【摘要]本文選擇基于網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)表征的空間信息流，結(jié)合當(dāng)前靜態(tài)的城市引力模型構(gòu)建城市群內(nèi)部動(dòng)態(tài)的作用力模型，并與城市擴(kuò)張模擬中最常用的模型——元胞自動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行耦合，探究基于信息流的城市群協(xié)同擴(kuò)張模擬和預(yù)測(cè)模型框架，并以湖北省東部的單核城市群——武漢城市圈為典型示范應(yīng)用，武漢城市圈近十年來(lái)的城市擴(kuò)張變化，并對(duì)未來(lái)的城市擴(kuò)張方向提出合理化的預(yù)測(cè)，為今后武漢城市圈的規(guī)劃建設(shè)與發(fā)展提供決策參考，具有重要的理論和實(shí)踐意義。

【關(guān)鍵詞】空間交互作用;單核城市群;擴(kuò)張模擬預(yù)測(cè)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

22.006

1、前言

隨著區(qū)域城市化與城市區(qū)域化的發(fā)展，城市群成為中國(guó)城市化進(jìn)程中最引人注目的地區(qū)，我國(guó)相關(guān)城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃提出將長(zhǎng)三角城市群、珠三角城市群和京津冀城市群建設(shè)為世界級(jí)城市群，這些地區(qū)將成為全國(guó)城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要領(lǐng)路者和支撐者，參與全球的合作與競(jìng)爭(zhēng)[1]。

城市用地?cái)U(kuò)張與變化模擬是城市發(fā)展研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題[2]。當(dāng)前城市群的模擬研究多集中在單個(gè)城市，對(duì)較大區(qū)域的城市擴(kuò)張模擬大多從分區(qū)模擬的角度考慮，模型忽略了城市群空間內(nèi)部聯(lián)系對(duì)城市擴(kuò)張的影響[3]。近年來(lái)，有學(xué)者開(kāi)始注重研究城市空間聯(lián)系與城市群發(fā)展的關(guān)系，嘗試從重力模型，數(shù)據(jù)場(chǎng)模型，GIS網(wǎng)絡(luò)分析模型[4]等多方面分析城市群內(nèi)部空間的聯(lián)系對(duì)城市群擴(kuò)張的影響，但主要從城市的人口和經(jīng)濟(jì)等靜態(tài)指標(biāo)來(lái)反應(yīng)空間聯(lián)系，缺乏全面性，同時(shí)，未充分考慮與城市動(dòng)態(tài)模擬模型的結(jié)合，使城市群擴(kuò)張模擬的精度普遍不高。

本研究基于城市規(guī)劃與發(fā)展理論，以城市模擬城市未來(lái)擴(kuò)張狀態(tài)和方向?yàn)槟康?，從城市群?nèi)部空間動(dòng)態(tài)聯(lián)系的視角出發(fā)，圍繞城市空間靜態(tài)聯(lián)系、動(dòng)態(tài)聯(lián)系及其與城市群擴(kuò)張的相互關(guān)系，采用理論歸納、模型構(gòu)建與實(shí)證研究相結(jié)合的思路，依據(jù)現(xiàn)有的城市群研究的理論方法體系，綜合運(yùn)用重力模型，網(wǎng)絡(luò)信息流模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型等多種方法，探究基于網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的空間信息流聯(lián)系對(duì)城市群擴(kuò)張的影響，構(gòu)建整合信息流的元胞自動(dòng)機(jī)模型框架，探究城市群尺度下更優(yōu)的城市擴(kuò)張模擬模型和精度檢驗(yàn)方法。

2、以武漢城市圈典型案例開(kāi)展實(shí)例研究

2.1 基于空間信息流的城市群內(nèi)部空間交互作用研究

選取城市擴(kuò)張研究中普遍認(rèn)為對(duì)城市用地增長(zhǎng)有影響的自然地理因子，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)——百度指數(shù)和空間網(wǎng)絡(luò)流模型表征城市間的信息流，研究更全面測(cè)度城市群空間交互作用的模型，針對(duì)傳統(tǒng)城市群模型的不足，構(gòu)建整合信息流的加權(quán)城市流模型，并分析其與城市擴(kuò)張的聯(lián)系。

2.2 基于城市內(nèi)部空間相互作用的城市群擴(kuò)張模擬研究

基于傳統(tǒng)元胞自動(dòng)機(jī)模型和重力模型表征的空間相互作用在模擬城市群擴(kuò)張過(guò)程中的局限性，本研究選取整合信息流的加權(quán)城市流模型與CA模型結(jié)合，綜合考慮城市群內(nèi)部各城市間的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)相互作用對(duì)城市群建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的影響，構(gòu)建整合多種空間聯(lián)系的改進(jìn)元胞自動(dòng)機(jī)模型，模擬城市群范圍內(nèi)城市土地的擴(kuò)張動(dòng)態(tài)，探究城市群擴(kuò)張的規(guī)律。

2.3 開(kāi)展城市群空間聯(lián)動(dòng)增長(zhǎng)模擬及預(yù)測(cè)的應(yīng)用實(shí)例研究

選取武漢1+8城市圈作為研究區(qū)，采用數(shù)據(jù)融合與同化技術(shù)構(gòu)建城市用地?cái)U(kuò)張空間數(shù)據(jù)庫(kù)，分析研究區(qū)內(nèi)空間相互作用力的格局和變化趨勢(shì)，基于研究區(qū)的特征構(gòu)建基于空間交互作用的城市群擴(kuò)張模擬模型，開(kāi)展模型的實(shí)例化研究，并檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行?。選取最優(yōu)的模型，對(duì)城市圈未來(lái)的擴(kuò)張趨勢(shì)做出合理的預(yù)測(cè)。

2.4 元胞自動(dòng)機(jī)模型

元胞自動(dòng)機(jī)（Cellular Automata，CA）是一種時(shí)間、空間均離散，具有時(shí)空計(jì)算特征的動(dòng)力學(xué)模型，用于自組織系統(tǒng)的演變規(guī)律。其中，轉(zhuǎn)換規(guī)則是元胞自動(dòng)機(jī)的核心。GIS柵格中的每個(gè)格網(wǎng)與單個(gè)元胞完全對(duì)應(yīng)，使得CA模型非常適合處理土地利用柵格數(shù)據(jù)，從而模擬土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。在局部轉(zhuǎn)換規(guī)則的基礎(chǔ)上，元胞自動(dòng)機(jī)通過(guò)迭代，自下而上的推演區(qū)域土地利用格局。因此，CA模型可模擬不同情境下城市擴(kuò)張的情景，并采用遙感影像分類(lèi)精度檢驗(yàn)的方法檢驗(yàn)?zāi)M精度。

3、構(gòu)建基于信息流的空間交互作用模型

在梳理有關(guān)城市空間相互作用與城市擴(kuò)張模擬研究背景基礎(chǔ)上，從城市擴(kuò)張理論、城市空間聯(lián)系以及網(wǎng)絡(luò)分析視角解析城市空間動(dòng)態(tài)交互作用的內(nèi)涵，構(gòu)建基于信息流的空間交互作用模型，分析空間交互作用與城市群擴(kuò)張的關(guān)系;建立基于空間交互作用的元胞自動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換規(guī)則，模擬城市群的擴(kuò)張，以湖北省武漢城市圈為研究區(qū)，收集整理研究區(qū)內(nèi)的多期土地利用數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)，基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)，開(kāi)展實(shí)地調(diào)研，進(jìn)行模型應(yīng)用，并驗(yàn)證其科學(xué)性。

3.1 網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)環(huán)境下城市空間動(dòng)態(tài)相互作用的構(gòu)建技術(shù)

基于網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)表征城市間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，彌補(bǔ)傳統(tǒng)引力模型分析城市群空間作用力的不足，全面地反應(yīng)城市群間的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)聯(lián)系。

3.2 整合信息流模型的城市群擴(kuò)張模擬關(guān)鍵技術(shù)

構(gòu)建合適的元胞自動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換規(guī)則，整合信息流模型及傳統(tǒng)的城市流模型，在充分顧及城市間相互作用力的前提下模擬城市群擴(kuò)張的情景，并且基于城市群尺度如何選擇合適的精度檢驗(yàn)方法，也是本研究需要解決的問(wèn)題

3.3 單核城市群城市擴(kuò)張模擬關(guān)鍵技術(shù)及預(yù)測(cè)典型示范應(yīng)用

除方法模型外，研究案例主要集中在我國(guó)較發(fā)達(dá)的沿海城市群，如京津冀城市群，長(zhǎng)三角城市群，珠三角城市群等，這些城市群均為多核城市群，城市之間有顯著的等級(jí)差異。而武漢城市圈是為數(shù)不多的單核城市群，又是湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，因此，如何構(gòu)建科學(xué)的單核城市群擴(kuò)張及預(yù)測(cè)模型，結(jié)合武漢城市圈作為單核城市群的典型特征，探索武漢城市圈擴(kuò)張中空間聯(lián)系對(duì)城市擴(kuò)張的影響，也是本研究的一個(gè)技術(shù)難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]何建華等，顧及空間交互作用的城市群聯(lián)動(dòng)空間增長(zhǎng)模擬——以武漢都市區(qū)為例.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2016.41（4）：462-467頁(yè).

[2]高金龍.陳江龍，中國(guó)城市擴(kuò)張態(tài)勢(shì)與驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究學(xué)派綜述.地理科學(xué)進(jìn)展，2013.32（5）：743-754頁(yè).

[3]楊青生.黎夏，多智能體與元胞自動(dòng)機(jī)結(jié)合及城市用地?cái)U(kuò)張模擬.地理科學(xué)，2007（04）：p.542-548.

[4]焦利民，唐欣.劉小平，城市群視角下空間聯(lián)系與城市擴(kuò)張的關(guān)聯(lián)分析.地理科學(xué)進(jìn)展，2016（10）：1177-1185頁(yè).

作者簡(jiǎn)介：

何力，1989年8月生，長(zhǎng)江大學(xué)教師，講師，研究方向：城市土地利用及大數(shù)據(jù)與城市規(guī)劃研究

課題：2019年湖北省自然科學(xué)基金計(jì)劃青年項(xiàng)目“基于空間交互作用的單核城市群擴(kuò)張模擬預(yù)測(cè)及應(yīng)用研究（項(xiàng)目編號(hào)：2019CFB355）

（本文作者單位為長(zhǎng)江大學(xué)，湖北荊州，434023）