第4卷第1期 智能系统学报 Vol 4 Na 1 2009年2月 CAA I Transactions on Intelligent Systems Feb 2009 一种基于MAS和GS平台的 城市人口变迁模拟仿真方法 危辉2，白宇12 (1复旦大学计算机科学与工程系认知算法模型实验室，上海200433,2复旦大学波散射与遥感信息教育部重点 实验室，上海200433) 摘要：中国的城市化进程非常迅速，人口增长和迁移是重要特征之一.以地理信息系统Muli·agent系统和随机过 程为基础，建立一个研究人口增长的仿真模型.首先，利用GS建立一个数字环境，用效能函数的概念在GS中表示 各类资源的效能.其次，详细阐述了一个Multir-agent系统设计和实现，重点是用agentf代表某个地块及其属性和行为 设计.由于发展的不确定性，设计了一个基于随机过程的行为模型，这也和agc宏观水平上的特性一致.最后，以上 海市浦东新区为对象，进行了实验模拟和分析.结果表明这个基于Multi-agent系统和GS的人口变迁仿真模型，具有 模块性和可扩展性方面的优势，可应用到其他的城市规划研究中去. 关键词：复杂系统仿真；Multi-agent系统；城市化模型 中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：16734785(2009)01-0044-15 Simula tion of urban popula tion growth with a multiagent system and GIS pla tform WEIHui2,BAI Yu'2 (1.Laborabry ofAlgorithm for Cognitive Model of Deparment of Computer Science,Fudan University,Shanghai 200433,China,2 Key Laboratory ofWave Scattering and Remote Sensing hnfomation (MOE),Fudan University,Shanghai 200433,China) Abstract:The Chinese economy grew rap idly for more than 20 years,promoting rap id urbanization New cities e- merged and great changes took place in old cities Population changes complicated city planning,infrastructure construction,housing,and environmental preservation A model smulating this population transomation was built mergingmethods from Geographical Infomation Systems,Multi-agent Systems and Stochastic Processes First an ef ficiency function was proposed to represent the effectiveness of a resource within the GIS Second,a multi-agent system was designed and mplemented,with agents representing ground segnents and profits acquired after that Third,static attributes and dynam ic behaviors of agents were discussed To model the uncertainty of urban develp- ment better,a behavioralmode was designed based on a stochastic process,consistentwith macto-level characteris- tics of the agent The combined system and its mplementation in a computer were then discussed Finally experi- ments,using data from Pudong D istrict of Shanghai,were run and analyzed This urban evolution model can be a- dapted to more types of research and owes its good peromance to modularity and scalability Keywords:system smulation;multi-agent system;urban modeling 些发展中国家经济的快速增长，工业结构的 商业契机，但是同时也增加了就业、环保、政府管理 调整和持续增长的城市化速度，使得人口向城市和 等方面的压力.因此，对于政府管理者政策制定者、 城市的边缘地区迁移的速度明显加快了.人口的增 投资者和提供服务者而言，研究地区人口变化有很 长对房屋道路、公共服务设施和能源等等的供应提 重要的意义.影响人口迁移的因素很多，因此建立一 出了新的要求，虽然对于投资者而言这增加了很多 个有统计意义并且可以模拟人口变化的数字化城市 模型是一大挑战.而且对这样的模型稍加改造，就可 收稿日期：200709-15 基金项目：国家973计划资助项目(2001B309401):国家自然科学基 以用来研究和城市发展与规划相关的其他问题： 金资助项目(60303007). 通信作者：危辉.Emaik wehui@fudan edu cn 己经有很多方法被用于城市化建模.早期的模 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 4卷第 1期 智 能 系 统 学 报 Vol. 4 №. 1 2009年 2月 CAA I Transactions on Intelligent System s Feb. 2009 一种基于 MAS和 GIS平台的 城市人口变迁模拟仿真方法 危 辉 1, 2 ,白 宇 1, 2 (1. 复旦大学 计算机科学与工程系认知算法模型实验室 ,上海 200433; 2. 复旦大学 波散射与遥感信息教育部重点 实验室 ,上海 200433) 摘 要 :中国的城市化进程非常迅速 ,人口增长和迁移是重要特征之一. 以地理信息系统、Multi - agent系统和随机过 程为基础 ,建立一个研究人口增长的仿真模型. 首先 ,利用 GIS建立一个数字环境 ,用效能函数的概念在 GIS中表示 各类资源的效能. 其次 ,详细阐述了一个 Multi2agent系统设计和实现 ,重点是用 agent代表某个地块及其属性和行为 设计. 由于发展的不确定性 ,设计了一个基于随机过程的行为模型 ,这也和 agent宏观水平上的特性一致. 最后 ,以上 海市浦东新区为对象 ,进行了实验模拟和分析. 结果表明这个基于 Multi2agent系统和 GIS的人口变迁仿真模型 ,具有 模块性和可扩展性方面的优势 ,可应用到其他的城市规划研究中去. 关键词 :复杂系统仿真 ;Multi2agent系统 ;城市化模型 中图分类号 : TP18 文献标识码 : A 文章编号 : 167324785 (2009) 0120044215 Simulation of urban population growth with a multi2agent system and GIS platform W EI Hui 1, 2 ,BA I Yu 1, 2 (1. Laboratory of A lgorithm for Cognitive Model of Department of Computer Science, Fudan University, Shanghai 200433, China; 2. Key Laboratory ofW ave Scattering and Remote Sensing Information (MOE) , Fudan University, Shanghai 200433, China) Abstract: The Chinese economy grew rap idly for more than 20 years, p romoting rap id urbanization. New cities e2 merged and great changes took p lace in old cities. Population changes comp licated city p lanning, infrastructure construction, housing, and environmental p reservation. A model simulating this population transformation was built mergingmethods from Geographical Information System s, Multi2agent System s and Stochastic Processes. First an ef2 ficiency function was p roposed to rep resent the effectiveness of a resource within the GIS. Second, a multi2agent system was designed and imp lemented, with agents rep resenting ground segments and p rofits acquired after that. Third, static attributes and dynam ic behaviors of agentswere discussed. To model the uncertainty of urban develop2 ment better, a behavioralmode was designed based on a stochastic p rocess, consistentwith macro2level characteris2 tics of the agent. The combined system and its imp lementation in a computer were then discussed. Finally experi2 ments, using data from Pudong D istrict of Shanghai, were run and analyzed. This urban evolution model can be a2 dap ted to more types of research and owes its good performance to modularity and scalability. Keywords: system simulation; multi2agent system; urban modeling 收稿日期 : 2007209215. 基金项目 :国家 973计划资助项目 (2001CB309401) ;国家自然科学基 金资助项目 (60303007). 通信作者 :危 辉. E2mail: weihui@fudan. edu. cn. 一些发展中国家经济的快速增长 ,工业结构的 调整和持续增长的城市化速度 ,使得人口向城市和 城市的边缘地区迁移的速度明显加快了. 人口的增 长对房屋、道路、公共服务设施和能源等等的供应提 出了新的要求 ,虽然对于投资者而言这增加了很多 商业契机 ,但是同时也增加了就业、环保、政府管理 等方面的压力. 因此 ,对于政府管理者、政策制定者、 投资者和提供服务者而言 ,研究地区人口变化有很 重要的意义. 影响人口迁移的因素很多 ,因此建立一 个有统计意义并且可以模拟人口变化的数字化城市 模型是一大挑战. 而且对这样的模型稍加改造 ,就可 以用来研究和城市发展与规划相关的其他问题. 已经有很多方法被用于城市化建模. 早期的模