一种社区微更新中优化开放空间分时使用设计的方法技术

本发明专利技术提出一种社区微更新中优化开放空间分时使用设计的方法，包括步骤：在目标社区内根据开放空间范围，将区域划分为由规则网格单元组成的栅格地图，并根据用地类型对所有网格单元的属性赋值；确认单个主体的占地面积；确认能承载机动车的多用途开放空间地块；为社区多用途开放空间建立多目标优化模型；采用经典的多目标遗传算法NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种社区微更新中优化开放空间分时使用设计的方法


[0001]本专利技术涉及城市规划设计领域，具体涉及一种支持社区微更新中对既有开放空间分时段使用设计方法的优化。

技术介绍

[0002]定量技术服务于城市规划已有了长足的发展。定量技术为规划方案中的科学评估提供了基础。通过在数字城市模型上进行场景分析和规划模拟，可提前评估、了解规划影响，使得规划方案实施的结果更接近设计的目标。通常数字场景中需要结合定性与定量的方式，进行专题分析和影响评估，以使得规划要素(如公共设施和绿地)的设计效益达到最优化。
[0003]在常见的各类优化方法中，多目标优化是考虑多因素组合应用的一种优化方式，但通常很难找到绝对最优解以满足所有目标的最小化。针对多目标优化，规划领域中常用方法是通过某种综合计算方法(如层次分析法、效用函数加权平均等)形成多因素综合评价结果。常用做法是对多目标赋予相应权重，将多目标问题转化为单目标计算。这类综合评价是面向研究场景的单一综合结果，计算出的最优结果可能会屏蔽了部分因素的影响。
[0004]虽然目前在城市规划实施评估、规划方案模拟等方面已有多目标优化的案例，但在社区微更新场景中，目前少有针对场地设计资源利用的多目标优化方法。具体而言，针对城市微更新场景中开放空间的规划设计，这类空间的使用效率尚未得到充分考虑。因此，相应地，面向社区开放空间使用的规划优化应被充分估计。
[0005]具体而言，当前社区微更新中对开放空间的规划优化主要考虑空间再配置(增加、置换等)，常忽略了对既有场地在时间维度上的利用优化。在进入“存量”时代的社区更新规划设计中，需要以避免大范围空间调整以及大量社区改造成本为前提，从时间维度上探索提高现有空间资源利用效率的可能。社区中的某些开放空间，如草坪在日常使用或特定时段中常出现长时间空置的情况。现有的微更新设计中对这类用地的分时段利用尚缺乏详细描述和表达。因此，基于社区内部的现有公共空间格局，通过定量分析并优化提高其开放空间的分时使用率，对集约利用社区公共资源有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对上述提到的问题，本专利技术的目的在于提出一种针对社区开放空间分时段使用设计的多目标优化方法，解决目前微更新设计中难以定量评估开放空间在时间维上的使用影响、难以评估分时段使用配置等问题,使社区内部已有开放空间的使用率实现最大化，用以承载日益增长的停车需求和日常活动的需要。由于本专利技术属于特定领域问题，因而需要专门设计一种优化方法，能充分根据场地特性来评估社区开放空间资源利用的上限，精准定位符合实际需求的规划设计，提供效益最优化的不同选择集。
[0007]本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案实现：
[0008]基于多目标优化方法，构建社区开放空间分时使用的优化模型，找到一组尽可能
接近Pareto最优域的解，以提供分时段使用的配置方案。
[0009]一种社区微更新中优化开放空间分时使用设计的方法，其特征是，其包含以下步骤来实现：
[0010](a)在目标社区内根据开放空间范围，将区域划分为由规则网格单元组成的栅格地图，并根据用地类型对所有网格单元的属性赋值；此外，按权限将开放空间面积M划分为三部分：M1、M2、M3，其中M1区域可供机动车停放、人员活动或非机动车停放；M2区域仅供人员活动或非机动车停放，而M3区域代表仅供机动车使用的停放面积；M3面积和用途均固定，将M1和M2区域定义为多用途开放空间；
[0011](b)确认单个主体的占地面积；
[0012](c)确认能承载机动车的多用途开放空间地块；
[0013](d)为社区多用途开放空间建立多目标优化模型；
[0014](e)采用经典的多目标遗传算法NSGA
‑
II进行快速解算,计算在给定时间段中决策变量x的一组Pareto最优解集S；
[0015](f)选取多个不同目标的时段取值，采用NSGA
‑
II分别模拟不同的停车活动集中时段和人群活动集中时段所计算的Pareto最优解集；并根据对应的u个解集S1,
…
S
u
和目标值向量PF1,
…
,PF
u
，确定是否调整参数并重新模拟；最终更新不同时段中决策变量x的最优解，并作为社区开放空间能给上述三类用途的最大承载量，以供规划师参考。
[0016]进一步地，所述步骤(b)中，具体为：选取典型的机动车尺寸、人体尺寸和非机动车尺寸，按社区栅格地图的分辨率对其进行栅格化，计算出这三类主体所占的网格单元个数；根据这三类主体所需的活动间隔，分别为其建立缓冲区；设机动车停车时需要一定的间隔距离d
m
,单人活动的最小间隔d
p
,以及非机动车之间的最小间隔d
n
，则根据d
m、
d
p
和d
n
分别为这三类主体构建缓冲区，并以包含主体及缓冲区的网格数来计算三类主体的所占面积,最终得到三类主体对应的网格个数wn1*hn1,wn2*hn2,wn3*hn3；此外，机动车、人体和非机动车所对应的占地面积记为r1、r2、r3。
[0017]进一步地，所述步骤(c)中，具体为：从社区多用途开放空间地块集合L＝{l1,...l
t
,t>0,M1+M2＝area(sum(l
t
))}中，根据机动车的尺寸wn1*hn1对这些地块逐一进行确认，判断该地块能否支持停放机动车，提取出能供机动车、非机动车停放、或人员活动的开放空间地块集合L1＝{l1,...l
k
,t≥k>0,M1＝area(sum(l
k
))}；从而提取出L1对应的网格集合,并计算其总面积M1；相应地，集合(L
‑
L1)中所有地块可支持停放非机动车或人员活动，提取其对应的网格集合,并计算(L
‑
L1)对应的总面积M2。
[0018]进一步地，所述步骤(d)中，具体为：将每天时间分为多个时段；决策变量x1,x2,x3分别是可容纳的机动车、人员以及非机动车的数量，用向量x＝{x1,x2,x3}
T
表示，为所表示的优化问题的一个解；在时间段m到n中，最大化机动车停放面积(即最小化人员活动和非机动车停放面积)；而从时间点p到q，即大众公共活动的时间段，最大化人员活动的使用面积(即最小化机动车和非机动车的停放面积)。具体定义目标函数和约束条件如下：
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026]其中式(1)
‑
(3)为目标函数，式(4)
‑
(7)约束条件；r1、r2、r3分别对应机动车、人体和非机动车所对应的占地面积，可视为常数(r1,r2,r3>0)。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种社区微更新中优化开放空间分时使用设计的方法，其特征是，其包含以下步骤来实现：(a)在目标社区内根据开放空间范围，将区域划分为由规则网格单元组成的栅格地图，并根据用地类型对所有网格单元的属性赋值；按权限将开放空间面积M划分为三部分：M1、M2、M3，其中M1区域供机动车停放、人员活动或非机动车停放，M2区域仅供人员活动或非机动车停放，M3区域代表仅供机动车使用的停放面积；M3面积和用途均固定，将M1和M2区域定义为多用途开放空间；(b)确认单个主体的占地面积；(c)确认能承载机动车的多用途开放空间地块；(d)为社区多用途开放空间建立多目标优化模型；(e)采用经典的多目标遗传算法NSGA
‑
II进行快速解算,计算在给定时间段中决策变量x的一组Pareto最优解集S；(f)选取多个不同目标的时段取值，采用NSGA
‑
II分别模拟不同的停车活动集中时段和人群活动集中时段所计算的Pareto最优解集；并根据对应的u个解集S1,
…
S
u
和目标值向量PF1,
…
,PF
u
，确定是否调整参数并重新模拟；最终更新不同时段中决策变量x的最优解，并作为社区开放空间能给上述三类用途的最大承载量，以供规划师参考。2.如权利要求1所述的社区微更新中优化开放空间分时使用设计的方法，其特征是，所述步骤(b)中，具体为：选取典型的机动车尺寸、人体尺寸和非机动车尺寸，按社区栅格地图的分辨率对其进行栅格化，计算出这三类主体所占的网格单元个数；根据这三类主体所需的活动间隔，分别为其建立缓冲区；设机动车停车时需要一定的间隔距离d
m
,单人活动的最小间隔d
p
,以及非机动车之间的最小间隔d
n
，则根据d
m、
d
p
和d
n
分别为这三类主体构建缓冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘骝，黄璜，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：