本發(fā)明涉及城市規(guī)劃與管理，具體為一種城市三維空間擴張模擬方法、終端設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球城市化進程的迅速推進，城市擴張已成為各國面臨的重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的城市擴張模擬方法往往側(cè)重于單一因素的分析，例如人口增長或土地利用變化，缺乏對多維度因素的綜合考慮。這種局限性使得模擬結(jié)果常常無法準確反映城市發(fā)展的復(fù)雜性和動態(tài)性。在實際應(yīng)用中，社會經(jīng)濟因素如經(jīng)濟增長率、就業(yè)機會及公共服務(wù)設(shè)施的覆蓋率，與城市擴張之間存在密切關(guān)系；而環(huán)境因素如綠地面積、空氣質(zhì)量和水資源利用等也對城市擴張的可持續(xù)性起著至關(guān)重要的作用。此外，交通參數(shù)如交通流量和事故率直接影響城市的可達性和人們的生活質(zhì)量。然而，現(xiàn)有的模擬技術(shù)往往忽視了這些多層次因素的相互作用，導(dǎo)致城市規(guī)劃缺乏科學(xué)依據(jù)，難以應(yīng)對日益嚴峻的城市問題。

2、此外，傳統(tǒng)方法在數(shù)據(jù)分析方面也存在不足。很多城市擴張研究主要依賴于定性描述和經(jīng)驗法則，缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)計分析和模型構(gòu)建。這使得研究者在探索城市擴張與相關(guān)因素之間的關(guān)系時，無法實現(xiàn)定量化的評估。例如，基礎(chǔ)設(shè)施的適應(yīng)性和城市的發(fā)展?jié)摿νy以量化，且其對城市擴張的影響也未能通過科學(xué)的方法清晰呈現(xiàn)。這種缺乏定量分析的局面使得城市管理者在制定相關(guān)政策時，常常面臨信息不足和決策盲區(qū)。因此，亟需一種新的模擬方法，能夠綜合考慮多種社會經(jīng)濟、環(huán)境和交通參數(shù)，通過量化分析揭示城市擴張的內(nèi)在機制，以支持科學(xué)的城市規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展策略。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種城市三維空間擴張模擬方法、終端設(shè)備及存儲介質(zhì)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種城市三維空間擴張模擬方法，具體步驟包括：

4、步驟1：采集與城市擴張相關(guān)的社會經(jīng)濟參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和交通參數(shù)，所述社會經(jīng)濟參數(shù)為人口密度、經(jīng)濟增長率、公共交通覆蓋率和人均通勤時間，環(huán)境參數(shù)為建筑總面積、總土地面積綠地面積、空氣質(zhì)量指數(shù)、水質(zhì)指數(shù)、噪聲水平以及廢物處理率，交通參數(shù)為交通流量和交通事故發(fā)生率；

5、步驟2：基于無量綱化處理后的社會經(jīng)濟參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和交通參數(shù)，計算得到該城市的土地可用性指數(shù)、交通便利指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；并根據(jù)上述指數(shù)生成該城市的關(guān)鍵參數(shù)，所述關(guān)鍵參數(shù)為基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)和城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)；

6、步驟3：利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)方法分別分析基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)與城市擴張面積之間的相關(guān)性，城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)與城市擴張面積之間的相關(guān)性，并結(jié)合相關(guān)性的分析結(jié)果，計算得到預(yù)測的城市擴張面積。

7、進一步地，采集與城市擴張相關(guān)的社會經(jīng)濟參數(shù)、環(huán)境參數(shù)和交通參數(shù)，所依據(jù)的具體邏輯為：

8、從地方統(tǒng)計局獲取該城市的人口密度，記作；

9、從地方經(jīng)濟報告獲取經(jīng)濟增長率，記作；

10、通過環(huán)保部門、監(jiān)測站和統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集該城市的綠地面積、建筑總面積和總土地面積，依據(jù)如下公式計算該城市的綠地覆蓋率和建筑密度：

11、；

12、其中，為綠地覆蓋率，為綠地面積，為總土地面積；

13、；

14、其中，為建筑密度，為建筑總面積，為總土地面積；

15、從當?shù)亟煌ü芾聿块T獲取公共交通運營數(shù)據(jù)，包括公交車、地鐵的站點分布和服務(wù)范圍，通過分析運營數(shù)據(jù)得到該城市的公共交通覆蓋率，記作;

16、查詢當?shù)亟煌ü芾聿块T以及統(tǒng)計局發(fā)布的通勤時間統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到人均通勤時間，記作；

17、依據(jù)如下公式計算該城市的公共交通可達性指數(shù)：

18、；

19、其中，為公共交通可達性指數(shù)，為公共交通覆蓋率，為人均通勤時間；

20、從當?shù)亟煌ü芾聿块T以及公安交警部門獲取該城市的交通流量和交通事故發(fā)生率，將交通流量記作，將交通事故發(fā)生率記作；

21、依據(jù)如下公式計算該城市的交通流量安全指數(shù)：

22、；

23、其中，為交通流量安全指數(shù)，為交通流量，為交通事故發(fā)生率；

24、通過環(huán)保部門、監(jiān)測站和統(tǒng)計數(shù)據(jù)收集該城市的空氣質(zhì)量指數(shù)、水質(zhì)指數(shù)、噪聲水平以及廢物處理率，所述噪聲水平為早高峰和晚高峰時間段的平均噪聲水平，廢物處理率為城市垃圾的處理和回收的比值。

25、進一步地，所述計算得到該城市的土地可用性指數(shù)、交通便利指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，所依據(jù)的公式如下：

26、；

27、其中，為土地可用性指數(shù)，為綠地覆蓋率，為建筑密度，為第一常數(shù)修正指數(shù)；

28、依據(jù)如下公式計算該城市的交通便利指數(shù)：

29、；

30、其中，為交通便利指數(shù)，為公共交通可達性指數(shù)，為交通流量安全指數(shù)，為第二常數(shù)修正指數(shù)；

31、依據(jù)如下公式計算該城市的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)：

32、；

33、其中，為環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，為空氣質(zhì)量指數(shù)，為水質(zhì)指數(shù)，為綠地覆蓋率，為噪聲水平，為廢物處理率，、、為預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，且，為第三常數(shù)修正指數(shù)。

34、進一步地，所述生成該城市的關(guān)鍵參數(shù)，所依據(jù)的具體邏輯為：

35、；

36、其中，為基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)，為人口密度，為經(jīng)濟增長率，為交通便利指數(shù)，為土地可用性指數(shù),a、b、c為預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，且；

37、；

38、其中，為城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)，為經(jīng)濟增長率，為交通便利指數(shù)，為環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，m、n為預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，且。

39、進一步地，所述利用皮爾遜相關(guān)系數(shù)方法分別分析基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)與城市擴張面積之間的相關(guān)性，城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)與城市擴張面積之間的相關(guān)性，所依據(jù)的具體邏輯為：

40、皮爾遜相關(guān)系數(shù)是一種衡量兩個變量之間線性關(guān)系強度和方向的統(tǒng)計量，其值范圍為：，具體步驟如下：

41、收集一組該城市的歷史關(guān)鍵參數(shù)和對應(yīng)的城市擴張面積，關(guān)鍵參數(shù)為基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)和城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)；

42、依據(jù)如下公式計算皮爾遜相關(guān)系數(shù)：

43、；

44、其中，為皮爾遜相關(guān)系數(shù)，表示第個樣本的關(guān)鍵參數(shù)，即第i個樣本中的基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)或是城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)，用于分別與對應(yīng)的城市擴張面積進行相關(guān)性分析，表示第個樣本的城市擴張面積，為關(guān)鍵參數(shù)x的均值，為城市擴張面積的均值；

45、通過計算得到的皮爾遜相關(guān)系數(shù)值r,來分析各個關(guān)鍵參數(shù)與城市擴張面積的關(guān)系：

46、當時，表明該參數(shù)與城市擴張面積之間存在正相關(guān)關(guān)系，即意味著參數(shù)增加時城市擴張面積也增加；

47、當時，表明該參數(shù)與城市擴張面積之間存在負相關(guān)關(guān)系，意味著參數(shù)增加時城市擴張面積反而減少；

48、當時，無相關(guān)性，即意味著該參數(shù)與城市擴張面積之間沒有線性關(guān)系；

49、其中，當越接近1，意味著相關(guān)性越強。

50、進一步地，所述結(jié)合相關(guān)性的分析結(jié)果，計算得到預(yù)測的城市擴張面積，所依據(jù)的具體邏輯為：

51、；

52、其中，為預(yù)測的城市擴張面積，為基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性指數(shù)，為城市發(fā)展?jié)摿χ笖?shù)，、為預(yù)設(shè)的比例系數(shù)，具體取值根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果進行確定，為第四常數(shù)修正指數(shù)。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

54、本發(fā)明通過系統(tǒng)化的參數(shù)采集與分析，提供了一種綜合考慮社會經(jīng)濟、環(huán)境和交通因素的城市三維空間擴張模擬方法。該方法不僅實現(xiàn)了對土地可用性、交通便利性和環(huán)境質(zhì)量的定量評估，還通過相關(guān)性分析明確了基礎(chǔ)設(shè)施適應(yīng)性與城市發(fā)展?jié)摿Τ鞘袛U張的影響。這種系統(tǒng)化的模擬方法可以為城市規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，有效指導(dǎo)城市擴張的管理與調(diào)控，降低城市擴張對環(huán)境的負面影響，提高城市發(fā)展的可持續(xù)性。