(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211140400.3 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 中国地质大 学 （武汉） 地址 430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 388号 (72)发明人 杨建新　龚健　陈光　袁满　石锐　 任英健　李帅呈　 (74)专利代理 机构 武汉知产时代知识产权代理 有限公司 42 238 专利代理师 魏波 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/16(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) (54)发明名称 一种多尺度距离驱动的城镇扩 展模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种多尺度距离驱动 的城镇 扩展模拟方法， 方法以CA模型为基本框架， 耦合 三个距离驱动的模型组件， 分别在景观、 类别和 斑块尺度上实现对城市形态的控制， 其中三个模 型组件分别指基于距离的城市土地需求分配模 块(在景观层面表达城市土地开发 需求分布的时 空异质性)、 基于距离的城市发展概率评估模块 (在类别层面控制城市土地布局)、 距离驱动的斑 块生成引擎(在斑块层面生 成形态可控制的给定 大小的城市斑块)。 本发 明有益效果是： 虑到了不 同尺度的距离驱动变量或规则对城市增长影响， 提高了城市增长扩 展预测的精度与准确度。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115481896 A 2022.12.16 CN 115481896 A 1.一种多尺度距离驱动的城镇扩展模拟方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S1、 预设年度t， 其中t＝1， 2， . ..， T， 开始年度t模拟循环； S2： 利用基于距离的城市土地需求分配模块获取年度t内各分区i中新增城市土地预期 面积Aexp， i， t。 其中i为分区编号； S3： 抽取一个分区i用于模拟生成城市土地斑块； 其中年度t内第k次斑块生成过程在分 区i内新生成的城市土地斑块总面积为Ai， t， k； S4： 计算分区i内已布局的新增城市土地总面积Asim， i， t， k； S5： 若Asim， i， t， k≥Aexp， i， t， 则Ai， t， k取值a1， 50＞a1＞0； 否则继续判定， 若Aexp， i， t‑Asim， i， t， k ≥a2， 则Ai， t， k取值a2， 否则Ai， t， k取值Aexp， i， t‑Asim， i， t， k； 其中， Ai， t， k表示年度t内的第k次斑块 生成过程需要在分区i内新生 成的城市土地斑块总面积， a1和a2是为常数； 其中， a2为的默认 值， 且a2大于a1； S6： 根据获得的Ai， t， k调用基于距离 驱动的斑块生成引擎， 在分区i内持续生成一定数量 的城市土地斑块， 直到分区i内新 生成的斑块总面积达 到获得的Ai， t， k； S7： 检查年度t内所有分区中已布局的新增城市土地总面积Asim， t， 如果Asim， t大于等于 Aexp， t， 则进入t+1年度的模拟； 如果Asim， t小于Aexp， t， 则重复执行步骤S3 ‑S6， 直到Asim， t大于等 于Aexp， t； S8： 重复执 行步骤S3 ‑S7， 直到运行到预设模拟的最后一个年份T。 2.如权利要求1所述的一种 多尺度距离驱动的城镇扩展模拟方法， 其特征在于： 步骤S2 具体为： S21： 根据年度t对应的城市土地总密度反S型函数将城市划分为编号为1～5的不同区 域， 分别为城市核心区、 内城区、 郊区、 城市边 缘和乡村区域； S22： 依据年度t新增城 市土地预期总面积Aexp， t及各分区内新增城市土地的分配比例计 算年度t内各分区i中新增城市土地预期面积Aexp， i， t， 3.如权利要求1所述的一种 多尺度距离驱动的城镇扩展模拟方法， 其特征在于： 步骤S6 具体如下： S61： 总面积为Ai， t， k的城市用地斑块， 包括自然生长斑块和有机生长斑块两种， 输入分 区i内有机生长和自然生长斑块的面积之比； S62： 依据有机生长和 自然生长斑块的面积之比随机确定某一城市土地斑块m， m＝1， 2， ...的生长类型； S63： 从对数正态分布 中生成一个随机数am来确定拟生成的城市土地斑块的面积大小， 对数正态分布的形状由其均值 μ和标准差σ 决定； S64： 将分区i中尚未开发的土地单元的城市开发概率 按降序排列， 取前γ ×Ai， t， k个 元胞单元作为斑块初始单元候选单元集， γ为自定义参数。 若 预备生成的斑块为有机生长， 则候选单元集中的元胞单元必须与已开 发的城市土地斑块具有空间连接关系； 若 预备生成 的斑块为自然生长， 则候选单元集中的元胞单元与已开 发的城市土地斑块不具有空间连接 关系； S65： 从候选单元集中随机选择一个元胞单元进行生存测试： 将该单元的城市土地开发 概率 与一个[0， 1]之间的符合均匀分布的随机数进行对比， 若 大于该随机数， 则该元权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115481896 A 2胞单元通过测试， 确定其为城市土地斑块的种子单元； 否则再次随机选择一个单元进行生 存测试， 直到有一个单 元通过测试为止； S66： 确定斑块的种子单元之后， 将种子单元3 ×3邻域范围内的可开发单元放入一个邻 域单元集中Q中， 若预备生成的斑块为自然生长则应排除与已开发土地连接的邻域单元， Q 中的单元将作为斑块自生长的候选单 元； S67： 按照式(1)、 式(2)对邻域单 元集Q中的元胞的城市发展概 率进行调整： 其中， 是年度t元胞j中城市开发的概率， 修正后的概率， 是归一化的城市发展 概率， dj是邻域单元j到初始种子单元的距离， δ是使用距离衰减规则调节斑块形状的缩放 参数； S68： 从Q中随机选取一个元胞单元进行和步骤S65相同的生存测试， 此 时测试使用的城 市土地开发概率为调整后的归一化概率 若该单元通过测试， 则该单元将作为新开发 城市土地斑块的一部分； 同时将该单元3 ×3邻域范围内的可开发单元放入邻域单元集中Q 中， 若预备生成的斑块 为自然生长则应排除与已开发土地连接的邻域单 元； S69： 重复步骤S6 6‑S68直至当前生成的城市土地斑块 面积达到am； S610： 重复步骤S62 ‑S69生成下一个城市土地斑块m+1， 直至生成的所有城市土地斑块 总面积达 到Ai， t， k， 完成第k次斑块 生成过程。 4.如权利要求3所述的一种多尺度距离驱动的城镇扩展模拟方法， 其特征在于： 步骤 S67中， 的计算采用基于距离的城市发展概 率评估方法， 其计算式如式(3)、 (4)所示： 其中， 是年度t未开发元胞j中进行城市土地开发的概率， 和 分别是年度t元胞j 到现状城市土地 的原始和归一化最近欧氏距离， max(dt)是从所有未开发元胞到现状城市 土地的欧氏距离的最大值， β 是控制城市土地 开发概率随距离增长而衰减的速率。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115481896 A 3