基于改進引力模型的城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性評價研究

葉楚維

廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院 廣東 廣州 510000

當(dāng)前，城市化進程仍處在發(fā)展時期，在可持續(xù)發(fā)展的理念下，對于城市用地布局的規(guī)劃也越來越注重環(huán)境影響[1]。依據(jù)國家頒布的《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》，城市規(guī)劃的過程中，除了基本的居住用地和工業(yè)用地外，還需要充分考慮地質(zhì)環(huán)境因素的影響[2]?；诖?，對于城市規(guī)劃用地布局的環(huán)境適宜性進行評價，能夠更加科學(xué)合理地安排城市建設(shè)方向與空間資源的利用[3]。對于城市用地評價的系統(tǒng)化研究也越來越受到各界關(guān)注，成為當(dāng)前學(xué)界的研究熱點之一[4]。傳統(tǒng)的城市規(guī)劃用地布局評價中的引力模型城市間引力不對稱的存在局限性[5]，在對其布局的環(huán)境適宜性評價的過程中，評價結(jié)果存在極大偏差[6]，為此本文提出基于改進引力模型的城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性評價研究。

本文設(shè)計相對引力常量優(yōu)化的城市布局環(huán)境適宜性評價模型，依據(jù)城市質(zhì)量指標(biāo)公式，建立以城市競爭力為基礎(chǔ)的引力模型，基于此，本文采用相對引力常量，解決傳統(tǒng)模型中城市之間引力不對稱的問題，實現(xiàn)對引力模型的改進。

1 相對引力常量優(yōu)化的城市布局環(huán)境適宜性評價模型設(shè)計

1.1 建立以城市競爭力為基礎(chǔ)的引力模型

為建立城市競爭力為基礎(chǔ)的引力模型，本文依據(jù)城市質(zhì)量指標(biāo)公式，表示出各種影響因素之間的關(guān)系，其具體計算公式表示如下：

公式中，i表示的是影響因素的數(shù)量參數(shù)；j表示的是其中的某一因素；Qi表示的是因素的權(quán)重參數(shù)；Wj表示的是因素j的標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)?；谏鲜鲇嬎愎?，需要考慮城市間實際的路程與時間概念，那么城市距離B的計算公式可以表示為：

其中，q表示的是一定輻射范圍內(nèi)的城市數(shù)量參數(shù)；r表示的是其中的某一城市；ard表示的是城市d與r之間的公路長度參數(shù)；brd表示的是d與r之間進行交通的平均時間參數(shù)；crd表示的是d與r之間進行交通的經(jīng)濟成本參數(shù)。

基于上述兩關(guān)系量，并針對城市間的競爭力衡量城市的引力，本文建立的引力模型如下：

式中，Aq、Aw表示的分別是城市q、w的質(zhì)量；Bqw表示的是q、w的距離，兩參數(shù)可以根據(jù)上述公式（1）和公式（2）計算得出；v表示的是引力常數(shù)。基于上述計算公式，我們建立了以競爭力為基礎(chǔ)的城市引力模型。

1.2 采用相對引力常量優(yōu)化城市間引力不對稱

城市與城市間的引力關(guān)系中，引力大的城市競爭力也相對較高，我們假設(shè)引力大的城市C與相對較小的城市D之間引力指向方向為標(biāo)準(zhǔn)，以相對引力常量P代替?zhèn)鹘y(tǒng)的引力參數(shù)，P的公式表示為：

公式中，G表示的是轉(zhuǎn)換系數(shù)的參數(shù)值；表示的是單位的引力矢量參數(shù)；S表示的是調(diào)節(jié)系數(shù)的參數(shù)值。

模型中原有的引力常數(shù)表示的是多種因素對城市的吸引力影響，基于上述引力常量，不同城市間的吸引力的方向是不同的，也就是說，P值隨著計算的城市的不同而變化的。我們假設(shè)城市C與城市D之間的引力相同，那么在此時，二者間的引力是對稱的，此時的引力關(guān)系公式可以表示為：

公式中，q表示的是一定輻射范圍內(nèi)的城市引力影響因素的數(shù)量參數(shù)，p表示的是q中的某一因素，Ep表示的是該因素對引力常數(shù)的影響權(quán)重參數(shù)；Rp表示的是p的城市引力影響因素參數(shù)。

基于上述公式，改進后的引力模型的公式表示如下：

1.3 構(gòu)建用地布局適宜性評價的數(shù)學(xué)模型

在改進后的引力模型的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了對于城市規(guī)劃用地布局的環(huán)境適宜性評價的數(shù)學(xué)模型。首先,根據(jù)國家規(guī)定的城市規(guī)劃用地的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對實際的城市環(huán)境進行分析，確定影響城市環(huán)境適宜性的相關(guān)因素，基于此，本文建立了相應(yīng)的評價指標(biāo)體系，具體情況如表1所示。

表1 環(huán)境適宜性評價指標(biāo)體系

在確定好環(huán)境適宜性的影響因素后，為實現(xiàn)對城市用地布局規(guī)劃的評價，需要確定各個因素的權(quán)重指標(biāo)。本文采用層次分析法，對上述各個因素進行專家打分，本文對各個適宜性因素進行分級，共分為5個等級，并進行相應(yīng)的量化分值賦值，重要程度越高，分值也就越高，反之越低。依據(jù)上述權(quán)重對城市規(guī)劃用地布局的環(huán)境適宜性進行評價。

1.4 模糊綜合評價法實現(xiàn)環(huán)境適宜性評價

在建立好評價模型，確定評價指標(biāo)權(quán)重之后，就可以進行對于環(huán)境適宜性評價。由于對于城市環(huán)境適宜性的影響因素眾多，且各個因素間相互疊加，使得其內(nèi)部的界限是不清晰的，因此，本文基于模糊數(shù)學(xué)理論，使用相應(yīng)的綜合評價法進行評判。該評價方法流程如圖1所示。本文需要建立相應(yīng)的評價模型，具體方法如下：

圖1 環(huán)境適宜性評價流程圖

首先，依據(jù)前文的評價指標(biāo)體系，建立評價對象的因素集，設(shè)指標(biāo)層內(nèi)的各個評價因素為w，那么其組成的因素集可以表示為W=(w1 ,w2 ,… ,wn)。

其次，本文依據(jù)專家評價標(biāo)準(zhǔn)，將城市規(guī)劃用地布局的環(huán)境適宜性進行等級劃分，假設(shè)環(huán)境適宜度的評價等級為e，那么其組成的評判集可以表示為E=(e1 ,e2 ,… ,en)。

之后，本文根據(jù)相關(guān)的隸屬度，建立了W與E之間的模糊映射，構(gòu)造隸屬關(guān)系的模糊矩陣U，其公式表示如下：

結(jié)合上述關(guān)系矩陣，確定各個評價等級的權(quán)重k，其集合可以表示為K=(k1 ,k2 ,… ,kn)。

然后，依據(jù)改進的引力模型對城市的經(jīng)濟環(huán)境、建設(shè)環(huán)境、交通環(huán)境以及自然環(huán)境等不同條件的適宜性進行評價，假設(shè)適宜度為u，相應(yīng)的計算公式表示為：

式中，n表示的是適宜性的評價因子的數(shù)量參數(shù)；Kj、Hj分別表示的是其中某一因子j的指標(biāo)參數(shù)值和權(quán)重參數(shù)。

依據(jù)上述方法，能夠建立評價模型，實現(xiàn)對于環(huán)境適宜度的綜合評價，輸出最終的評判結(jié)果。

2 實驗

2.1 實驗準(zhǔn)備

為了進行環(huán)境適應(yīng)性評價，本文依據(jù)上述方法，以某城市G的城市規(guī)劃方案為實驗對象，對其進行評價。

首先，收集一定區(qū)域內(nèi)城市的數(shù)據(jù)，并根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域的實際城建情況，在分析該城市與相鄰城市的經(jīng)濟發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，選取能夠進行評價的數(shù)據(jù)作為評價的指標(biāo)層。在選取的數(shù)據(jù)集范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)進行處理，依據(jù)本文分析方法，確定環(huán)境適宜性的評價指標(biāo)，具體情況如表2所示。

表2 評價指標(biāo)參數(shù)表

在確定好評價指標(biāo)后，本文參考原有的環(huán)境適宜性評價等級，將適宜性進行分級，分別為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級以及Ⅴ級。依據(jù)上述評價指標(biāo)體系，對G市的城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性進行評價，G市的城市規(guī)劃用地布局面積為2967km2，依據(jù)上述評價原則與評價指標(biāo)，分別使用傳統(tǒng)的引力模型評價方法，與本文設(shè)計的評價方法，對G市的城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性進行評價，記錄相應(yīng)的評價結(jié)果。

2.2 實驗結(jié)果分析

根據(jù)上述實驗，本文記錄了兩種方法下，對G市城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性的評價結(jié)果，具體實驗結(jié)果數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同方法的規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性評價結(jié)果

上表中的評價等級的劃分，是依據(jù)實驗準(zhǔn)備階段中劃分的評價等級建立，具體情況見表5。由上述實驗結(jié)果表可以看出，RSEI-熵權(quán)法與本文設(shè)計方法所輸出的評價結(jié)果差別較大。本文設(shè)計的方法在進行評價時準(zhǔn)確性明顯高于傳統(tǒng)方法。分析RSEI-熵權(quán)法評價結(jié)果，可以看出，其在適宜性等級規(guī)模的劃分方面，輸出結(jié)果較為籠統(tǒng)，尤其是在對于Ⅱ級較適宜區(qū)域與Ⅴ級不適宜區(qū)域這兩種等級進行劃分的時候，結(jié)果準(zhǔn)確性受限，實際輸出的評價結(jié)果在規(guī)模方面誤差較大。而相比較于RSEI-熵權(quán)法，本文設(shè)計的評價方法在進行適宜性評價的過程中，其等級劃分較為精準(zhǔn)，并且，本文設(shè)計方法能夠針對較不適宜區(qū)的布局，評價出較準(zhǔn)確的規(guī)模范圍，也能夠具體識別出不適宜的規(guī)劃布局的規(guī)模范圍，評價的結(jié)果輸出方面，明顯更具優(yōu)勢。

3 結(jié)束語

為提高城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性評價的準(zhǔn)確性，本文在改進引力模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了新的評價方法，建立了相對引力常量優(yōu)化的城市布局環(huán)境適宜性評價模型，實現(xiàn)了本文設(shè)計。并通過對比傳統(tǒng)評價方法，驗證了本文設(shè)計的評價方法在對城市規(guī)劃用地布局環(huán)境適宜性評價方面的應(yīng)用價值。證明了本文設(shè)計方法評價等級劃分更為精準(zhǔn)、評價結(jié)果更為準(zhǔn)確客觀。