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《武汉大学》 2004年
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城市体系空间布局的模型化与智能化方法研究

闫卫阳  
【摘要】:城市体系(Urban System,也译作城镇体系或城市系统)是城市地理学和城市体系规划的重要研究内容,也是地理信息系统(Geographical Information System,简称GIS)的重要应用领域。它以一个区域内的城市群体为研究对象,而不是把一座城市当作一个区域系统来研究。因此,城市体系研究在研究视角上与其它城市科学,比如城市规划学有明显的不同。一是将城市看作一个面,研究个体的发展演变规律;二是将城市视作区域中的一个点,研究一定系统中的群体发展。城市体系研究就属于后者的范畴。人类关于城市研究的总体趋势过程是从个体走向群体。这实际上反映了人们认识逐步深化、视野不断拓宽的过程,也是社会经济发展对城市研究提出的新的更高的要求,中西方城市地理学研究的历史充分说明了这一点。 我国自1980年引入城市体系的相关概念,并相继出台了相关法规,有力地促进了城市体系的研究与实践。但是,许多学者认为目前还存在诸多问题,主要表现在定性分析较多,定量方法不仅使用较少,而且方法陈旧僵化,新技术的应用还不够深入。这就使得城市地理包括城市体系研究的理论化建设成为一个十分突出的问题。同时,地理信息系统作为空间数据管理的一种高新科技手段,在众多领域和方面得到了广泛的应用,成为现代化、科学化管理的一种标志,而在城市规划和管理方面的应用更成为一种强大的趋势和潮流。但是在实践当中,人们普遍感到,地理信息系统的应用还处在一个较低的层次,主要用于数据管理和专题制图方面,而空间分析功能发挥的较少。究其根本原因,就是应用模型的缺乏,这严重制约了地理信息系统应用的效益和效率。因此,本文把城市体系空间布局的模型化和智能化方法作为研究主题,并结合实例予以分析论证,不仅适应了现实社会经济发展的需要,而且也符合城市体系研究和地理信息系统应用研究的总的趋势和要求。 城市体系空间布局模型化和智能化方法研究的实质,就是通过构建计算机语言可以实现的数学模型,定量地描述城市体系在空间分布上的规律性,并从理论上定性地予以解释,为城市规划实践和决策提供参考依据。这类模型的构建既要符合一般模型的构建规律,又有自己独特的构建特点。本文选择城市体系空间布局的相关的几个重要方面,利用地理信息系统提供的数据管理手段和通用的空间分析功能,采用现代统计学方法、分形理论、计算几何以及人工智能技术,探讨了城市体系模型构建的思路和方法,提出了一些新的理论模型,并作了一系列分析和论证。 具体来讲,本文的主要研究工作和创新点包括: ■研究了城市综合实力评价的理论与模型化方法。一是在总结分析目前城市综合评价的类型和方法的基础上,考虑到社会与城市发展的新的时代特征,提出了构建城市综合实力评价指标体系的基本原则,并依据这个原则,提出用4个子系统36个指标来反映现代城市的综合实力。二是分析了主成分分析的原理 和优点,并运用此方法,对河南省38个设市城市进行了综合实力评价和排序。 三是运用系统聚类的方法,选用城市综合评价的36个指标以及反映区域发展特 征24个指标,分别对河南省21个县级城市及其所在区域进行了聚类分析,探 讨了城市与区域发展的关系。四是考虑到城市与区域之间存在的相互关系,以 及BP神经网络在分类预测中的应用,将二者结合起来,设计了一个24一18一IBP 神经网络模型,试图用区域发展水平来推断城市类型。最后,还对BP神经网 络在实际应用中的有关问题进行了讨论。 .研究了Gls环境下城市体系与交通网络复杂性的定量描述方法。一是提出 了区域交通网络评价的补充指标Voronni偏离指数(包括3个子指标)并给出 计算公式。在假定区域中心城市都能够提供某种相同服务的情况下,voronoi指 数反映了其它城市由于受最短交通距离的影响而偏离中心城市的程度,进而表 明了区域内其它城市与中心城市连接的便利程度。二是对 Voronoi偏离指数的 含义及应用作了进一步的拓广。即假定区域中心城市提供某种特定的服务,考 察其它城市点为获得这种特定服务,在交通上的便捷程度。通过对Voronoi偏 离指数的进一步分析,还可用于自然、社会、历史等知识的发现。三是对区域 交通网络空间分布的分形特征作了实证分析,表明区域交通网络在以交通枢纽 为中心自组织演化过程中,具有较好的分形特征。四是在对城市体系空间分布 的集聚特征、均衡性特征、关联特征的研究中,发现分形模式并不明显,而三 次多项式分布特征显著。这表明城市分布受自然、社会等多种因素的影响,虽 有分形的趋向,但发生了扭曲和退化。五是对城市体系空间分布的关联函数作 了修正,使其更符合关联维数的定义,更具严密性。同时,借鉴统计学原理, 提出了城市体系中城市之间直通度的普适公式,用以描述城市体系网络连通状 况。直通度与Vorontri偏离指数的区别在于,前者反映了城市体系中每两个城 市之间的连通状况与便捷程度,而后者反映了中心城市与其它城市点的连通状 况与整体上的偏离程度。二者从不同角度刻画了城市一区域交通网络连通状况与 便捷程度,可以作为城市一区域交通网络评价的补充指标。 .更?
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P208

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【引证文献】
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