[发明专利]计算机实现的土地规划系统和方法

说明书

本申请是申请号为200780008773.2、申请日为2007年1月30日、发明名称为“计算机实现的土地规划系统和方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及计算机实现的土地规划系统和方法，诸如被设计成生成至少一个概念上的适于用户定义的土地开发问题的解决方案。本发明可同等地应用来规划和开发单片和多片商业、混合使用和住宅土地场所。

背景技术

今天专业房地产开发商、公司、政府实体和其它评估土地的工程可行性、开发成本和投资目的所使用的方法是耗时的、不准确的和昂贵的。不幸地是，由于官僚政治复杂化加上土地使用分区、环境保护的要求、延长批准程序以及在令人想要的区域上土地的可用性和逐步升高的成本，使得当前的方法变得甚至更为复杂和昂贵。这个问题影响广泛的土地使用者，包含例如，房地产开发商（办公／工业、商用、零售、住宅）、拥有和使用房地产（公共／私有）的公司和政府实体（联邦、州、县、市）。

对于上述每个用户，评估土地场所用于开发的可行性通常涉及包含一个或多个建筑师、工程师和土地规划师的土地开发团队。许多这些团队成员参与设计和规划所考虑场所的预期用途。这个最初的规划过程可能花费2天到4周的时间，通常产生带有有限信息的单个示意性的草图（例如，场所支持建筑物脚点(footprint)或建筑基地(lot)和必需的街道和／或停车基地？）。此时，大部分基于对项目的直觉和“内心的感觉”，开发商将选择对更准确评估规划和预算可行性的附加规划和工程签订合同。这个过程可能花费2周至16周和通常导致唯一一个选项，它基于设计师的经验但在任何方面都不是最优化的。然后这个信息用于估计更准确的预算。常常要求时值工程将设计带回到原始预算之内。这个过程花费2周至6周。直到规划过程结束－有时在最初考虑这块土地场所后的3－4个月，一般才确定出最终的预算。

在购买所有权之前经常必须出现上面的规划过程，并要求以法律费用进行大量投资和保证金来保持所有权一段延长的时间。

在这4至28周过程（平均16周）和相当可观的费用以及丢失机会的风险之后，开发商必须基于一个不是最优的设计选项，去评估购买和开发所有权的风险。不幸地是，上面概述的过程是复杂的，甚至由于许多涉及的群体之间的错误传达和无法沟通而更负责，这常常导致坏的设计、坏的预算、意见不和、和坏的项目。

本申请人认识到土地开发工业需要较大的范例改变，现在通过数学建模和计算硬件的改进来做到这一点是可能的。本发明的一个主要目的是通过能够产生许多用于土地开发的优化可选方案的虚拟工程系统—包含每个潜在解决方案的规划、工程和预算—来确定出上面概述的问题。一般在最多24小时的周期内实现这个计算过程。

启发式策略

通过利用启发式数学优化方法，例如象进化算法（具有可能的例示，例如象遗传算法、进化策略、进化规划、遗传规划、和上述各项的组合及其成分），本发明的速度和有效性是先进的。对于一定的子任务，也使用例如象线性规划、混合整数规划、分支定界这样的数学规划方法。

简明地说，进化算法（或“EA”）是模仿生物进化作为问题解决策略的规划技术。给出需要解决的具体问题，对EA的输入是一组以某种形式编码的、对那个问题的潜在的解决方案，和对每个候选者进行定量评估的称为适合度函数(fitness function)的度量。这些候选者可以是已知起作用的解决方案，EA的目的是改进它们，但更经常的是随机生成它们。

从这些最初的候选解决方案中，通过称为再现的过程，以更好的候选解决方案（根据它们的适合度测度）平均接收更多复本而较差的候选解决方案平均接收较少的复本的方式进行复制。此外，再现可以不是基于适合度（fitness），而是相反可能从父代种群中完全随机地选择解决方案。通过再现产生的这些复本进入算法的下一代，然后经历被称为变异和交叉（也被称为重新组合）的随机化的修改过程。在变异和交叉（常一起被称为“变化算子”），再一次对新创立的解决方案进行定量评估以确定它们的适合度值。在适合度确定的这个步骤后，可以加入选择步骤，这或者确定或者根据基于适合度的随机化的过程－从后代种群中选择更好的解决方案生存，同时抛弃较差的解决方案。可以将这个选择步骤仅应用到后代，或应用到父代和后代的联合体。然后，重复这个过程。期望是每轮增加种群的平均适合度，因此通过数百轮或数千轮重复这个过程，能够发现非常好的问题解决方案。

发明内容

因此，本发明的目的是提供计算机实现的土地规划系统和方法，在一个示例性实施方式中可以自动地生成至少一个概念上的适合用户定义的土地开发问题的解决方案。