第1期 危辉，等：一种基于MAS和GS平台的城市人口变迁模拟仿真方法 ·45. 型大多是静态的，包括很多重空间交互的模型.因为 基于Multi-agent系统的模型更注重于一些活跃的、 缺乏时间维的概念，这样的模型只能表示空间对象 宏观的agent,如人群和社会团体，所有的agent和它 的分布和它们的交互，而不能反映城市化的动态过 们之间的交互作用被用来模拟宏观现象的演变过 程现在大多数研究者把注意力集中在动态模型上， 程.Baty与Jiang等人22开发了一个虚拟城市系 所有这些方法通常可以归为两类.第一类是采用自 统，其中有很多个体agent,模拟人流和运输流讨论 顶而下的宏观方法.这类模型包括系统动态模 城市结构对人们行为的影响.Benenson等I0把一 型！，它们基于微分方程和统计模型5，通常用 个家庭作为一个个体，建立了Tel-Aviv城YA FFO地 于某些社会经济(soc-econom ic)指数的分析.因为没 区的人口分布模型，利用高性能并行计算机仿真城 有考虑城市的微观结构和个体行为，所以它们不能 市环境和对居民搬迁的动态模拟.他们仅仅分析了 真正反映城市空间结构的变化.第二类是自底向上 城市空间结构和人群分布的关系，而没有考虑其他 的方法，即建立在人工神经网络56、分形79)、细 诸如工作分布的因素.在将MAS(Multi-agent sys 胞自动机、agent等的基础上的离散的动态模型.在 tem)与GS相结合方面也有新的进展.如利用MAS 这些技术中，细胞自动机和agent尤其值得注目.To- 进行城市拓展研究231，进行生态学研究，进行 bleo首先应用细胞空间模型模拟底特律的城市发 城市公共交通研究s),进行环境保护研究川 展.在他的影响下，Couclelis21s1对细胞自动机应用 基于Web的GS应用研究【o】,进行电力网络的故 于城市发展建模的优点给出了充分的理论论述，确 障诊断研究2等 立了自胞自动机应用于城市发展研究的基础. Phpps等人2通过对Cell Automata模型和并行过 1仿真系统结构 程间的关系进行分析并讨论了并发动态系统，提出 为了使模拟更加可信，需要处理几个问题.第一 了模拟城市土地利用的Thunen模型.Benati25以市 是要建造一个虚拟环境，这个数字的环境应该包括 场上多个店主的空间竞争模型为例阐述了市场的进 尽可能多的对人们的行为产生影响的方方面面.第 化模式和自组织间的一致性.White等人22通过 二是要设计一些与人们的行为近似的响应行为模 定义一个包括工业、商业、住宅区、道路和河流的多 型.由于人们的个体特征差异十分重要，基于特征多 状态集，建立起了基于细胞自动机的模型.他们成功 样性的行为多样性是模型设计的目标.第三是行为 地仿真了亚特兰大和辛辛那提土地利用的空间不规 模型中人工智能技术的运用.因为行为的核心是基 则碎片模式，以此揭开地形通过道路网影响城市形 于知识的决策过程，所以行为模型需要推理、计划和 态的人与土地间的机制.接着他们建造了GS(geo 问题求解等具有智能的行为能力.图1展示了模拟 graphical in6 mation system)系统内的宏观的空间模 系统的框架结构，它是一个自然环境和人工环境的 型和一个包含自然和人工子系统的动态集成模型 复合体，人们通过这个复合的环境彼此影响 家庭数据 公共交通部门 医院 超市 人口 快速路 地点 地点 职业 地铁 规模 行为规则 知识库 家庭集合 城市管理者集合 公网设施集合 公司集合… 事实 决策或行为 ☒ ▲ 8 事实 盒A GIS底层结构 图1仿真系统结构 Fig 1 The structure of smulaton system 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net型大多是静态的 ,包括很多重空间交互的模型. 因为 缺乏时间维的概念 ,这样的模型只能表示空间对象 的分布和它们的交互 ,而不能反映城市化的动态过 程. 现在大多数研究者把注意力集中在动态模型上 , 所有这些方法通常可以归为两类. 第一类是采用自 顶而下的宏观方法. 这类模型包括系统动态模 型 [ 124 ] ,它们基于微分方程和统计模型 [ 5214 ] ,通常用 于某些社会经济 ( soc2econom ic)指数的分析. 因为没 有考虑城市的微观结构和个体行为 ,所以它们不能 真正反映城市空间结构的变化. 第二类是自底向上 的方法 ,即建立在人工神经网络 [ 15216 ]、分形 [ 17219 ]、细 胞自动机、agent等的基础上的离散的动态模型. 在 这些技术中 ,细胞自动机和 agent尤其值得注目. To2 bler [ 20 ]首先应用细胞空间模型模拟底特律的城市发 展. 在他的影响下 , Couclelis [ 21223 ]对细胞自动机应用 于城市发展建模的优点给出了充分的理论论述 ,确 立了自胞自动机应用于城市发展研究的基础. Phipp s等人 [ 24 ]通过对 Cell Automata模型和并行过 程间的关系进行分析并讨论了并发动态系统 ,提出 了模拟城市土地利用的 Thünen模型. Benati [ 25 ]以市 场上多个店主的空间竞争模型为例阐述了市场的进 化模式和自组织间的一致性. W hite 等人 [ 26227 ]通过 定义一个包括工业、商业、住宅区、道路和河流的多 状态集 ,建立起了基于细胞自动机的模型. 他们成功 地仿真了亚特兰大和辛辛那提土地利用的空间不规 则碎片模式 ,以此揭开地形通过道路网影响城市形 态的人与土地间的机制. 接着他们建造了 GIS( geo2 graphical information system)系统内的宏观的空间模 型和一个包含自然和人工子系统的动态集成模型. 基于 Multi2agent系统的模型更注重于一些活跃的、 宏观的 agent,如人群和社会团体. 所有的 agent和它 们之间的交互作用被用来模拟宏观现象的演变过 程. Batty与 Jiang等人 [ 28229 ]开发了一个虚拟城市系 统 ,其中有很多个体 agent,模拟人流和运输流讨论 城市结构对人们行为的影响. Benenson等 [ 30231 ]把一 个家庭作为一个个体 ,建立了 Tel2Aviv城 YAFFO地 区的人口分布模型 ,利用高性能并行计算机仿真城 市环境和对居民搬迁的动态模拟. 他们仅仅分析了 城市空间结构和人群分布的关系 ,而没有考虑其他 诸如工作分布的因素. 在将 MAS (Multi2agent sys2 tem)与 GIS相结合方面也有新的进展. 如利用 MAS 进行城市拓展研究 [ 32233 ] ,进行生态学研究 [ 34 ] ,进行 城市公共交通研究 [ 35237 ] ,进行环境保护研究 [ 38239 ] , 基于 Web的 GIS应用研究 [ 40241 ] ,进行电力网络的故 障诊断研究 [ 42 ]等. 1 仿真系统结构 为了使模拟更加可信 ,需要处理几个问题. 第一 是要建造一个虚拟环境 ,这个数字的环境应该包括 尽可能多的对人们的行为产生影响的方方面面. 第 二是要设计一些与人们的行为近似的响应行为模 型. 由于人们的个体特征差异十分重要 ,基于特征多 样性的行为多样性是模型设计的目标. 第三是行为 模型中人工智能技术的运用. 因为行为的核心是基 于知识的决策过程 ,所以行为模型需要推理、计划和 问题求解等具有智能的行为能力. 图 1展示了模拟 系统的框架结构 ,它是一个自然环境和人工环境的 复合体 ,人们通过这个复合的环境彼此影响. 图 1 仿真系统结构 Fig. 1 The structure of simulation system 第 1期 危 辉 ,等 :一种基于 MAS和 GIS平台的城市人口变迁模拟仿真方法 ·45·