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基于AHP-CA的昆明市主城区浅层地下空间开发适宜性分析.pdf

编号：162643

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基于AHP-CA的昆明市主城区浅层地下空间开发适宜性分析.pdf

1、基于基于AHP-CAAHP-CA的昆明市主城区的昆明市主城区浅层地下空间开发适宜性分析浅层地下空间开发适宜性分析单位：单位：汇报人：汇报人：指导老师：指导老师：云南大学国际河流与生态安全研究院、云南大学地球科学学院云南大学国际河流与生态安全研究院、云南大学地球科学学院赵筱青教授、解智强教授赵筱青教授、解智强教授张阳斌张阳斌(博士研究生博士研究生)中国测绘学会地下管线专业委员会2023年会论文暨第六届“生命线”1、研究背景2、

2、研究思路3、研究结果4、总结与展望目录目录研究背景Research Background 11、研究背景、研究背景空间资源紧缺城市化的快速推进导致了城市建筑用地占比的不断增加，伴随着地上空间的一味开发以及不断增加的建筑高度和密度，很可能导致城市容积率过高和市政绿化较少等一系列的问题。交通拥堵截至2022年3月底，中国全国约有4.02亿辆机动车保有量。由于汽车的巨大存量所导致的城市交通拥堵以及大气污染等问题,已经导致了十分严重的城市病，危害着城市的健康可持续发展。1、研究背景、研究背景地下空间大都基于深度的不同进行分类，根据开发的深度可将城市地下空间分为0到15m的浅层，15到30m的次浅层,3

3、0到50m的次深层以及五十米以下的深层。浅层地下空间大多为商业开发与我们的生活息息相关，这类地下空间可进行有规划的区域性开发，以激发地下空间的最大价值。-15-30几乎全部的结建地下空间、商业开发深度、市政管线、地下下穿隧道均在-15米以上深度。昆明地铁、第十污水处理厂等少量公用设施。基本无开发1、研究背景、研究背景最初的地下空间开发适宜性评价以地质学为主，主要针对区域地质状况进行分析。研究区域的地质状况影响到了施工难度、开挖成本以及安全性等问题。评估方法主要分为主观法和客观法两大类，其中主观法的评价方法包括：AHP、模糊分类法等（Hyun et al.,2015;Nezarat et al.

4、,2015;Lu et al.,2016）。客观法包括：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广泛应用于地下空间适宜性的评估当中（蔡伟涛2018；朱寅歌2018；张雅2019）。地下空间适宜性评价的现状1未来的地下空间评价体系必将随着多学科的交叉融合逐渐完备，其方法的运用也将更为科学，通过多学科的交叉及多种方法的联合应用必将帮助不同的城市，制定最为适宜的城市地下空间开发方案。多学科及方法的联合运用趋势2地理学地质学经济学工程学研究思路Resea

5、rch Idea22.1 研究研究思路思路首先进行研究基础的知识储备，包括研究背景、研究意义、研究目的以及国内外研究现状的资料收集和文献阅读，并进行归纳整理，打下扎实的研究基础。之后进行指标体系的构建，本文分为社会指标、经济指标和工程指标三种指标。建立完备指标体系后，通过走访相关单位、网络查找等方法进行数据的收集。评价指标体系建立之后到了方法模型的学习阶段，针对本文用到的最不利等技法、排他法、AHP、CA等方法的学习。本文对浅层地下空间的评价分为两个阶段，分别为基于AHP的初步评价阶段以及考虑地下空间衔接作用的CA修正阶段。2.2 研究研究方法方法层次分析法的创始人为美国的运筹学家 Thoma

6、s L.Saaty 教授，该方法能够采用定性与定量的决策分析方法去解决日常生活与工作中发生的多目标、多要素、多层次、多准则的非结构化的复杂问题。层次分析法最主要的能力是能够将非定量事件或要素进行定量分析，其关键在于定量化的标准与标度。该方法一般是针对人的主观感受，以一定的标准将其数量化，以便于进行客观描述，并将其量化结果作为目标决策的数据基础与数学依据。层次分析法起源建立评价指标体系，首先需要把各个影响因子层次化，总共分为三层，分别为：目标层、主题层和指标层。评价指标体系建立1目标层A1主题层B1主题层B2主题层B3指标层C1指标层C2指标层C3层次分析法2.2 研究研究方法方法层次分析法当因

7、子间两两比较时需要研究者对因子有一个全面、细致的了解，判断某两个因子对于其上一层因子的重要程度，并对重要性进行度量，根据所判断的重要程度，对所判断的元素进行标准赋值。判断矩阵的构建2在层次分析法的实际应用中，为确定判断矩阵的科学性，需计算判断矩阵的一致性，来检验判断矩阵是否符合要求，若不符合，则所建立的判断矩阵无效。判断矩阵一致性检验3Saaty标度法比例标度表一致性指标CI随机一致性指标RI计算一致性比例CR当所计算的CR0.1，则认为该判断矩阵通过了一致性检验。2.2 研究研究方法方法元胞自动机元胞自动机起源与发展元胞自动机由元胞、元胞空间、元胞邻居、元胞规则组成。元胞自动机的构成120世

8、纪50年代现代计算机之父、博弈论之父John von Neumann教授提出了元胞自动机这一方法。20世纪70年代20世纪80年代至今美国普林斯顿大学数学系教授John Horton Conway设计了“生命游戏”来进行生命细胞的生或死的模拟。英国科学家Stephen Wolfram进行了一系列的学术研究，针对初等CA的256种规则进行了深入研究。2.2 研究研究方法方法元胞自动机在CA的邻域空间结构中,存在冯诺依曼邻域及摩尔邻域。标准冯诺依曼邻域为一个菱形的邻域，中心元胞四个正交相邻的单元格为标准冯诺依曼邻域。元胞自动机邻域2CA运算规则的构建，围绕着元胞状态的变化进行。中心元胞是根据其相邻

9、元胞的状态来影响其下一时刻元胞的状态，CA根据规则进行局部元胞的相互作用从而引起全局的变化。元胞自动机的规则3元胞状态变化取决于S的取值，S1为适宜性得到提高；S2为状态不变。RA为样本训练得出的参考值。2.3 研究研究区域区域本文选取昆明市主城区作为研究区域，由于昆明地理位置的特殊性，在昆明进行地下空间开发的社会经济性评价对可持续的城市发展有指导作用，在未来能够帮助更多城市以此为例，寻找城市向地下扩张的最优方案。按照昆明市城市总体规划修编的有关内容，昆明主城区管辖范畴包括了五华、盘龙、官渡三区域的整个行政管辖区域；西山脉的主城二环线以内区域和福海、前卫、金马、碧鸡四大街区；呈贡市的乌龙、洛羊

10、、龙城、斗南、吴家营、雨花、大渔、马金铺8个乡镇。经过去除无法开发的水域、禁建区等区域之后面积约458.30 km2。2.4 研究研究数据数据昆明城市地下空间开发利用专项规划昆明城市地下空间开发利用专项规划针对昆明地下空间开发存在的主要问题、重点开发区域等做了说明。提出点、线、面相结合，重点突出、脉络清晰、针对性强、形成网络的地下空间结构体系。02昆明市电子地图昆明市电子地图2020版包含了城市区域划分、POI数据、道路数据、轨道交通数据等，能够为研究提供诸多基础数据，从而推进后期的研究进行。01中国城市地下空间发展蓝皮书中国城市地下空间发展蓝皮书收集了十三五时期我国城市地下空间的

11、基本与核心指标,助力十四五时期我国城市规划的可持续健康发展,支持我们国土空间的复合使用。03土体条件分布图地下空间开发利用功能规划图2020年昆明市人口密度栅格图图注：图片来源于昆明市规划设计研究院有限公司图注：人口密度数据来源于worldpop的网格化人口数据集研究结果Research Result33.1.1层次构建层次构建3.1.2权重分析权重分析主题层中的三个指标最重要的为工程适宜性指标B3，约占整体权重的45.99%，其次为经济价值指标B2，约占整体权重的31.89%，重要性最低的为社会指标 B 1，约占整体权重的22.12%。针对13项指标层指标的重要程度进行了排序分

12、析，从中可以看出13项指标中最重要的是地震风险C10，占比为13.33%；重要性最差的是停车配建需求C1，占比为3.26%。3.1.3层次分析法结果层次分析法结果最终总结个各指标权重，将所有指标进行叠加分析，最终得到基于AHP的评价图，评价结果总共划分为1-4类等级。适宜浅层地下空间开发较适宜浅层地下空间开发较不适宜浅层地下空间开发不适宜开发1级2级3级4级3.2.1元胞的构建元胞的构建综合城市发展的特点，周边区域的影响范围有限，因此选取标准摩尔邻域进行区域元胞的构建。通过结合百度地图、高德地图以及昆明市电子地图的比对分析，共发现研究区域内已开发地下商业及地下停车场区域393处，其开发平均面积

13、约为2hm2。根据此信息，将研究区域元胞的大小选为150m150m，元胞大小既不会过大导致结果的精度受到影响，也不会因为过小导致计算的繁琐以及算力的过高要求。3.2.2元胞规则的构建元胞规则的构建结合巫家坝地区、南窑火车站地区、呈贡火车站南站核心地区及火车北站等中心城区重点建设的地下空间区域特点，进行RA值的确定。周边8个邻域元胞效率值的和大于阈值RA时，中心元胞区域也将在周边高开发适宜性区域的带动下得到改善。周边8个邻域元胞效率值的和小于阈值RA时，中心元胞区域的适宜性不变。为保证综合考虑到不适宜开发区域的存在，元胞只能进行1个等级的提高，不能跨等级改变。元胞规则构建完成后即可进行元胞模拟计

14、算的过程。3.2.3元胞分析元胞分析结果结果根据构建好的元胞类型、元胞规则，在MATLAB中录入元胞矩阵，输入元胞规则，进行元胞模拟修正，修正的结果如右图。根据元胞状态分布图可知，各区域发展中心的元胞因周边邻域的影响较大，其UUS开发的适宜性宜得到改善，这些区域都有潜力成为将来开发的重点区域。3.3结果对比结果对比总结与展望Conclusion and Prospect44、总结与展望、总结与展望地下不只是管线，地下空间是国土空间极为重要的一部分，随着探测手段、技术的不断发展与完善，城市隐藏的地下空间也必将清晰的展现在我们面前。城市蕴藏着诸多大数据，伴随着科技的发展，部分数据能够帮助我们解决诸

15、多以往不便解决的问题。未来的地下空间管理也将逐步趋于智能化、信息化、便捷化、廉价化。4、总结与展望总结与展望未来城市地下空间也必将形成规范的布局与体系，城市地下商业圈也将成为助力城市可持续发展的重要依托。城市地下仓储将给城市带来大量的空间资源，帮助城市缓解发展中遇到的空间资源短缺的问题；城市地下工厂通过利用地下温度恒定的特点和隐蔽性的特点，帮助城市节约大量的能源以及美化城市在以后的城市地下空间开发相关研究中，可以综合考虑到社会、经济、人文、规划等多方位的影响要素，建立一个完备的地下空间开发适宜性评价体系。每个城市可以根据自己的特点，在完备的指标体系中选取适合自己的因子来进行评价。除了地下空间的联合开发以外，考虑到地下空间的承载力的地下空间容量估算也是值得深入研究的方向。交通人文规划社会恳请您的批评指正！恳请您的批评指正！汇报人：汇报人：张阳斌张阳斌(博士研究生博士研究生)云南大学国际河流与生态安全研究院、云南大学国际河流与生态安全研究院、云南大学地球科学学院云南大学地球科学学院T h a n k y o u！

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