kuò)展可能值分布圖”,圖中每一個柵格的值表示該點發(fā)生土地類型轉(zhuǎn)變的可能性大小。

(2)根據(jù)PID(principleindexdriver)法預(yù)測城市土地擴(kuò)展數(shù)量以及對應(yīng)柵格的空間位置,基于GIS平臺得到七星關(guān)區(qū)未來的城市空間擴(kuò)展圖。這用2015年和2016年的實際數(shù)據(jù)模擬生成結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),2015—2016年間七星關(guān)區(qū)的城鎮(zhèn)人口由82萬人增加到83.1224萬人,柵格數(shù)增加了5612個。《畢節(jié)—大方城市總體規(guī)劃(2010-2030年)》中提出2020年畢節(jié)—大方總?cè)丝?47萬人,城鎮(zhèn)化水平達(dá)到50%左右,城鎮(zhèn)人口約為124萬人,預(yù)測2020年城鎮(zhèn)人口比2015年城鎮(zhèn)人口將增加42萬人,則柵格數(shù)為36萬個。如圖1、表1所示。

圖1 2020年畢節(jié)市城市邊界預(yù)測圖

北東北東東南南西南西西北2015年1.9482.0213.5862.5571.5991.2532.1751.3042016年1.9582.1853.7752.5591.6291.3642.2351.304預(yù)測2020年2.4456.71810.5226.544.3652.422.2841.304

由以上圖表可知：畢節(jié)市在未來發(fā)展中的主要趨勢為向大方方向進(jìn)行擴(kuò)展,由于受自然條件的影響,畢節(jié)市城市發(fā)展趨勢傾向于衛(wèi)星城類型。

4 結(jié)論

畢節(jié)市城市空間的擴(kuò)展主要是由已建成區(qū)向周圍進(jìn)行擴(kuò)展,模型中顯示出“土地利用現(xiàn)狀”因子對城市擴(kuò)展影響最大。從對畢節(jié)市城市空間擴(kuò)展的預(yù)測結(jié)果可以看出,畢節(jié)市將形成一條明顯的空間發(fā)展軸,即經(jīng)由七星關(guān)區(qū)向東部擴(kuò)展,與大方相連接的畢節(jié)—大方發(fā)展軸,本文模型模擬和預(yù)測出的畢節(jié)市空間發(fā)展趨勢與規(guī)劃基本吻合。