基于改进引力模型的城市规划用地布局环境适宜性评价研究

叶楚维

广州市城市规划勘测设计研究院 广东 广州 510000

当前，城市化进程仍处在发展时期，在可持续发展的理念下，对于城市用地布局的规划也越来越注重环境影响[1]。依据国家颁布的《城市用地分类与规划建设用地标准》，城市规划的过程中，除了基本的居住用地和工业用地外，还需要充分考虑地质环境因素的影响[2]。基于此，对于城市规划用地布局的环境适宜性进行评价，能够更加科学合理地安排城市建设方向与空间资源的利用[3]。对于城市用地评价的系统化研究也越来越受到各界关注，成为当前学界的研究热点之一[4]。传统的城市规划用地布局评价中的引力模型城市间引力不对称的存在局限性[5]，在对其布局的环境适宜性评价的过程中，评价结果存在极大偏差[6]，为此本文提出基于改进引力模型的城市规划用地布局环境适宜性评价研究。

本文设计相对引力常量优化的城市布局环境适宜性评价模型，依据城市质量指标公式，建立以城市竞争力为基础的引力模型，基于此，本文采用相对引力常量，解决传统模型中城市之间引力不对称的问题，实现对引力模型的改进。

1 相对引力常量优化的城市布局环境适宜性评价模型设计

1.1 建立以城市竞争力为基础的引力模型

为建立城市竞争力为基础的引力模型，本文依据城市质量指标公式，表示出各种影响因素之间的关系，其具体计算公式表示如下：

公式中，i表示的是影响因素的数量参数；j表示的是其中的某一因素；Qi表示的是因素的权重参数；Wj表示的是因素j的标准化参数。基于上述计算公式，需要考虑城市间实际的路程与时间概念，那么城市距离B的计算公式可以表示为：

其中，q表示的是一定辐射范围内的城市数量参数；r表示的是其中的某一城市；ard表示的是城市d与r之间的公路长度参数；brd表示的是d与r之间进行交通的平均时间参数；crd表示的是d与r之间进行交通的经济成本参数。

基于上述两关系量，并针对城市间的竞争力衡量城市的引力，本文建立的引力模型如下：

式中，Aq、Aw表示的分别是城市q、w的质量；Bqw表示的是q、w的距离，两参数可以根据上述公式（1）和公式（2）计算得出；v表示的是引力常数。基于上述计算公式，我们建立了以竞争力为基础的城市引力模型。

1.2 采用相对引力常量优化城市间引力不对称

城市与城市间的引力关系中，引力大的城市竞争力也相对较高，我们假设引力大的城市C与相对较小的城市D之间引力指向方向为标准，以相对引力常量P代替传统的引力参数，P的公式表示为：

公式中，G表示的是转换系数的参数值；表示的是单位的引力矢量参数；S表示的是调节系数的参数值。

模型中原有的引力常数表示的是多种因素对城市的吸引力影响，基于上述引力常量，不同城市间的吸引力的方向是不同的，也就是说，P值随着计算的城市的不同而变化的。我们假设城市C与城市D之间的引力相同，那么在此时，二者间的引力是对称的，此时的引力关系公式可以表示为：

公式中，q表示的是一定辐射范围内的城市引力影响因素的数量参数，p表示的是q中的某一因素，Ep表示的是该因素对引力常数的影响权重参数；Rp表示的是p的城市引力影响因素参数。

基于上述公式，改进后的引力模型的公式表示如下：

1.3 构建用地布局适宜性评价的数学模型

在改进后的引力模型的基础上，本文构建了对于城市规划用地布局的环境适宜性评价的数学模型。首先,根据国家规定的城市规划用地的相关标准对实际的城市环境进行分析，确定影响城市环境适宜性的相关因素，基于此，本文建立了相应的评价指标体系，具体情况如表1所示。

表1 环境适宜性评价指标体系

在确定好环境适宜性的影响因素后，为实现对城市用地布局规划的评价，需要确定各个因素的权重指标。本文采用层次分析法，对上述各个因素进行专家打分，本文对各个适宜性因素进行分级，共分为5个等级，并进行相应的量化分值赋值，重要程度越高，分值也就越高，反之越低。依据上述权重对城市规划用地布局的环境适宜性进行评价。

1.4 模糊综合评价法实现环境适宜性评价

在建立好评价模型，确定评价指标权重之后，就可以进行对于环境适宜性评价。由于对于城市环境适宜性的影响因素众多，且各个因素间相互叠加，使得其内部的界限是不清晰的，因此，本文基于模糊数学理论，使用相应的综合评价法进行评判。该评价方法流程如图1所示。本文需要建立相应的评价模型，具体方法如下：

图1 环境适宜性评价流程图

首先，依据前文的评价指标体系，建立评价对象的因素集，设指标层内的各个评价因素为w，那么其组成的因素集可以表示为W=(w1 ,w2 ,… ,wn)。

其次，本文依据专家评价标准，将城市规划用地布局的环境适宜性进行等级划分，假设环境适宜度的评价等级为e，那么其组成的评判集可以表示为E=(e1 ,e2 ,… ,en)。

之后，本文根据相关的隶属度，建立了W与E之间的模糊映射，构造隶属关系的模糊矩阵U，其公式表示如下：

结合上述关系矩阵，确定各个评价等级的权重k，其集合可以表示为K=(k1 ,k2 ,… ,kn)。

然后，依据改进的引力模型对城市的经济环境、建设环境、交通环境以及自然环境等不同条件的适宜性进行评价，假设适宜度为u，相应的计算公式表示为：

式中，n表示的是适宜性的评价因子的数量参数；Kj、Hj分别表示的是其中某一因子j的指标参数值和权重参数。

依据上述方法，能够建立评价模型，实现对于环境适宜度的综合评价，输出最终的评判结果。

2 实验

2.1 实验准备

为了进行环境适应性评价，本文依据上述方法，以某城市G的城市规划方案为实验对象，对其进行评价。

首先，收集一定区域内城市的数据，并根据当地区域的实际城建情况，在分析该城市与相邻城市的经济发展情况的基础上，选取能够进行评价的数据作为评价的指标层。在选取的数据集范围内对数据进行处理，依据本文分析方法，确定环境适宜性的评价指标，具体情况如表2所示。

表2 评价指标参数表

在确定好评价指标后，本文参考原有的环境适宜性评价等级，将适宜性进行分级，分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级以及Ⅴ级。依据上述评价指标体系，对G市的城市规划用地布局环境适宜性进行评价，G市的城市规划用地布局面积为2967km2，依据上述评价原则与评价指标，分别使用传统的引力模型评价方法，与本文设计的评价方法，对G市的城市规划用地布局环境适宜性进行评价，记录相应的评价结果。

2.2 实验结果分析

根据上述实验，本文记录了两种方法下，对G市城市规划用地布局环境适宜性的评价结果，具体实验结果数据如表3所示。

表3 不同方法的规划用地布局环境适宜性评价结果

上表中的评价等级的划分，是依据实验准备阶段中划分的评价等级建立，具体情况见表5。由上述实验结果表可以看出，RSEI-熵权法与本文设计方法所输出的评价结果差别较大。本文设计的方法在进行评价时准确性明显高于传统方法。分析RSEI-熵权法评价结果，可以看出，其在适宜性等级规模的划分方面，输出结果较为笼统，尤其是在对于Ⅱ级较适宜区域与Ⅴ级不适宜区域这两种等级进行划分的时候，结果准确性受限，实际输出的评价结果在规模方面误差较大。而相比较于RSEI-熵权法，本文设计的评价方法在进行适宜性评价的过程中，其等级划分较为精准，并且，本文设计方法能够针对较不适宜区的布局，评价出较准确的规模范围，也能够具体识别出不适宜的规划布局的规模范围，评价的结果输出方面，明显更具优势。

3 结束语

为提高城市规划用地布局环境适宜性评价的准确性，本文在改进引力模型的基础上，设计了新的评价方法，建立了相对引力常量优化的城市布局环境适宜性评价模型，实现了本文设计。并通过对比传统评价方法，验证了本文设计的评价方法在对城市规划用地布局环境适宜性评价方面的应用价值。证明了本文设计方法评价等级划分更为精准、评价结果更为准确客观。