[發明專利]一種基于議價模型和蟻群優化算法的城市擴張模擬方法

在審

• 申請號: 202010783897.5
• 申請日: 2020-08-06
• 公開（公告）號: CN112528359A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 湯弟偉;劉恒;孫毅
• 申請（專利權）人: 湖北民族大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/00;G06Q30/02;G06F17/18
• 代理公司: 武漢中知誠業專利代理事務所(普通合伙) 42271
• 代理人: 施志勇

本發明提供一種基于議價模型和蟻群優化算法的城市擴張模擬方法，包括以下步驟：首先對所有能轉換為城市的像元，利用顧及公平偏好的政府和農民雙方動態議價模型，判斷該像元是否加入城市擴張候選區域；再在該候選區域內利用蟻群優化算法，設定城市擴張目標，模擬城市擴張過程。該發明的優點在于，利用顧及偏好的政府和農民雙方動態議價模型，能夠準確模擬城市擴張過程中的征地過程，保護農民基本利益；同時利用蟻群優化算法在征地博弈結果中的擴張候選區域內，對整體城市擴張結果進行優化模擬，模擬結果在目標函數控制下更符合城市發展方向，并能減少或避免在城市擴張過程中出現征地沖突事件，保證城市擴張或規劃的順利實施。

技術領域

本發明屬于城市規劃技術領域，特別涉及一種基于議價模型和蟻群優化 算法的城市擴張模擬方法。

背景技術

中國作為世界上最大的發展中國家，正在經歷快速的城鎮化進程，城鎮 土地需求劇增。而土地征收是滿足城市建設土地需求的主要手段，城市化的 快速推進使得征地數量劇增，在征地過程中，由于各方利益沖突，出現了大 量征地沖突，這在一定程度上影響了城市擴張的進程與方向，甚至對整個社 會的和諧與穩定帶來了一定的負面影響。可見，城市擴張模擬應以土地征收 的順利實現為基礎。

博弈論是分析和解決土地征收沖突問題最常用的方法，但現有的征地博 弈模型存在：(1)多對微觀的征地糾紛案例進行靜態分析建模，其模型難以 應用到其他案例或其他區域，特別是大尺度的土地征收問題；(2)多為政府 單邊報價模型，農民僅能采取接受或抗拒策略，與實際存在的“隱形”談判 不符；(3)未考慮農民之間以及農民和政府之間的相互影響，如農民及政府 普遍存在的公平偏好。議價模型是一種完全信息動態博弈模型，是有共同利 益的參與者面臨沖突時試圖達成一致協議的一種博弈過程，較為契合中國征 地的實際實施過程；同時相較于靜態博弈模型，動態議價模型的拓展應用性 更強。

現有城市擴張模擬方法主要以元胞自動機(Cellular atutomata，CA) 和智能體建模(Agent-based Modelling，ABM)為主，無論是CA還是ABM， 均屬于自下而上的方法，即通過元胞或智能體個體的變化來推演全局，缺乏 對全局模擬結果的調整控制，同時研究者普遍認為CA轉換規則的獲取較為困 難，而且缺乏對人的決策過程和行為的模擬，導致其使用受限；而ABM雖能 夠模擬“人與人”、以及“人與地”間的交互與決策，但因城市擴張問題極為復雜，城市擴張所涉及的主體，以及“人與人”、“人與地”之間的關系 難以通過智能體的類別、知識和行為定義來精確表達，只能對涉及主體及環 境進行簡化，而這種簡化必然會影響到ABM的模擬精度。

20世紀90年代初由Dorigo等提出的蟻群優化算法，通過模擬螞蟻的覓 食行為，來求解各種優化問題。由于其具有信息正反饋機制，算法魯棒性較 好。同時由于其基于目標函數的評價機制，能夠調整和控制求解方案的整體 效果，已成功應用于生態保護區規劃、土地利用優化布局、城市擴張模擬等 相關領域，為此，本發明提出一種基于議價模型和蟻群優化算法的城市擴張 模擬方法。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種基于議價模型和 蟻群優化算法的城市擴張模擬方法。

本發明是通過如下的技術方案來實現：一種基于議價模型和蟻群優化算 法的城市擴張模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：收集研究區域Y₁年、Y₂年、Y₃年的土地利用數據、基礎設施數據、 征地補償標準、基準地價、數字高程模型(DEM)和行政區劃數據；其中基礎 設施數據包括鐵路、高速公路、國道、省道、地鐵、城市主干道、河流數據； 對數據進行格式轉換、重采樣、重分類、統一投影處理、信息提取處理；