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快速模拟土地使用变化的RUG模型 发布时间: 2011-07-20 点击: 1976

快速模拟土地使用变化的RUG模型
常见城市土地使用模型,诸如MEPLAN、DRAM-EMPAL等,一般模型构成复杂、系统庞大、建模的成本非常高。动辄数十万美元投入导致许多规划机构难以支付。昂贵和复杂的模型未必能确保模型输出结果更加可靠,也不能确保模型的输出结果会更加易于决策者、规划中的各利益相关方所接受。近些年来,国外规划界越来越多的学者认识到,城市土地使用模型的模型透明度、是否易于理解非常重要。此类模型还应具备模型建模成本小、基础数据易于获取、较为快速便捷预测土地使用演变的特点。为适应这些趋势,美国出现了可以快速模拟土地使用变化的RUG(Regional Urban Growth)模型。
RUG模型是一个基于栅格GIS的城市增长模型,是通过生成居住吸引力地图进行土地使用变化的预测。RUG模型所需要基础数据基于易于获取的已有数据,不需要进行再次加工。在众多影响地块的居住吸引力因素中,选取了少量相关因素,其中最为重要的是地块至吸引点的出行时间,也包括了吸引新的城市开发的其他因素,诸如周边密度、至周边森林的距离、至城市中心的汽车出行时间、高速公路、其他公路的距离等。
RUG模型建模过程包括6个步骤。第1步是数据获取。RUG模型所需要的基础数据涉及所研究区域的4个GIS图层,分别是数字高程模型、高速公路和公路图层、现状土地使用图层、禁止建设区图层。在美国,以上四类数据均可以从USGS(美国地质调查局)网站下载得到。土地使用现状数据还可以从Landsat卫星遥感影像得到。不同来源的数据需要进行投影、坐标校正。第2步是确定吸引点。在RUG模型中,依据现有城市密度来确定吸引点。从土地利用图层上提取密度值,通过IDW空间插值。依据插值后得到密度分布表面上坡度值分布,坡度值变化较大处确定为吸引点。第3步是计算每一个栅格单元到最近吸引点的出行时间,得到最小出行时间地图。第4步是将出行时间地图转化为开发吸引力地图。在这一步中,RUG模型根据已开发土地的累计出行时间与开发情况之间的关系推导出了累计出行时间与开发概率之间的函数关系。利用这一函数关系,根据每一个栅格单元的累计出行时间,推导得出该栅格单元的开发概率。计算得到每一栅格单元的开发概率,就得到了未来开发的吸引力地图。第5步是综合各个吸引力地图,生成开发综合吸引力地图。在第5步中,将前面得出的各种影响开发的吸引力地图进行综合。采用logistic回归分析方法估算反映各个影响因素权重的参数,生成每一个栅格单元的开发吸引力。第6步是预测城市发展模式。这一步中,需要从外部输入未来每一年增长的城市人口、需要预测的规划年限等参数。随后,依据每一个栅格单元对新开发吸引力相对大小以及上述输入的参数,计算得到未来城市增长的空间分布位置,输出预测土地使用图。通过设置不同的外部输入参数,不同的禁止建设区,可以设定不同的城市发展情景,得到对应预测城市土地使用图,为规划决策提供支持。
RUG模型在北卡罗来纳州部分地区进行了试用。与常规土地使用模型相比,RUG模型有3个特点。首先,RUG模型所需的输入数据比较简单,都是在美国非常易于获取的数据。其次,RUG模型的过程分析透明,比较易于规划师、各个利益相关方所理解。第三,RUG模型具有建模过程比较快速,系统运行投资成本较小的特点,尤其适合于包含若干县的较小地区使用。
来源:WESTERVELT J, BENDOR T, SEXTON J, A technique for rapidly forecasting regional urban growth[J]. Environment and Planning B: Planning and Design, 2011, 38(1): 61-81.

结合的多准则评价与网络分析法的土地适宜性评价
基于GIS的多准则评价(MCE)方法是城市规划中土地适宜性分析的主流方法。近年来,许多研究在这一方法基础上进行改进,衍生出不少新的适宜性评价方法应用于土地使用规划。在马来西亚Kuala Langat地区进行的这项研究,将网络分析法(ANP)引入了多准则评价,用于海滨地区的土地使用规划。这一研究方法由明确准则、空间分析、适宜性评价3个过程组成。
第1步是使用网络分析法确定多准则评价中的准则。网络分析法是在层次分析法的基础上发展而来的决策方法。由于层次分析法过程并不反映各个因素之间的相互关系,后来发展出来了网络分析法。网络分析法采用网络结构表达决策中各个因素之间的相互关系和相互依赖。首先依据所研究地区的经济、社会、环境发展目标,收集了规划、发展战略、各类发展政策等相关文件。依据各类文件列出了与海滨地区发展相关的148个指标,将其集成为14个准则。网络分析法用于综合专家意见,确定了其中10个对海滨地区发展最重要的影响因素,作为评价中的准则,包括是“人口密度”、“与主要公路距离”、“与公共医疗设施距离”、“与海岸线距离”、“与生活支持系统的距离”、“与自然文化保护区距离”、“与地质灾害区的距离”、“与工业区距离”、“是否位于已有规划区内”等。
第2步是空间分析,建立GIS数据库,生成各个准则GIS图层。研究中使用ArcGIS软件将现有土地使用现状图及其他基础图数字化后建立矢量GIS数据库。对应前述的10个准则,采用多种空间分析方法,生成了10个准则图。
第3步是依据该地区不同发展情景进行适宜性评价。在这一步骤中,依据海滨地区可能发展趋势确定了3种发展情景。情景一是基于社会、经济因素进行土地开发,仅社会类和经济类准则参与适宜性评价,不考虑环境类准则。情景二是基于环境因素进行土地开发,仅考虑环境类准则参与适宜性评价,不考虑社会类和经济类准则。情景三是综合社会、经济和环境因素进行土地开发,3类准则均参与适宜性评价。该海滨地区的主要土地用途包括旅游用地、居住用地、工业用地和保护区4种。在每一种情景中,分别进行以上4种土地用途的适宜性评价。各个土地用途适宜性体现在不同准则的评分中。
根据不同的情景,叠合不同的图层分别得到3种情景下4类土地用途的适宜性评价结果图层。将各个适宜性分析结果图层与该地区的土地使用现状图层进行叠合比较,就可以判断可开发土地对于不同土地用途的适宜性。在分析中,如发现部分可开发土地同时适宜多种土地用途,那么最终决定的土地用途取决于不同发展情景,也就是取决于不同的社会、经济、环境导向的政策。采用这种方法土地适宜性分析与社会、经济、环境的政策之间建立了联系,有助于该海滨地区的土地使用规划制定。
与类似的研究相比,这一研究有2个特点。第一,将多情景分析方法与土地适宜性分析结合了起来,适宜性分析的结果也能反映不同社会、经济、环境导向的政策。第二,将网络分析法引入了在确定评价准则过程中,有助于在众多因素中选取适合的评价准则。
来源:POUREBRAHIMA S, HADIPOURA M, MOKHTARB M B. Integration of spatial suitability analysis for land use planning in coastal areas; case of Kuala Langat District, Selangor, Malaysia[J],Landscape and Urban Planning, 2011, 101(1): 84-97.