本發(fā)明涉及城市智能規(guī)劃技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

城市生態(tài)規(guī)劃是一個多維復(fù)雜的研究方案，它在我國起步較晚，但是發(fā)展卻非常迅速。需要正確處理好城市局部建設(shè)和整體發(fā)展的辯證關(guān)系。要從全局出發(fā)，使城市的各個組成部分在空間布局上做到職能明確，主次分明，互相銜接，科學(xué)考慮城市各類建設(shè)用地之間的內(nèi)在聯(lián)系，合理安排城市生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、文教區(qū)等，形成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的有機(jī)整體。我國在城市生態(tài)規(guī)劃的實施過程當(dāng)中，借鑒了國外以及現(xiàn)代生態(tài)學(xué)等先進(jìn)理論的最新研究成果，與地方的區(qū)域特征和可持續(xù)發(fā)展主題相結(jié)合，在理論和方法上具有我國的城市生態(tài)規(guī)劃特色。雖然城市的生態(tài)規(guī)劃雖然發(fā)展迅速，但是仍處于探索階段。在城市生態(tài)規(guī)劃的理論研究中，1984年馬世駿、王如松于發(fā)表了初步探討城市生態(tài)規(guī)劃的論文。1989年，馮向東研究了城市規(guī)劃要求和城規(guī)中的生態(tài)學(xué)理論，認(rèn)為城市生態(tài)規(guī)劃就是對城市生態(tài)要素進(jìn)行人工的生態(tài)綜合體的規(guī)劃。未來的中國是城市的中國，在此情況下，如何研究出一種與城市現(xiàn)代化發(fā)展相適應(yīng)的更加合理的城市規(guī)劃設(shè)計方案，全面優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)，更好地發(fā)揮城市功能，提升城市競爭力，滿足市民多元化生活需求，保障我國城市文明持續(xù)進(jìn)步，是現(xiàn)階段城市發(fā)展和城市規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域急需研究的重大課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型構(gòu)建方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)人群的多維需求，建立城市人群的多維需求信息模型，得到人的標(biāo)準(zhǔn)化功能需求信息；

2)根據(jù)城市人群的功能需求和城市功能映射關(guān)系構(gòu)建城市功能需求模型；

3)構(gòu)建城市功能與行為映射關(guān)系模型；

4)城市行為標(biāo)準(zhǔn)化序列；

5)構(gòu)建城市行為與結(jié)構(gòu)映射關(guān)系模型；

6)構(gòu)建城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型。

所述步驟1)中，城市人群的多維需求信息模型為：

${\mathrm{fun}}_{demand}(x,y,z,u,v)=a_x*x^{n_x}+a_y*y^{n_y}+a_z*z^{n_z}+a_u*u^{n_u}+a_v*v^{n_v}$

其中，生理需求為x，安全需求為y，社交需求為z，尊重需求為u，自我實現(xiàn)需求為v，城市人群的多維需求為fun_demand，a_x+a_y+a_z+a_u+a_v＝1。

所述步驟3)中，城市功能與行為映射關(guān)系模型具體為：

$F=f(B_0^f,B_1^f,...,B_n^f)$

其中，F(xiàn)表示城市功能，f表示城市功能F與城市行為流B^f集合之間的耦合函數(shù)，n為表示第n個城市行為流，城市行為流B^f的表達(dá)式為：

$B^f={\mathrm{\β}}_0\⊗{\mathrm{\β}}_1\⊗{\mathrm{\β}}_2\⊗......\⊗{\mathrm{\β}}_i,B^f{S}_0\→S_f$

β_i為行為元，S₀為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)，S_f為終止?fàn)顟B(tài)，運(yùn)算符表示兩個行為元在時序上的關(guān)系。

所述兩個行為元在時序上的關(guān)系包括串行或并行。

所述城市功能包括生活型功能、生產(chǎn)型功能和輔助性功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)新性的提出構(gòu)建城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型，引入本體模型這一概念，針對城市規(guī)劃的復(fù)雜性，從城市中人的行為，功能出發(fā)，智能化地進(jìn)行城市規(guī)劃，全面優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)，更好地發(fā)揮城市功能，提升城市競爭力。

附圖說明

圖1為城市人群的多維需求示意圖

圖2為城市功能示意圖；

圖3為本發(fā)明的FBS元知識模型示意圖；

圖4為兩個城市行為元之間關(guān)系示意圖；

圖5為城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

在城市規(guī)劃方案的設(shè)計中，首要目標(biāo)是建立一個城市規(guī)劃設(shè)計知識本體模型，這個規(guī)劃設(shè)計知識本體，是一個三維本體模型，包含城市規(guī)劃的三個方面：城市功能、城市行為和城市結(jié)構(gòu)。這個知識本體既要定義城市功能、城市行為、城市結(jié)構(gòu)，也定義城市行為、結(jié)構(gòu)和功能之間的轉(zhuǎn)換映射關(guān)系。另外，城市行為是要滿足人的行為，城市所有結(jié)構(gòu)的行為，也都是為了滿足人的行為而設(shè)計的。人的行為得到滿足，也意味著人的功能(需求)得到滿足。所以，城市人群的行為也是城市規(guī)劃設(shè)計的一個基本設(shè)計要素，也是城市規(guī)劃設(shè)計知識本體模型的基礎(chǔ)。這個城市規(guī)劃設(shè)計知識本體模型是一個靜態(tài)模型，定義城市的功能、行為和結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)換映射關(guān)系，以及城市人群的功能、行為等。

因此，構(gòu)建城市規(guī)劃設(shè)計智能本體模型，針對城市規(guī)劃的復(fù)雜性，從城市中人的行為，功能出發(fā)，智能化的城市規(guī)劃。

1.城市人群的多維需求分析

需求層次理論(Need-hierarchy theory)是由美國著名猶太裔人本主義心理學(xué)家亞伯拉罕·馬斯洛(Abraham Maslow)提出，是研究組織激勵時應(yīng)用最廣泛的理論之一。馬斯洛理論把需求分成生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現(xiàn)需求五類，且依次由較低層次到較高層次。需要層次是一個相對的金字塔，每一個人都具有這五種基本需要，不同的是，不同的人需要層次高低順序可能有所不同，人的需要千差萬別。在每一時刻都有一種需要占主導(dǎo)地位，其他的需要則暫時處于從屬的地位。城市人群的多維需求分析如圖所示：

如圖1所示，定義生理需求為x，安全需求為y，社交需求為z，尊重需求為u，自我實現(xiàn)需求為v，城市人群的多維需求為fun_demand，則城市人群的多維需求可以表示如下：

${\mathrm{fun}}_{demand}(x,y,z,u,v)=a_x*x^{n_x}+a_y*y^{n_y}+a_z*z^{n_z}+a_u*u^{n_u}+a_v*v^{n_v}$

其中，a_x+a_y+a_z+a_u+a_v＝1

由于每一個人對這五個需求層次高低順序可能有所不同，所以a_x到a_v之間是 動態(tài)變化的，每一個需求可以表示為線性函數(shù)。每一個因素的變化都影響著人的多維需求值，這個值的大小體現(xiàn)了多維需求的變化。

2城市人群行為的定義及性質(zhì)

根據(jù)人群的多維需求，可以將城市人群的行為定義為生理行為、安全行為、社交行為、尊重行為和自我實現(xiàn)行為。生理行為是指人群為了必要的生存而去飲食，喝水以及有住所等；安全行為是指人群在社會生活中為了保證人身以及財產(chǎn)的安全，身體健康保障，家庭成員安全所發(fā)出的行為等。社交行為是指人群之間的一種社會交往行為。尊重行為是指人群尊重他人以及被他人尊重的行為。自我實現(xiàn)行為是指人群在社會生活過程中解決問題，實現(xiàn)自我價值的行為。

記生理行為：α、安全行為β、社交行為χ、尊重行為δ和自我實現(xiàn)行為ε，人群行為尺度：${\mathrm{fun}}_{behaviour}(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\χ},\mathrm{\δ},\mathrm{\ϵ})=a_{\mathrm{\α}}*e^{\mathrm{\α}}+a_{\mathrm{\β}}*e^{\mathrm{\β}}+a_{\mathrm{\χ}}*e^{\mathrm{\χ}}+a_{\mathrm{\δ}}*e^{\mathrm{\δ}}+a_{\mathrm{\ϵ}}*e^{\mathrm{\ϵ}}$

其中，a_α+a_β+a_χ+a_δ+a_ε＝1。

3.城市規(guī)劃本體模型FBS模型

本發(fā)明提出了城市規(guī)劃本體模型中的城市單元功能，城市結(jié)構(gòu)定義，城市行為定于以及三者之間的映射關(guān)系理論。

3.1城市單元功能分析

城市的功能可以分為三個廣義的范圍：生活型功能、生產(chǎn)型功能及輔助性功能。其中生活型功能是市民維持正常生活所必須的活動區(qū)域，比如居住區(qū)是市民的家庭住所所在地，商業(yè)區(qū)是市民購物、逛街的常地，休閑區(qū)是市民在工作生活之余進(jìn)行休閑娛樂活動的地方。城市的生產(chǎn)型功能主要是指城市的工業(yè)及各大企業(yè)等等。輔助性功能包括對市民的正常生活提供堅強(qiáng)后盾的一些機(jī)構(gòu)，如行政機(jī)構(gòu)、公安局、醫(yī)院、電視臺、報紙行業(yè)等等。城市功能的分析如圖2所示。

3.2城市結(jié)構(gòu)的定義及性質(zhì)

城市結(jié)構(gòu)是人群生活的整個空間的各種設(shè)施的布局集合，其中包括居住區(qū)，物業(yè)，休閑區(qū)，商業(yè)區(qū)，安監(jiān)區(qū)，公司，寫字樓和工業(yè)區(qū)一級政府部門和醫(yī)院等的一種布局。不同的布局對應(yīng)著一種城市的結(jié)構(gòu)，各種各樣的布局構(gòu)成的集合為城市結(jié)構(gòu)的全集。

3.3城市行為的定義及性質(zhì)

城市行為是城市結(jié)構(gòu)實現(xiàn)城市功能的方式，是城市結(jié)構(gòu)在給定的自然環(huán)境狀態(tài)中的動作或過程，是結(jié)構(gòu)或者預(yù)期結(jié)構(gòu)可派生出的屬性?？梢钥闯?，城市行為是 FBS模型中城市功能和城市結(jié)構(gòu)之間的紐帶，在FBS模型中起著非常重要的作用。對于城市行為。城市的行為是城市結(jié)構(gòu)中布局發(fā)生變化的行為，在城市規(guī)劃中的各種設(shè)施的變動。大的城市行為可以定義為政府部門的搬遷，醫(yī)院的搬遷，商場的轉(zhuǎn)移，新公司的入住。小的城市行為可以定義為公司地址的變更，個人居住的遷移等，城市的結(jié)構(gòu)通過城市的行為表現(xiàn)了城市功能的變更。

3.4城市功能(Function)、城市行為(Behavior)、城市結(jié)構(gòu)(Structure)之間映射轉(zhuǎn)換關(guān)系理論FBS理論

城市規(guī)劃設(shè)計所依據(jù)的本體知識表現(xiàn)為城市的三個方面：城市結(jié)構(gòu)、城市行為、功城市能。本研究首先借助FBS模型分析城市的功能、城市行為、城市結(jié)構(gòu)三者之間的映射關(guān)系，建立起城市結(jié)構(gòu)的FBS元知識模型。在城市結(jié)構(gòu)的FBS元知識模型中，城市結(jié)構(gòu)、城市功能、城市行為是其基本組成要素，F(xiàn)BS元知識模型如圖3所示。

在FBS元知識模型中，城市具有很多功能，這些功能組成一個功能集，每個城市功能可以由一個或多個城市結(jié)構(gòu)通過行為來實現(xiàn)。一個城市結(jié)構(gòu)可以由一個或多個子結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)組成，每個結(jié)構(gòu)可以映射到一個或多個城市行為，一個城市結(jié)構(gòu)映射的多個城市行為可以組成城市行為流。城市行為是連接城市功能和城市結(jié)構(gòu)的橋梁，城市行為描述了城市結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化，其本質(zhì)是物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)移。

城市的功能是城市規(guī)劃的需求和動力，城市結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)城市功能的物質(zhì)載體。而城市行為則是聯(lián)系功能與結(jié)構(gòu)的中間體，是引起城市結(jié)構(gòu)發(fā)生狀態(tài)變化的動作或?qū)傩?。任意城市?guī)劃在某一時刻的方案都可用三元組(F,B,S)表達(dá)。城市功能的實現(xiàn)可以用狀態(tài)變遷表達(dá)，如式(1)所示。

$F=\∪\left(S_{t_i}\stackrel{B}{\→}{S}_{t_j}\right),t_j>t_i---\left(1\right)$

通常，城市結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變遷是由復(fù)雜行為引起的，即B_C＝{β₀,β₁,β₂……β_i}，i∈N。復(fù)雜行為可以分解為低層次行為，直至不能再被分解。不能被分解的行為即行為元β_i。在城市規(guī)劃的過程中，城市的行為元以特定的方式排列組合，按照特定的時間順序和空間順序改變城市的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，實現(xiàn)一系列功能。這一行為序列形成了城市的行為流。因此，可以定義行為流B^f為式(2)所示。

$B^f={\mathrm{\β}}_0\⊗{\mathrm{\β}}_1\⊗{\mathrm{\β}}_2\⊗......\⊗{\mathrm{\β}}_i,B^f{S}_0\→S_f---\left(2\right)$

S₀為結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)，S_f為終止?fàn)顟B(tài)。運(yùn)算符表示兩個行為元在時序上的關(guān)系，即串行(～)或并行(≈)。如圖4的(a)β₁～β₂和(b)β₁≈β₂所示。

因為城市行為元之間存在時序關(guān)系，所以在該行為流模型中，城市行為元之間的執(zhí)行順序是唯一確定的，行為流B^f包含邏輯關(guān)系信息。因而城市功能F與城市行為流B^f集合之間的耦合函數(shù)

$F=f(B_0^f,B_1^f,...,B_n^f)$

是一種城市行為流到城市功能的滿射，即該城市行為流B^f一定能夠?qū)崿F(xiàn)某種城市功能F，且只能實現(xiàn)這個功能，但該城市功能并不是只能通過B^f一個城市行為流實現(xiàn)，還可以通過其它的城市行為流實現(xiàn)。

由于城市功能具有可分解性，城市功能經(jīng)過分解后可以得到不可再分的基本城市功能，即城市功能元。所以一種行為流通過映射可以得到是城市功能元解。城市功能元之間的時序關(guān)系通過映射過程傳遞給了城市行為流，使得城市行為流之間也存在相同的時序關(guān)系。關(guān)于城市功能分解和映射，下節(jié)將詳細(xì)討論。

4.城市單元功能與人群多維需求的耦合

經(jīng)過以上分析，我們可以把城市人群的多維需求和城市功能關(guān)聯(lián)起來，進(jìn)行映射以后可以得到城市的基本結(jié)構(gòu)。如圖5所示，橫向表示的是城市人群的多維需求，縱向表示的是城市功能，兩者的交匯處表示的是城市的結(jié)構(gòu)。

城市本體模型的建立就是對以上提到的城市各個模塊中的各個部分根據(jù)本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型建模，最后通過FBS模型尋求最優(yōu)城市規(guī)劃方案。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。