基于AHP-CA的昆明市主城區淺層地下空間開發適宜性分析.pdf

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1、基于基于AHP-CAAHP-CA的昆明市主城區的昆明市主城區淺層地下空間開發適宜性分析淺層地下空間開發適宜性分析單位：單位：匯 報 人：匯 報 人：指 導 老 師：指 導 老 師：云 南 大 學 國 際 河 流 與 生 態 安 全 研 究 院、云 南 大 學 地 球 科 學 學 院云 南 大 學 國 際 河 流 與 生 態 安 全 研 究 院、云 南 大 學 地 球 科 學 學 院趙 筱 青 教 授、解 智 強 教 授趙 筱 青 教 授、解 智 強 教 授張 陽 斌張 陽 斌(博 士 研 究 生博 士 研 究 生)中國測繪學會地下管線專業委員會2023年會論文暨第六屆“生命線”1、研究背景2、

2、研究思路3、研究結果4、總結與展望目錄目錄研究背景Research Background 11、研究背景、研究背景空間資源緊缺城市化的快速推進導致了城市建筑用地占比的不斷增加，伴隨著地上空間的一味開發以及不斷增加的建筑高度和密度，很可能導致城市容積率過高和市政綠化較少等一系列的問題。交通擁堵截至2022年3月底，中國全國約有4.02億輛機動車保有量。由于汽車的巨大存量所導致的城市交通擁堵以及大氣污染等問題,已經導致了十分嚴重的城市病，危害著城市的健康可持續發展。1、研究背景、研究背景地下空間大都基于深度的不同進行分類，根據開發的深度可將城市地下空間分為0到15m的淺層，15到30m的次淺層,3

3、0到50m的次深層以及五十米以下的深層。淺層地下空間大多為商業開發與我們的生活息息相關，這類地下空間可進行有規劃的區域性開發，以激發地下空間的最大價值。-15-30幾乎全部的結建地下空間、商業開發深度、市政管線、地下下穿隧道均在-15米以上深度。昆明地鐵、第十污水處理廠等少量公用設施?；緹o開發1、研究背景、研究背景最初的地下空間開發適宜性評價以地質學為主，主要針對區域地質狀況進行分析。研究區域的地質狀況影響到了施工難度、開挖成本以及安全性等問題。評估方法主要分為主觀法和客觀法兩大類，其中主觀法的評價方法包括：AHP、模糊分類法等（Hyun et al.,2015;Nezarat et al.

4、,2015;Lu et al.,2016）?？陀^法包括：熵值法、主成分分析法等（Nakajima and Ortega 2016;Irankhahi et al.2017;Yin et al.,2017;Wu et al.,2020）。其中AHP廣泛應用于地下空間適宜性的評估當中（蔡偉濤2018；朱寅歌2018；張雅2019）。地下空間適宜性評價的現狀1未來的地下空間評價體系必將隨著多學科的交叉融合逐漸完備，其方法的運用也將更為科學，通過多學科的交叉及多種方法的聯合應用必將幫助不同的城市，制定最為適宜的城市地下空間開發方案。多學科及方法的聯合運用趨勢2地理學地質學經濟學工程學研究思路Resea

5、rch Idea22.1 研究研究思路思路首先進行研究基礎的知識儲備，包括研究背景、研究意義、研究目的以及國內外研究現狀的資料收集和文獻閱讀，并進行歸納整理，打下扎實的研究基礎。之后進行指標體系的構建，本文分為社會指標、經濟指標和工程指標三種指標。建立完備指標體系后，通過走訪相關單位、網絡查找等方法進行數據的收集。評價指標體系建立之后到了方法模型的學習階段，針對本文用到的最不利等技法、排他法、AHP、CA等方法的學習。本文對淺層地下空間的評價分為兩個階段，分別為基于AHP的初步評價階段以及考慮地下空間銜接作用的CA修正階段。2.2 研究研究方法方法層次分析法的創始人為美國的運籌學家 Thoma

6、s L.Saaty 教授，該方法能夠采用定性與定量的決策分析方法去解決日常生活與工作中發生的多目標、多要素、多層次、多準則的非結構化的復雜問題。層次分析法最主要的能力是能夠將非定量事件或要素進行定量分析，其關鍵在于定量化的標準與標度。該方法一般是針對人的主觀感受，以一定的標準將其數量化，以便于進行客觀描述，并將其量化結果作為目標決策的數據基礎與數學依據。層次分析法起源建立評價指標體系，首先需要把各個影響因子層次化，總共分為三層，分別為：目標層、主題層和指標層。評價指標體系建立1目標層A1主題層B1主題層B2主題層B3指標層C1指標層C2指標層C3層次分析法2.2 研究研究方法方法層次分析法當因

7、子間兩兩比較時需要研究者對因子有一個全面、細致的了解，判斷某兩個因子對于其上一層因子的重要程度，并對重要性進行度量，根據所判斷的重要程度，對所判斷的元素進行標準賦值。判斷矩陣的構建2在層次分析法的實際應用中，為確定判斷矩陣的科學性，需計算判斷矩陣的一致性，來檢驗判斷矩陣是否符合要求，若不符合，則所建立的判斷矩陣無效。判斷矩陣一致性檢驗3Saaty標度法比例標度表一致性指標CI隨機一致性指標RI計算一致性比例CR當所計算的CR0.1，則認為該判斷矩陣通過了一致性檢驗。2.2 研究研究方法方法元胞自動機元胞自動機起源與發展元胞自動機由元胞、元胞空間、元胞鄰居、元胞規則組成。元胞自動機的構成120世

8、紀50年代現代計算機之父、博弈論之父John von Neumann教授提出了元胞自動機這一方法。20世紀70年代20世紀80年代至今美國普林斯頓大學數學系教授John Horton Conway設計了“生命游戲”來進行生命細胞的生或死的模擬。英國科學家Stephen Wolfram進行了一系列的學術研究，針對初等CA的256種規則進行了深入研究。2.2 研究研究方法方法元胞自動機在CA的鄰域空間結構中,存在馮諾依曼鄰域及摩爾鄰域。標準馮諾依曼鄰域為一個菱形的鄰域，中心元胞四個正交相鄰的單元格為標準馮諾依曼鄰域。元胞自動機鄰域2CA運算規則的構建，圍繞著元胞狀態的變化進行。中心元胞是根據其相鄰

9、元胞的狀態來影響其下一時刻元胞的狀態，CA根據規則進行局部元胞的相互作用從而引起全局的變化。元胞自動機的規則3元胞狀態變化取決于S的取值，S1為適宜性得到提高；S2為狀態不變。RA為樣本訓練得出的參考值。2.3 研究研究區域區域本文選取昆明市主城區作為研究區域，由于昆明地理位置的特殊性，在昆明進行地下空間開發的社會經濟性評價對可持續的城市發展有指導作用，在未來能夠幫助更多城市以此為例，尋找城市向地下擴張的最優方案。按照昆明市城市總體規劃修編的有關內容，昆明主城區管轄范疇包括了五華、盤龍、官渡三區域的整個行政管轄區域；西山脈的主城二環線以內區域和福海、前衛、金馬、碧雞四大街區；呈貢市的烏龍、洛羊

10、、龍城、斗南、吳家營、雨花、大漁、馬金鋪8個鄉鎮。經過去除無法開發的水域、禁建區等區域之后面積約458.30 km2。2.4 研究研究數據數據昆明城市地下空間開發利用專項規劃昆明城市地下空間開發利用專項規劃針對昆明地下空間開發存在的主要問題、重點開發區域等做了說明。提出點、線、面相結合，重點突出、脈絡清晰、針對性強、形成網絡的地下空間結構體系。02昆明市電子地圖昆明市電子地圖2020版包含了城市區域劃分、POI數據、道路數據、軌道交通數據等，能夠為研究提供諸多基礎數據，從而推進后期的研究進行。01中 國 城 市 地 下 空間發展藍皮書中國城市地下空間發展藍皮書收集了十三五時期我國城市地下空間的

11、基本與核心指標,助力十四五時期我國城市規劃的可持續健康發展,支持我們國土空間的復合使用。03土體條件分布圖地下空間開發利用功能規劃圖2020年昆明市人口密度柵格圖圖注：圖片來源于昆明市規劃設計研究院有限公司圖注：人口密度數據來源于worldpop的網格化人口數據集研究結果Research Result33.1.1層次構建層次構建3.1.2權重分析權重分析主題層中的三個指標最重要的為工程適宜性指標B3，約占整體權重的45.99%，其次為經濟價值指標B2，約占整體權重的31.89%，重要性最低的為社會指 標 B 1，約 占 整 體 權 重 的22.12%。針對13項指標層指標的重要程度進行了排序分

12、析，從中可以看出13項指標中最重要的是地震風險C10，占比為13.33%；重要性最差的是停車配建需求C1，占比為3.26%。3.1.3層次分析法結果層次分析法結果最終總結個各指標權重，將所有指標進行疊加分析，最終得到基于AHP的評價圖，評價結果總共劃分為1-4類等級。適宜淺層地下空間開發較適宜淺層地下空間開發較不適宜淺層地下空間開發不適宜開發1級2級3級4級3.2.1元胞的構建元胞的構建綜合城市發展的特點，周邊區域的影響范圍有限，因此選取標準摩爾鄰域進行區域元胞的構建。通過結合百度地圖、高德地圖以及昆明市電子地圖的比對分析，共發現研究區域內已開發地下商業及地下停車場區域393處，其開發平均面積

13、約為2hm2。根據此信息，將研究區域元胞的大小選為150m150m，元胞大小既不會過大導致結果的精度受到影響，也不會因為過小導致計算的繁瑣以及算力的過高要求。3.2.2元胞規則的構建元胞規則的構建結合巫家壩地區、南窯火車站地區、呈貢火車站南站核心地區及火車北站等中心城區重點建設的地下空間區域特點，進行RA值的確定。周邊8個鄰域元胞效率值的和大于閾值RA時，中心元胞區域也將在周邊高開發適宜性區域的帶動下得到改善。周邊8個鄰域元胞效率值的和小于閾值RA時，中心元胞區域的適宜性不變。為保證綜合考慮到不適宜開發區域的存在，元胞只能進行1個等級的提高，不能跨等級改變。元胞規則構建完成后即可進行元胞模擬計

14、算的過程。3.2.3元胞分析元胞分析結果結果根據構建好的元胞類型、元胞規則，在MATLAB中錄入元胞矩陣，輸入元胞規則，進行元胞模擬修正，修正的結果如右圖。根據元胞狀態分布圖可知，各區域發展中心的元胞因周邊鄰域的影響較大，其UUS開發的適宜性宜得到改善，這些區域都有潛力成為將來開發的重點區域。3.3結果對比結果對比總結與展望Conclusion and Prospect44、總結與展望、總結與展望地下不只是管線，地下空間是國土空間極為重要的一部分，隨著探測手段、技術的不斷發展與完善，城市隱藏的地下空間也必將清晰的展現在我們面前。城市蘊藏著諸多大數據，伴隨著科技的發展，部分數據能夠幫助我們解決諸

15、多以往不便解決的問題。未來的地下空間管理也將逐步趨于智能化、信息化、便捷化、廉價化。4、總結與展望總結與展望未來城市地下空間也必將形成規范的布局與體系，城市地下商業圈也將成為助力城市可持續發展的重要依托。城市地下倉儲將給城市帶來大量的空間資源，幫助城市緩解發展中遇到的空間資源短缺的問題；城市地下工廠通過利用地下溫度恒定的特點和隱蔽性的特點，幫助城市節約大量的能源以及美化城市在以后的城市地下空間開發相關研究中，可以綜合考慮到社會、經濟、人文、規劃等多方位的影響要素，建立一個完備的地下空間開發適宜性評價體系。每個城市可以根據自己的特點，在完備的指標體系中選取適合自己的因子來進行評價。除了地下空間的聯合開發以外，考慮到地下空間的承載力的地下空間容量估算也是值得深入研究的方向。交通人文規劃社會懇請您的批評指正！懇請您的批評指正！匯報人：匯報人：張 陽 斌張 陽 斌(博 士 研 究 生博 士 研 究 生)云 南 大 學 國 際 河 流 與 生 態 安 全 研 究 院、云 南 大 學 國 際 河 流 與 生 態 安 全 研 究 院、云 南 大 學 地 球 科 學 學 院云 南 大 學 地 球 科 學 學 院T h a n k y o u！