一種基于空間句法網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的輔助規(guī)劃選址方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種輔助規(guī)劃選址方法，尤其是一種基于空間句法網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的輔助規(guī) 劃選址方法，屬于城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 城市是人類經(jīng)濟(jì)和社會(huì)活動(dòng)最重要的載體，城市的整體結(jié)構(gòu)受到城市設(shè)施的影 響，城市設(shè)施也與市民的日常生活息息相關(guān)。隨著城市的快速發(fā)展，城市建設(shè)需要對(duì)各類型 設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃選址，傳統(tǒng)的設(shè)施選址方法主要是基于設(shè)施服務(wù)半徑和規(guī)劃設(shè)計(jì)人員的主觀 經(jīng)驗(yàn)，其局限性在于操作不可控性較高，效率偏低，不確定因素較多等。
[0003] 而定量研究城市空間是城市科學(xué)規(guī)劃及管理的基礎(chǔ)，而如何清晰描述城市設(shè)施與 城市空間關(guān)系進(jìn)而對(duì)設(shè)施選址優(yōu)化一直以來(lái)都是城市規(guī)劃和管理研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。起源 于20世紀(jì)70年代末的空間句法是一種新的城市空間定量研究方法，該方法以路網(wǎng)中的拓 撲關(guān)系作為研究基礎(chǔ)，注重自由空間的表述。
[0004] 1996年，Hillier等在建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃等領(lǐng)域以空間句法工具作了可達(dá)性的 若干應(yīng)用研究；2013年，楊俊宴等提出了公開(kāi)號(hào)為CN 103337035、名稱為"基于定量評(píng)價(jià)的 確定城市中心體系選址方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)，該專利申請(qǐng)通過(guò)對(duì)城市用地進(jìn)行多因子的 疊加分析以及權(quán)重的設(shè)置，達(dá)到城市中心體系定量評(píng)價(jià)及選址的目的；2003年，李江等將 空間可達(dá)性作為衡量城市空間形態(tài)的關(guān)鍵因素，用以研究城市人類活動(dòng)與空間形態(tài)的相互 關(guān)系；2015年，丁傳標(biāo)等人對(duì)空間句法在空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的研究提出展望；2014年，程坤 提出基于變分不等式的設(shè)施選址模型算法研究。但現(xiàn)階段空間句法很多只是停留在學(xué)術(shù)研 究階段，尚未廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種基于空間句法網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 化的輔助規(guī)劃選址方法，該方法可以通過(guò)構(gòu)建城市路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系，針對(duì)特定設(shè)施以 優(yōu)化算法生成最短路徑矩陣，結(jié)合空間句法變量指標(biāo)分析不同類型設(shè)施的選址優(yōu)劣比較。
[0006] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：
[0007] -種基于空間句法網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的輔助規(guī)劃選址方法，所述方法包括以下步驟：
[0008] S1、在AutoCAD中導(dǎo)入目標(biāo)區(qū)域地圖，提取道路中線，對(duì)同一道路的中心進(jìn)行改 繪，將實(shí)際路網(wǎng)轉(zhuǎn)換為平面軸線圖；
[0009] S2、按照道路相交的情況，將平面軸線圖中每條道路中線再次進(jìn)行細(xì)分，即沿交叉 口作截段處理，形成首尾相接的路段體系；
[0010] S3、將平面軸線圖的路段體系轉(zhuǎn)化為具有空間句法屬性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0011] S4、采用Dijkstra算法遍歷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的所有節(jié)點(diǎn)，確定任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最 短路徑，生成最短路徑矩陣；
[0012] S5、設(shè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中任意三個(gè)節(jié)點(diǎn)為a、b和c，判斷a、b和c的設(shè)施組合類型，如 下：
[0013] 第一種情況：若a、b和c的設(shè)施是相互獨(dú)立的設(shè)施，則根據(jù)最短路徑矩陣，采用 Dijkstra算法計(jì)算拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)到a、b和c的最短拓?fù)渚嚯x，再依次計(jì)算a、b 和c的集成度，選址集成度較高的節(jié)點(diǎn)的區(qū)位；
[0014] 第二種情況：若a、b和c的設(shè)施是兩兩相互替代型設(shè)施，則生成兩兩組合（a，b)、 (a、c)和（b，c)，根據(jù)最短路徑矩陣，采用Dijkstra算法計(jì)算拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)到每 個(gè)組合中任一點(diǎn)的最短拓?fù)渚嚯x，每個(gè)組合中與其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短拓?fù)渚嚯x中取其小者 作為組合型最短拓?fù)渚嚯x，再通過(guò)組合型最短拓?fù)渚嚯x，計(jì)算每個(gè)組合的特征集成度，選址 集成度較高的組合的區(qū)位；
[0015] 第三種情況：若a、b和c的設(shè)施是兩兩互補(bǔ)型設(shè)施，則生成兩兩組合（a，b)、（a、 c)和（b，c)，根據(jù)最短路徑矩陣，采用Dijkstra算法計(jì)算拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)經(jīng) 過(guò)每個(gè)組合中兩點(diǎn)的最短拓?fù)渚嚯x，每個(gè)組合中其余各個(gè)節(jié)點(diǎn)到組合節(jié)點(diǎn)的最短拓?fù)渚嚯x 之和作為組合型最短拓?fù)渚嚯x，再通過(guò)組合型最短拓?fù)渚嚯x，計(jì)算每個(gè)組合的特征集成度， 選址集成度較高的組合的區(qū)位。
[0016] 優(yōu)選的，步驟S3中，所述將平面軸線圖轉(zhuǎn)化為具有空間句法屬性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖， 具體包括：
[0017] S31、根據(jù)空間句法的原理將平面軸線圖的邊等效為節(jié)點(diǎn)；
[0018] S32、將節(jié)點(diǎn)按順序編好號(hào)，記錄節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，相鄰則為1，不相鄰節(jié)點(diǎn)及其自 身關(guān)系設(shè)為0 ;
[0019] S33、根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，在Excel表格中建立鄰接矩陣，將建立的鄰接矩陣導(dǎo) 入MATLAB軟件中構(gòu)建拓?fù)鋱D。
[0020] 優(yōu)選的，步驟S33中，所述根據(jù)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，在Excel表格中建立鄰接矩陣，將 建立的鄰接矩陣導(dǎo)入MTLAB軟件中構(gòu)建拓?fù)鋱D，具體為：
[0021] 1)打開(kāi)Excel表格，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間是否相鄰的關(guān)系輸入鄰接矩陣A，形成data, xls 文件；其中，鄰接矩陣A表示如下：
[0022]
[0023] 2)運(yùn)行MATLAB軟件，啟動(dòng)程序matlab. exe，找到顯示當(dāng)前路徑的窗口，通過(guò)文件 夾的選取或者命令行窗口輸入cd命令設(shè)置程序包所在位置為當(dāng)前的路徑，即運(yùn)行代碼所 在位置設(shè)定為程序運(yùn)行時(shí)的工作目錄；其中，運(yùn)行代碼與步驟1)形成的data, xls文件保存 在同一個(gè)文件夾內(nèi)；
[0024] 3)通過(guò)在matlab命令行窗口中輸入W = xlsread( 'data, xls'）函數(shù)將步驟1) 形成的data, xls文件導(dǎo)入matlab中形成data, mat交聯(lián)數(shù)據(jù)文件；
[0025] 4)通過(guò)代碼包中另一個(gè)程序toponetplot，構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖：在命令行窗口中輸 入 toponetplot(W，1)〇
[0026] 優(yōu)選的，步驟S4中，采用Dijkstra算法遍歷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的所有節(jié)點(diǎn)，確定任意兩 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑，具體為：
[0027] 從未標(biāo)記的點(diǎn)中不斷地找出距離源點(diǎn)距離最近的點(diǎn)，并將該點(diǎn)加入到標(biāo)記的點(diǎn)集 合中，同時(shí)更新未標(biāo)記的點(diǎn)集合中其余點(diǎn)到源點(diǎn)的最短估計(jì)距離，進(jìn)而確定任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn) 之間的最短路徑。
[0028] 優(yōu)選的，所述方法還包括：
[0029] S6、利用GIS將第一種情況、第二種情況和第三種情況的拓?fù)渚嚯x圖示化，以確定 選址。
[0030] 優(yōu)選的，步驟S6中，所述利用GIS將第一種情況、第二種情況和第三種情況的拓?fù)?距離圖示化，具體為：
[0031] 1)將平面軸線圖路段中的"厚度"屬性編輯為路段編號(hào)；
[0032] 2)利用ArcGIS軟件，導(dǎo)入平面軸線圖，屬性表中保留"thickness"字段；
[0033] 3)利用"thickness"字段與Excel中的"序號(hào)"字段進(jìn)行連接，將拓?fù)渚嚯x屬性賦 值到各個(gè)路段上；
[0034] 4)調(diào)整在符號(hào)系統(tǒng)中選擇"數(shù)量-分級(jí)符號(hào)"，調(diào)整中斷值，導(dǎo)出地圖。
[0035] 優(yōu)選的，步驟S5中，所述集成度采用下式計(jì)算：
[0036]
[0037] 其中，η表示節(jié)點(diǎn)總數(shù)，示節(jié)點(diǎn)i的平均路徑長(zhǎng)度，即某個(gè)節(jié)點(diǎn)i到其它節(jié) 點(diǎn)的最短拓?fù)渚嚯x之和的平均值，如下：
[0038]
[0039] 其中，屯是第i個(gè)節(jié)點(diǎn)到第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短拓?fù)渚嚯x。
[0040] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：
[0041] 1、本發(fā)明方法引入空間句法作為算法的基礎(chǔ)，優(yōu)化了空間句法的規(guī)劃適應(yīng)性，以 空間句法優(yōu)化后的集成度作為選址量化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，與傳統(tǒng)城市設(shè)施的主觀選址方法相 比，提高了規(guī)劃選址的科學(xué)性。
[0042] 2、本發(fā)明方法考慮到現(xiàn)實(shí)生活中的設(shè)施選址往往不只是單一的設(shè)施，可能有兩種 甚至多種設(shè)施共同進(jìn)行組合選址，而且設(shè)施提供的服務(wù)可能互補(bǔ)亦可能相似（互斥），故提 供了多種組合的思路，以適應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的設(shè)施規(guī)劃選址情況。
【附圖說(shuō)明】
[0043] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的基于空間句法網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的輔助規(guī)劃選址方法的流程圖。
[0044] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的相互獨(dú)立設(shè)施的拓?fù)渚嚯x計(jì)算示意圖。
[0045] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的兩兩相互替代型設(shè)施的拓?fù)渚嚯x計(jì)算示意圖。
[0046] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的兩兩互補(bǔ)型設(shè)施的拓?fù)渚嚯x計(jì)算示意圖。
[0047] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2建立的平面軸線圖示意圖。
[0048] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例2在Excel中建立鄰接矩陣的示意圖。
[0049] 圖7a為本發(fā)明實(shí)施例2的相互獨(dú)立設(shè)施中節(jié)點(diǎn)a的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0050] 圖7b為本發(fā)明實(shí)施例2的相互獨(dú)立設(shè)施中節(jié)點(diǎn)b的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0051] 圖7c為本發(fā)明實(shí)施例2的相互獨(dú)立設(shè)施中節(jié)點(diǎn)c的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0052] 圖8a為本發(fā)明實(shí)施例2的兩兩相互替代型設(shè)施中組合（a，b)的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0053] 圖8b為本發(fā)明實(shí)施例2的兩兩相互替代型設(shè)施中組合（b，c)的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0054] 圖8c為本發(fā)明實(shí)施例2的兩兩相互替代型設(shè)施中組合（a，c)的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0055] 圖9a為本發(fā)明實(shí)施例2的兩兩互補(bǔ)型設(shè)施中組合（a，b)的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0056] 圖9b為本發(fā)明實(shí)施例2的兩兩互補(bǔ)型設(shè)施中組合（b，c)的拓?fù)渚嚯x示意圖。
[0057] 圖9c為本發(fā)明實(shí)施例2的兩兩互補(bǔ)型設(shè)施中組合（a，c)的拓?fù)渚嚯x示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。
[0059] 實(shí)施例1 :
[0060] 如圖1所示，本實(shí)施例