收稿日期收稿日期：2012-04-23；修订日期修订日期：2012-07-09基金项目基金项目：国家“973”计划项目（2011CB952001）、国家自然科学基金项目(41201386、41171326)、中央高校基本科研业务费专项资金资助。作者简介作者简介：张鸿辉（1980-），男，湖南长沙人，博士后，主要从事遥感与GIS 应用研究。E-mail ：zhhgis@163.com 通讯作者通讯作者：王丽萍，副教授。E-mail ：0518liping@163.com基于多智能体系统的城市增长时空动态模拟——以江苏省连云港市为例张鸿辉1,2，王丽萍1,3，金晓斌1,2，宋歌1，周寅康1,2，杨悉廉1（1.南京大学地理与海洋科学学院，江苏南京210093；2.南京大学人文地理研究中心，江苏南京210093；3.连云港师范高等专科学校旅游系，江苏连云港222006）摘要摘要：城市化是土地利用/覆盖变化中最典型形式之一，探索城市增长的驱动机制并预测其未来变化，对于实现城市可持续发展十分重要。鉴于多智能体系统强大的模拟复杂空间系统的能力，基于联合“自上而下”和“自下而上”决策行为的视角，构建了一个城市增长时空动态模拟多智能体模型，在模型中，宏观Agent 实施的“自上而下”的宏观土地利用规划行为和微观Agent 自主发起的“自下而上”的微观土地利用空间诉求行为通过二维空间网格相互作用，并通过联合决策共同推动研究区域的城市化进程。以连云港市中心城区为例，考虑了基于目前趋势、经济发展优先和环境保护优先的3种目标情景，并进行了相应的城市增长情景模拟。模拟结果表明：联合“自上而下”和“自下而上”决策行为的城市增长时空动态模拟多智能体模型能够充分发挥多智能体系统的潜力来了解城市化的驱动机制，为城市管理提供基于情景分析的决策支持。关键词：城市增长；时空动态模拟；多智能体系统；联合决策；情景分析；连云港市中图分类号中图分类号：F219文献标识码文献标识码：A文章编号文章编号：1000-0690(2012)11-1289-08土地利用/覆盖变化已被广泛认为是全球生态系统变化的主要驱动力和全球气候变化的关键因素[1]。城市化是土地利用/覆盖变化的最典型的形式，深刻地影响生物多样性、生态过程和生态系统服务，并导致了热岛效应、农用地减少、生态环境质量下降等一系列问题[2，3]。探索城市增长的驱动机制并预测其未来变化，对于实现城市可持续发展具有十分重要的意义[3，4]。为了更好地研究城市发展动态，研究人员已经开发了各种不同的城市增长建模方法。其中，元胞自动机（Cellular Automata ，简称CA ）模型已被广泛应用于模拟城市增长[5]。虽然CA 模型在一定程度上已经可以成功地模拟城市土地利用的变化，但其通常基于对城市增长过程的直观认识，通过定义启发式规则模拟城市增长[4]，在模拟过程中较难融合个人或组织的决策知识，从而限制了其进一步应用[6~8]。作为弥补这一不足的一种很有潜力的方法，多智能体系统（Multi-Agent System ，简称MAS ）建模提供了一个更强大的工具来模拟多层次的城市增长动态决策过程[9]。在MAS 模型中，Agent 代表不同的个人或群体，在绝大多数情况下，各种Agent 都在城市增长过程中发挥着作用。基于MAS 的模型展示了决策主体之间的交互行为，能通过模拟决策过程和人类与环境的相互作用，加强对城市增长过程的了解[10，11]，为城市增长过程研究了提供定量和可验证的方法[12，13]。城市增长空间格局不仅受以政府为代表的宏观决策行为主体制定的“自上而下”的土地利用规划的制约（包括数量和空间两个方面），而且受居民、企业等各种微观土地利用行为主体的“自下而上”的土地利用空间诉求的影响[4，14]。然而，政府在制定土地利用规划的宏观决策过程中往往未能充分考虑到本地尺度的微观因素及其交互作用，而第32卷第11期2012年11月V ol.32No.11Nov.,2012地理科学SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICADOI:10.13249/j.cnki.sgs.2012.11.001

基于多智能体系统的城市增长时空动态模拟 - 以江苏省连云港市为例 - 张鸿辉(1)