CN108876003A - 一种确定城市未来扩展模式的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种针对城市间相对发展速率的差异并考虑空间协同关系提供城市空间协同发展的量化方法。本发明把城区常住人口总数、城市建成区面积和城市二三产业附上权重，进而借助计算城区常住人口总数、城市建成区面积和城市二三产业指标变化速度的公式来完善US‑PLE评价模型，最后用城市间发展速率之差除以距离以表示某城市相对于其他城市的发展指数S，对区域内所有S求和后再对S的正负进行判断，即得出该城市在考虑空间协同性条件下应采取的扩展模式。最终通过S值占总和的比例，可对该城市未来城市面积规划作出合理预测。
Description
技术领域
本发明涉及城市规划领域，尤其是需考虑周边影响的城市扩展规划方法。
背景技术
目前城市规模主要以扩大式的增量发展为主，随着城市规模的不断扩张，全世界的城市几乎都面临着人口增长与资源环境的冲突。为此学界都在呼吁城镇化发展不应盲目扩张，而应该对实际发展趋势具体分析后做出合理的、可持续性的规划。
城市发展规划必然引出增量规划、存量规划和减量规划。所谓“增量规划”是指以新增建设用地为对象、基于空间扩张为主的规划。增量规划的主要特点是对处于快速发展阶段的城市做正方向的预测和扩张性的发展安排。“存量规划”是通过城市更新等手段促进建成区功能优化调整的规划；是对城市增长要素变化的有效应对，本质上存量规划是对增量规划的反思与改良。“减量规划”指清除部分建设用地恢复生态或减少一部分用地来增加另一部分用地面积；是应对地方经济衰退、人口规模缩减的重要规划选择，是实现区域资源整合，资源集约利用的一种规划。
由于城市的发展受众多因素的影响，因此对城市发展趋势做出准确分析是非常困难的；若是统筹规划一定区域内城市发展，达到空间协同性则是难上加难。
发明内容
本发明是为了解决城市发展趋势难以准确分析，无法统筹区域内城市发展规划的问题，而提供的一种确定城市未来扩展模式的方法。
确定城市未来扩展模式的方法按以下步骤实现：
A、测定城市相关数据；
B、人口规模发展速度为
其中，P为区域人口数量，P0为研究时段初期的区域人口数量，r为区域人口增长条件中的限制因子所能推动的区域最大相对增长速度，K为区域所能容纳的最高人口数量，即Pmax＝K；参数r和K用非线性最小二乘法进行线性计算得出；
C、城市用地规模发展速度为
其中，ES为城市用地年均扩展率，La为研究初期城市建成区面积，Lb研究末期城市建成区面积，n为研究时长(单位：年)；
D、城市经济发展速度为
Ei＝bK
其中，em是该城市第m种经济部门或要素与相邻城市相关部分的产值，Em是一个城市第m种经济部门或要素的产值；x是年份，y是研究城市的二三产业GDP数值；n为研究时长(单位：年)；
E、城市规模结构指数评价模型为
其中，α1、α2、α3为权重系数；α1、α2、α3由专家调查法获得，α1、α2、α3分别取0.3571、0.3286、0.3143；
F、相对发展指数为
其中，US*为研究城市的城市规模结构指数归一化后的值，USi*为i城市的城市规模结构指数归一化后的值，di*为研究城市与相邻城市i之间权重计算后的距离，m是研究区域内城市数量；
G、根据S值拟定规划方案：
若S>0，则该区域城市规模发展速率大于周边城市，经济高速增长，城镇化进程处于快速提升阶段，具有更大的发展潜力，应采取增量规划方案；
若S＝0，则该区域城市规模发展速率小于周边城市，经济持续增长，城市内部结构调整加剧，但扩张趋势明显受限，城市进入发展转型的新阶段，应采取存量规划方案；
若S<0，则该区域城市经济增长缓慢，人口规模减少，城市用地效率低，需通过减量规划改变城镇的发展趋势；
H、量化面积计算
计算得出某城市归一化的S值Si*与区域内所有城市归一化数值之和的比值为B，设定该区域总体规划面积为Area，B与Area相乘即得该市有待扩展的面积值F；其中，n为区域内城市数量；F＝B*Area。
本发明方法构建了城市规模结构指数评价模型，把城区常住人口总数、城市建成区面积和城市二三产业GDP数据附上权重，并借助计算城区常住人口总数、城市建成区面积和城市二三产业GDP数据指标变化速度公式完善城市规模结构指数评价模型，然后用城市间发展速率之差除以距离以表示某城市相对于其他城市的发展指数，对区域内所有S求和后再对S的正负进行判断，即得出该城市在考虑区域空间协同性条件下应采取的合理扩展模式。本发明是一种针对城市间相对发展速率的差异并考虑空间协同关系提供城市空间协同发展的量化方法。
本发明的方法通过耦合人口—产业因素能准确地预测城市的未来发展趋势，并根据该预测数据指导区域内城市协同发展，从而达到空间协同性。本发明方法还能够通过S值占总和的比例，对该城市未来城市面积规划作出合理预测。
本发明方法能够平衡、协同发展区域内城市发展规模，合理规划，进而降低人口与资源环境之间的矛盾，缓解用地紧张等问题，实现城市群高效、合理的可持续性发展，避免盲目扩张造成的土地资源浪费。
本发明方法在城市规模扩展方面考虑了城市之间的相互影响，用更具实践性的理论指导城市规划，具有简便易行的优点；可直接用于城市规划研究。
附图说明
图1是本发明方法的步骤流程图
图2是南阳市各县市的规模结构指数(US)和相对发展指数(S)
图3是南阳市各县市的结果值(B)
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式确定城市未来扩展模式的方法按以下步骤实现：
A、测定城市相关数据；
B、人口规模发展速度为
其中，P为区域人口数量，P0为研究时段初期的区域人口数量，r为区域人口增长条件中的限制因子所能推动的区域最大相对增长速度，K为区域所能容纳的最高人口数量，即Pmax＝K；参数r和K用非线性最小二乘法进行线性计算得出；
C、城市用地规模发展速度为
其中，ES为城市用地年均扩展率，La为研究初期城市建成区面积，Lb研究末期城市建成区面积，n为研究时长(单位：年)；
D、城市经济发展速度为
Ei＝bK
其中，em是该城市第m种经济部门或要素与相邻城市相关部分的产值，Em是一个城市第m种经济部门或要素的产值；x是年份，y是研究城市的二三产业GDP数值；n为研究时长(单位：年)；
E、城市规模结构指数评价模型为
US＝α1Pi+α2Li+α3Ei
其中，α1、α2、α3为权重系数；α1、α2、α3由专家调查法获得，α1、α2、α3分别取0.3571、0.3286、0.3143；
F、相对发展指数为
其中，US*为研究城市的城市规模结构指数归一化后的值，USi*为i城市的城市规模结构指数归一化后的值，di*为研究城市与相邻城市i之间权重计算后的距离，m是研究区域内城市数量；
G、根据S值拟定规划方案：
若S＞0，则该区域城市规模发展速率大于周边城市，经济高速增长，城镇化进程处于快速提升阶段，具有更大的发展潜力，应采取增量规划方案；
若S＝0，则该区域城市规模发展速率小于周边城市，经济持续增长，城市内部结构调整加剧，但扩张趋势明显受限，城市进入发展转型的新阶段，应采取存量规划方案；
若S＜0，则该区域城市经济增长缓慢，人口规模减少，城市用地效率低，需通过减量规划改变城镇的发展趋势；
H、量化面积计算
计算得出某城市归一化的S值Si*与区域内所有城市归一化数值之和的比值为B，设定该区域总体规划面积为Area，B与Area相乘即得该市有待扩展的面积值F；其中，n为区域内城市数量；F＝B*Area。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：城市相关数据包括城区常住人口总数P、城市建成区面积L、城市产业E指标，以及城镇驻地之间的直线距离及交通距离。其它步骤及参数与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：其它步骤及参数与实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三的不同点是：
其它步骤及参数与实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点是：
其它步骤及参数与实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点是：其中d1*代表两城市之间的直线距离归一化后的值，dt*代表两城市之间的时间距离归一化后的值，p、q为权重。可根据具体情况赋予数值，例如：在两地间铁路、公路发达，交通便利时，可增大p值以增大时间距离的权重，相反，如果两地间交通不畅，则应增大q值以增大直线距离的权重，在不确定的情况下可默认均为1。其它步骤及参数与实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一的不同点是：d1和dt归一化处理均采用以下公式：
其中d*代表归一化后的距离，d代表归一化前的距离，dmin、dmax分别代表距离的最小值和最大值。其它步骤及参数与实施方式一至六之一相同。
实施例1
本实施方式确定河南省南阳市未来扩展模式：
A、选取河南省南阳市1990到2015年各县市的人口数据，二三产各经济部门或要素的产值数据，及1990、1995、2000、2005、2010和2015年6期的建设用地面积数据；
B、人口规模发展速度为
其中，其中，P为南阳市各县市的总人口，P0为南阳各县市1990年的人口数量，r为区域人口增长条件中的限制因子所能推动的区域最大相对增长速度，K为区域所能容纳的最高人口数量，即Pmax＝K；当前的南阳市各地区的城市化水平均处于加速阶段，1990-2015年阶段在Logistic方程模拟的整个人口增长过程中可视为线性增长，利用1990到2015年的人口数据的线性拟合方程，得到人口规模发展速度，邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县的Pi值分别为：15365、5908.3、14218、3082.3、4680.6、4998.6、11088、3135.3、2682、3039.3、5836.8、5721.8。
C、用6期南阳市各县城市建设用地面积计算出城市用地规模发展速度为
其中，ES为南阳用地年均扩展率，La为1990年的各市建成区面积；邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县的La值分别为：9183798.89、6880076.47、28326982.62、3156882.27、4926417.57、4148603.26、5851559.18、3427786.49、3707337.62、3169016.84、5568685.54、6964663.63。Lb为2015年的各市建成区面积，邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县的Lb值分别为：35618539.42、13859873.33、117062916.55、14818863.12、17655536.29、15965750.30、26369899.25、16218764.60、21240325.91、13104714.21、17839882.84、18929156.45。n为研究时长25年；Li计算结果分别为：5.6％、2.8％、5.8％、6.4％、5.2％、5.5％、6.2％、6.4％、7.2％、5.8％、4.8％、4.1％，归一化后得到0.622、0、0.683、0.806、0.546、0.614、0.767、0.814、1、0.684、0.439、0.282。D、城市经济发展速度为：
Ei＝bK
其中，em是南阳第m种经济部门或要素与相邻城市相关部分的产值，Em是一个城市第m种经济部门或要素的产值；x是年份，y是研究城市的二三产业GDP数值；n为研究时长25年；各个县区的产业数据一直处于不断增加(线性增加或指数增加)阶段，计算得到邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县的归一化Ei值分别为：0.405、0.095、1.0、0.0、0.046、0.03、0.253、0.032、0.183、0.135、0.211、0.168。
E、城市规模结构指数评价模型为
US＝α1Pi+α2Li+α3Ei
其中，α1、α2、α3为权重系数；α1、α2、α3由专家调查法获得，常取0.3571、0.3286、0.3143；邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县US计算结果为：0.689、0.121、0.864、0.276、0.250、0.277、0.568、0.290、0.386、0.277、0.299、0.231。
F、相对发展指数为
其中，US*为研究城市的城市规模结构指数归一化后的值，USi*为i城市的城市规模结构指数归一化后的值，di*为研究城市与i城市之间的权重距离，m是研究区域内城市数量；利用GIS求出各县(市)之间的直线距离，利用百度地图(https：//map.baidu.com)求出各县(市)之间的时间距离，再通过公式计算出权重距离，这里认定时间距离和直线距离影响均等，取p＝q＝1；
权重距离越近的城市间相互影响作用越大。本实施例选取距离研究县市权重距离最近的三个城市(县)利用公式进行计算，得出相对发展指数S。南阳市下属12个县(市)分别为：邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县，经计算，其S值分别为：2.960、-5.158、7.124、-1.131、-0.640、-0.976、0.498、-0.418、2.046、-0.870、-4.142、-4.850。根据S值拟定规划方案：
其中，若S＞0，则该区域城市规模发展速率大于周边城市，经济高速增长，城镇化进程处于快速提升阶段，具有更大的发展潜力，应采取增量规划方案，如南阳市区、邓州市、西峡县；
若S＝0，则该区域城市规模发展速率小于周边城市，经济持续增长，城市内部结构调整加剧，但扩张趋势明显受限，城市进入发展转型的新阶段，应采取存量规划方案，如桐柏县、内乡县；
若S＜0，则该区域城市经济增长缓慢，人口规模减少，城市用地效率低，需通过减量规划改变城镇的发展趋势，如方城县、镇平县、新野县；
G、量化面积计算
计算得出某城市归一化的S值Si*与区域内所有城市归一化数值之和的比值为B，设定该区域总体规划面积为Area，B与Area相乘即得该市有待扩展的面积值F；其中，n为区域内城市数量；F＝B*Area；
将南阳各市(县)的S值归一化，与区域内所有城市归一化数值之和相比，比值为B。邓州市、方城县、南阳市区、南召县、内乡县、社旗县、唐河县、桐柏县、西峡县、淅川县、新野县、镇平县的B值分别为：0.144、0、0.218、0.071、0.080、0.074、0.100、0.084、0.128、0.076、0.018、0.005。
经过实地考察和对比人们对南阳市各县市的城市化水平的认知，B值的排名和各县市的城市化当前发展水平和未来趋势均有明显的一致性。实际上，南阳市区、西峡县-邓州市一线是南阳市发展规划中明确标示的城市化最具潜力的区域，南阳市2016和2017年城市发展与本发明得出的结论极为相近，符合城市实际发展情况和需求。
Claims (7)
1.一种确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于该方法按以下步骤实现：
A、测定城市相关数据；
B、人口规模发展速度为
其中，P为区域人口数量，P0为研究时段初期的区域人口数量，r为区域人口增长条件中的限制因子所能推动的区域最大相对增长速度，K为区域所能容纳的最高人口数量，即Pmax＝K；参数r和K用非线性最小二乘法进行线性计算得出；
C、城市用地规模发展速度为
其中，ES为城市用地年均扩展率，La为研究初期城市建成区面积，Lb研究末期城市建成区面积，n为研究时长；
D、城市经济发展速度为
Ei＝bK
其中，em是该城市第m种经济部门或要素与相邻城市相关部分的产值，Em是一个城市第m种经济部门或要素的产值；x是年份，y是研究城市的二三产业GDP数值；n为研究时长；
E、城市规模结构指数评价模型为
US＝α1Pi+α2Li+α3Ei
其中，α1、α2、α3为权重系数；α1、α2、α3由专家调查法获得，α1、α2、α3分别取0.3571、0.3286、0.3143；
F、相对发展指数为
其中，US*为研究城市的城市规模结构指数归一化后的值，USi*为i城市的城市规模结构指数归一化后的值，di*为研究城市与相邻城市i之间权重计算后的距离，m是研究区域内城市数量；
G、根据S值拟定规划方案：
若S>0，则该区域城市规模发展速率大于周边城市，经济高速增长，城镇化进程处于快速提升阶段，具有更大的发展潜力，应采取增量规划方案；
若S＝0，则该区域城市规模发展速率小于周边城市，经济持续增长，城市内部结构调整加剧，但扩张趋势明显受限，城市进入发展转型的新阶段，应采取存量规划方案；
若S<0，则该区域城市经济增长缓慢，人口规模减少，城市用地效率低，需通过减量规划改变城镇的发展趋势；
H、量化面积计算
计算得出某城市归一化的S值Si*与区域内所有城市归一化数值之和的比值为B，设定该区域总体规划面积为Area，B与Area相乘即得该市有待扩展的面积值F；其中，n为区域内城市数量；F＝B*Area。
2.根据权利要求1所述的确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于城市相关数据包括城区常住人口总数P、城市建成区面积L、城市产业E指标，以及城镇驻地之间的直线距离及交通距离。
3.根据权利要求1所述的确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于
4.根据权利要求1所述的确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于
5.根据权利要求1所述的确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于
6.根据权利要求1所述的确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于
其中d1*代表两城市之间的直线距离归一化后的值，dt*代表两城市之间的时间距离归一化后的值，p、q为权重。
7.根据权利要求6所述的确定城市未来扩展模式的方法，其特征在于d1和dt归一化处理均采用以下公式：
其中d*代表归一化后的距离，d代表归一化前的距离，dmin、dmax分别代表距离的最小值和最大值。
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| CN109859087A (zh) * | 2019-02-19 | 2019-06-07 | 特斯联（北京）科技有限公司 | 一种应用城市超脑的智能社区软环境配置系统和方法 |
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