[发明专利]基于灰色神经网络CA模型的城市规划方案热岛模拟预测方法

权利要求书

1.一种基于灰色神经网络CA模型的城市规划方案热岛模拟预测方法，其步骤包括：

1)收集待评估的规划区数据资料：对影响热岛模拟预测的城市绿地、硬化地面、建筑布局、容积率、建筑密度、水体数据进行收集；

2)采用移动搜索法基于密度制图，计算得到每个分割区域内的硬化地面、容积率、建筑密度、绿化覆盖率、水面率的核密度；根据硬化地面、容积率、建筑密度、绿化覆盖率、水面率，将规划区分割成至少9个区域，每个区域内均设有测量温湿度的站点；

3)基于研究区测试数据建立回归模型，建立容积率、建筑密度、水体、绿化覆盖率、硬化地面的回归方程；根据典型天气测试结果和回归参数，利用灰色神经网络CA模型，进行模型训练和检验，合格后输出的结果即为模拟预测规划方案的热岛效应。

2.根据权利要求1所述的城市规划方案热岛模拟预测方法，其特征在于：步骤2)中核密度的计算以空间上某一点为核心，以一定距离范围内容积率、建筑密度、水体、绿化覆盖率、硬化地面率总面积与用地面积的比值来表示，计算公式为：

其中：K()为核密度方程；w_i为空间i的权重值，采用二值表示；A为滤波窗口的面积，h为空间作用的阈值范围，n为阈值范围内的像元数，d为数据的维数。

3.根据权利要求2所述的城市规划方案热岛模拟预测方法，其特征在于：所述数据的维数为二维，d＝2，计算公式(1)简化为：

4.根据权利要求3所述的城市规划方案热岛模拟预测方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：

S1、提取热岛的模拟五个空间变量，以热岛强度为因变量，构建CA模型的自变量影响因素，建立硬化地面、容积率、建筑密度、绿化覆盖率、水面率的单因素对热岛效应的回归模型；

其中热岛强度的计算方法为：将某一时刻，某一空间位置的城市温度和郊区农村平均温度的差值，作为在某一时刻该位置的热岛强度，计算公式为：

式中：空间位置ij上某一时刻的热岛强度用ΔT_ij表示；空间位置ij上的地表温度则用T_ij表示；是郊区农村点的平均温度；

S2、确定CA模型的元胞、邻域参数设置方案；确定四边形为元胞形状，根据数据选定分辨率，最大分辨率为15米；元胞邻域定义采用扩展摩尔型：N_Moore＝{v_i＝(v_ix,v_iy)||v_ix-v_0x|+|v_iy-v_oy|≤r,(v_ix,v_iy)∈Z²}，根据回归模型，预测硬化地面、容积率、建筑密度、绿化覆盖率、水面率的单因素对热岛的影响值t1、t2、t3、t4、t5；

S3、对网络规则进行训练，首先，根据单因素预测值t1、t2、t3、t4、t5建立GM(0，N)模型；然后，计算灰色预测的误差，将误差利用神经网络进行模拟；最后将GM(0，N)模型预测值和神经网络模拟预测值相加；

S4、将待预测区域的五个空间变量代入模拟训练的CA模型，进行热岛模拟，即可得到模拟结果，CA模型为其中，元胞ij在时间t+1和t的状态表示为和转换规则函数用f表示，是在位置ij上邻域的空间发展状况，Con是总约束条件，N代表元胞数目。

5.根据权利要求4所述的城市规划方案热岛模拟预测方法，其特征在于：所述步骤3)中各因素对热岛的影响机制参数，采取以下参数：微观尺度：硬化地面空间敏感性尺度半径为15m，绿化覆盖空间敏感性尺度半径为15m；宏观尺度上白天，绿化覆盖空间250m半径敏感性最强，建筑容积率空间敏感性尺度半径为230m，建筑密度空间敏感性尺度半径为130m，水面率空间敏感性尺度半径为200m。