一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法技术

本发明专利技术涉及一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，包括以下步骤：1)建立基于复杂网络的城市规划演化模型；2)在所述城市规划演化模型中引入病毒传播；3)求解邻接矩阵和权值矩阵；4)形成平衡态的城市规划进化模型。所述基于复杂网络的城市规划演化模型由多个城市种群相互关联而成，该模型中，每个节点代表一子功能，两个节点的连接边为有向边，一节点发生变化时，与之相关联的节点依次演化更新。与现有技术相比，本发明专利技术有利于实现快速有效的城市智能规划。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及城市规划的智能化设计领域，尤其是涉及一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法。
技术介绍
80年代后，城市的生态规划在技术和方法上都取得了迅速的突飞猛进的发展，城市的生态规划进入成熟阶段。其在方法论上更强调生态学基础，强调要以可持续发展作为城市生态规划建设的核心，并结合考虑社会、经济和自然环境，形成新的综合的生态规划理论。计算机技术的发展为城市生态规划起到强有力的支持作用。城市生态规划在我国起步较晚，但是发展却非常迅速。我国在城市生态规划的实施过程当中，借鉴了国外以及现代生态学等先进理论的最新研究成果，与地方的区域特征和可持续发展主题相结合，在理论和方法上具有我国的城市生态规划特色。2002年我第一部环境法颁布，对我国城市生态规划的研究工作起到很大的促进作用。2003年上海的城市生态规划，通过城市的生态系统的结构调整和功能的优化上重点研究，寻找上海可持续发展的突破口。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，包括以下步骤：1)建立基于复杂网络的城市规划演化模型；2)在所述城市规划演化模型中引入病毒传播；3)求解邻接矩阵和权值矩阵；4)形成平衡态的城市规划进化模型。所述基于复杂网络的城市规划演化模型由多个城市种群相互关联而成，该模型中，每个节点代表一子功能，两个节点的连接边为有向边，一节点发生变化时，与之相关联的节点依次演化更新。所述步骤2)中，引入病毒传播后，所述城市规划演化模型中各节点的状态为易传染状态、感染状态或免疫状态。引入病毒传播后，所述城市规划演化模型中各节点状态的演化规则为：(a)在初始状态下，每个节点均处于易传染状态；(b)若易传染状态节点与感染状态节点存在连接，即易传染状态节点被感染状态节点所指向，那么该易传染状态节点将以概率α变异成感染状态节点；(c)若感染状态节点与免疫状态节点存在连接，即感染状态节点被免疫状态节点所指向，则感染状态节点将以概率β变异成免疫状态节点。所述邻接矩阵表示城市规划演化模型中节点之间的关联度；权值矩阵表示城市规划演化模型中各节点之间的权值关系。所述平衡态的判断标准为：同时满足(1)平衡矩阵EM为对称阵，(2)设计队列Q为空。与现有技术相比，本专利技术把城市规划过程所划分的城市功能群落对应成一个复杂网络，城市功能群落中的子功能定义成复杂网络中的顶点，而子功能之间的耦合关系则定义为复杂网络中的有向边，通过引入城市规划病毒传播模型对构建的基于复杂网络的城市规划演化模型进行演化，获得平衡态的城市规划进化模型，有利于实现快速有效的城市智能规划。附图说明图1为本专利技术中由两个城市种群组成的复杂网络示意图；图2为功能7发生变化的动态网络示意图；图3为与功能7相关联的功能6、8、18发生变化的动态网络示意图；图4为通过关系边向下进行迭代的动态网络示意图；图5为引入三种状态的复杂网络示意图；图6为经转化的结构复杂网络示意图；图7为复杂网络中平衡态和非平衡态之间的转变示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。本专利技术把城市类比成一个生态系统，其中城市人群是城市生态系统的边界条件(或外部环境)，城市中的医院、商场和学校等是城市生态系统中的一个物种。城市人群的多维需求变化，意味着这个城市生态系统的外部环境变化，此时为了保持城市生态系统的平衡，城市的各个物种需要进化才能适应环境，保持生态平衡。城市各个物种是由城市的结构决定的，所以城市各个物种的进化也即是城市结构的进化。城市规划设计的方法，就是城市结构进化的方法。通过对城市结构进行重新规划设计，城市结构得到进化，城市生态系统保持平衡。城市人群的功能需求便得到满足。城市规划中的城市群落关系网络的本质是一个复杂网络。就是把城市规划过程所划分的城市功能群落对应成一个复杂网络，城市功能群落中的子功能定义成复杂网络中的顶点，而子功能之间的耦合关系则定义为复杂网络中的有向边。因为城市种群之间具有依赖关系，因此依赖关系具有方向性，因此网络中的边也具有方向性。城市生态系统是一个自适应系统，整个演化过程是处于不断动态变化的过程当中。所以必须建立人的功能需求与城市功能时空演化仿真评估模型，对城市功能进行评估测试。如果城市功能可以满足城市人群不断发展变化的功能需求，那么城市生态系统就处于平衡状态，城市生态系统的各个种群停止进化，城市结构的规划设计方案便得到确定。否则，城市生态系统会一直处于进化设计过程当中，直到城市功能评估符合要求为止。1、基于复杂网络的城市规划演化模型功能城市规划的关系网络的本质是一个复杂网络，就是把城市规划中的城市功能群落对应成一个复杂网络，城市功能群落中的子功能定义成复杂网络中的顶点，而子功能之间的耦合关系则定义为复杂网络中的有向边。因为城市种群之间具有依赖关系，因此依赖关系具有方向性，因此网络中的边也具有方向性。基于复杂网络的城市规划演化模型如图1所示，其为由两个城市种群构成一个静态复杂网络。其中，每个节点都代表相应的子功能，有向边R(i,j)代表节点i和j之间的关系，而边的方向表示节点j依赖于节点i，例如图中节点2、3和4依赖于节点1。对于一个规划完成的城市结构，可以根据其城市功能之间的协调关系构造出唯一的城市功能群落关系网络，当没有外部行为或内部信息、能量、物质交流的影响时，该复杂网络结构不会发生变化，因此是一个静态网络。城市功能群落关系网络在没有外部信息输入的条件下是静态的，但是，外部信息的输入会改变原先静态网络中的某些节点内容，这些节点就是动态网络所研究的对象。在功能群落关系网络的动态网络层次中，节点之间的关系体现为城市功能种群之间的行为关系，由于某一节点内容的变更，势必会引起在静态网络层次中与之相关联的节点发生变化，我们便将这些发生变化的节点加入到动态网络的层次中，以此类推，构造功能群落动态网络。由此可见，在构建过程中，网络结构是根据网络中节点的内容，节点状态以及节点之间的关系发生变化，因此具有动态性，是一个动态网络。其演化过程如下所示：(1)当一个静态网络受到外部城市行为驱动或内部信息、能量、物质交流时，则整个网络的结构都会受到这些影响而发生变更。如图2所示，功能7发生变更，原静态网络发生变化。(2)当功能7发生更改时，则与之相关联的功能6、8、18均受到功能7的驱动而发生更改，而这种变更则是沿着关系边R(7,6)、R(7.8)、R(7.18)来传递，从而演化成如图3所示的动态网络。(3)如图4所示，通过重复步骤(2)中的操作，功能6、功能8、功能10分别通过关系边向下进行迭代，直到整个网络更新完成。由上可见，动态网络可以看作是静态网络两种稳定状态之间的变迁过程，网络的变更和扩张是动态网络在时间维度上体现的性质，整个过程互相关联，不能割裂。2、城市规划病毒传播模型复杂网络是一个动态网络，在这个动态网络中，功能之间的信息交换和驱动关系则需要通过一个传播模型来实现。病毒传播模型是应用于复杂网络中比较成熟的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立基于复杂网络的城市规划演化模型；2)在所述城市规划演化模型中引入病毒传播；3)求解邻接矩阵和权值矩阵；4)形成平衡态的城市规划进化模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立基于复杂网络的城市规划演化模型；2)在所述城市规划演化模型中引入病毒传播；3)求解邻接矩阵和权值矩阵；4)形成平衡态的城市规划进化模型。2.根据权利要求1所述的基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，其特征在于，所述基于复杂网络的城市规划演化模型由多个城市种群相互关联而成，该模型中，每个节点代表一子功能，两个节点的连接边为有向边，一节点发生变化时，与之相关联的节点依次演化更新。3.根据权利要求1所述的基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，其特征在于，所述步骤2)中，引入病毒传播后，所述城市规划演化模型中各节点的状态为易传染状态、感染状态或免疫状态。4.根据权利要求3所述的基于复杂网络的城市规划进化模型构建方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝泳涛，吕涛，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31