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【模型咖专访】牛方曲:从解析到预判,城市社会经济活动空间的演化模拟

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2018-03-12

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城市数据派导读

www.udparty.com

由北京市城市规划设计研究院与中国城市规划学会城市规划新技术应用学术委员会共同主办的2018年第二届“城垣杯·规划决策支持模型设计大赛”的竞赛报名阶段已于2月28日结束,大赛正式进入了提交成果阶段:2018.03.01—2018.04.30。

点击下图,了解大赛详情

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正在紧张准备模型的你

想不想知道:

什么样的模型能够获奖?

去年获奖团队背后有哪些故事?

他们是如何理解和应用模型的?

他们遇到了哪些挑战?

他们有哪些参赛经验分享?

未来模型的发展方向是什么?

......

城市数据派作为本届大赛的合作媒体

将专访往届大赛获奖代表

为你讲述模型背后的故事

上期专访往届获奖者

【模型咖】胡腾云

【模型咖】唐婧娴

点击看看TA都分享了哪些干货

 

城市数据派专访interview

 

本期专访往届二等奖获得者,来自中科院地理所的牛方曲带来的《城市社会经济活动空间演化模型》

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感谢牛方曲接受【城市数据派www.udparty.com】的专访。往下拉可了解往届二等奖获奖作品介绍。

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牛方曲,博士,副研究员,英国利兹大学访问学者

近年一直从事城市、区域发展模拟分析方面研究工作,与利兹大学、剑桥大学定量模拟分析研究专家有长期的交流合作。近年先后负责完成国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目、中科院重点部署项目等各类项目。发表论文40余篇,其中SCI/SSCI 10余篇。担任《地理科学》、《地理研究》、《地理科学进展》、《Cities》、《Chinese Geographical Sciences》等多个学术期刊的审稿人。

 

城市数据派:祝贺您的成果在第一届大赛中获奖,您认为该模型最大的亮点是什么?

牛方曲:系统的构建了城市“土地利用-交通相互作用模型(Land use-Transport Interaction Model, LUTI)”,该模型用于模拟城市空间发展过程,实施政策实验、辅助决策。该模型属于Lowry模型系列,但对其所有改进。Lowry模型是LUTI模型发展的里程碑,建构过程复杂、数据要求较高,其应用主要在于欧美发达国家,国内虽有学者探索过Lowry模型,但至今未见成功实现并应用的案例。本研究可以丰富国内关于城市空间的理论方法研究。

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城市数据派:通过参加上届比赛,您觉得最大的收获是什么?对于第二届的参赛者,有什么样的参赛经验可以分享给大家?

牛方曲:比赛的开展对推动国内城市模型模拟研究具有重要的意义,通过参赛也进一步了解到国内同行所做的研究及其进展。对于参赛者,首先还是应该把模型做好,有创新;其次表达上照顾到应用和研究两个风格。自身为例,我在表达的时候更为学术一些。

 

城市数据派:传统的城市社会经济活动空间研究方法是什么?构建模型研究的优越性是什么?

牛方曲:不成熟的看法,目前国内研究主要还是解析为主,成因、格局、机制、过程等,以历史数据分析为主。但我们研究历史不仅是要解释历史,更需要预判未来,而这点模型的作用无以替代。模型模拟研究在阶段上应该是超越过程、机制、驱动力分析之类的研究,因为只有掌握这些,掌握规律才能进一步量化并建模。当然,反过来说,建模工作需要以过程、机制这些传统分析为基础。

 

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城市数据派:模型的实用性、应用结果评价,以及模型的效率分别是怎样的?

牛方曲:模型的实用性在于预测未来。但未来通常是难以预测的,很多不知道的因素,尤其是不确定的政策因素,因此,模型的作用在于条件预测,也就是假定发展情景的情况下预测,开展情景实验、辅助决策。模型效率说的应该是模型的有效性问题吧。有句话说“模型都是错误的”,说明了很难用模型准确的预测未来,但这不能否定模型的作用。模型预测值的相对分布更具意义,而不是其绝对值,相对值即模型预测值时空相对分布,例如时间维度变化趋势是对的,空间上,相对大小是合理的。

 

城市数据派:建立模型过程中需要考虑的问题和主要技术难点有哪些?

牛方曲:模型模拟的应该是主要规律。而不是针对个别现象,例如某个位置区位优势很大,但对于某个人需求而言,可能就不需要那个区置。模型建构过程需要找出影响要素的及其相互作用关系,并建构科学的数学表达形式。

 

城市数据派:从案例和实践研究来看,模型在不同城市应用时可能出现的差异性是什么?如何解决?

牛方曲:模型的建构重要的是抓住核心规律。不同城市的应用的差别是因素选取及模型的参数问题,对于不同的城市模型需要重新校准。

 

城市数据派:模型主要采用人口和企业的空间格局表征社会经济活动。但考虑到城市系统的复杂性,有没有考虑采用其他更多的指标?

牛方曲:在我的模型里面是将城市活动分为家庭和企业。除了家庭活动以外,居各类活动是在企业中完成,例如就算是去公园休闲,也是在“公园”这一企业完成。城市居民经济活动的区位模拟,就是对企业选址的模拟。这里的企业包括除家庭以外的所有单位,包括了公司、医院、学校、研究机构、社团等,所有可以提供就业岗位的地方。根据实际需要,可以进一步将经济活动进行细分,如服务业、办公业、工业、休闲等,分类模拟。上述企业的共性是需要使用室内场所(floorspace),城市同样存在不使用房产的经济活动,如路边摆摊等。这些活动通常只是少数,一般的城市空间模拟不考虑。

 

城市数据派:区位价值的评估主要基于综合交通可达性、区位成本、环境质量。那么这三个要素的权重是如何确定的?

牛方曲:这个问题是很关键也是模型校准过程的难点之一。交通可达性与区位成本其实有联系,通常可达性好的区位房租也高,区位成本也大。但我们是分经济活动评价交通可达性,如教育可达性、医疗可达性等,不同的家庭会有不同的侧重,不是房租所能完全反映的。可以采用专家打分法,也可以采用定量分析。区位价值是针对不同的家庭或企业分类评价的,权重确定可采用城市活动数量分布与各变量的相关程度。例如,评价服务业区位价值时,可采用服务业空间分布与交通可达性、区位成本等各变量的相关性确定权重。

 

城市数据派:作品实验了不同的土地利用与交通政策,能否说说模型涉及了哪些政策以及如何在空间和数据上体现这种政策?

牛方曲:参赛案例显示了土地利用政策。LUTI模型的土地利用政策并非指物理土地利用(农用地、建设用地),而是城市活动(家庭和企业),这些活动需要使用室内空间,即房产。所以这里的土地利用就对的是房地产开发。政策通过控制各类房产空间分布,间接控制着城市活动空间分布。土地利用案例设定了住房开发分布和商用房开发分布,PPT里有分布图。即各个区块各类房产每年开发数量,这个数值是根据过去几年值计算的平均值,如果知道实际城市规划情况,可以直接采用政策值。数据上体现是模型的实现层面问题,可以将每年开发的数量存储于文件中(或数据库中),记录每个区块每年新增各类房产数量,模型运行的时候读入该数据。

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城市数据派:模型是否有应用到实际项目中或与相关部门合作,进一步增强模型的价值?

牛方曲:目前还没有,主要进行了理论研究和开发工作。

 

城市数据派:城市日益变得复杂而多元,规划决策支持模型的前景是怎样的?您如何看待这种复杂性给城市预测和决策带来的挑战?

牛方曲:模型可用于政策检验、辅助决策。我认为这一点决策者是需要的,将来也同样需要。城市空间不断变化,目前网络应用不断普及,线上活动(如网购)逐渐活跃,将对城市空间产业影响。城市空间是社会经济活动的投影,城市活动空间上的分离导致其通过交通相互作用。我认为城市空间的实质并没有变化。所不同的是空间相互作用强度或模式在发生变化,例如有了网购,居民选址对商场的依赖可能会发生变化,反之亦然,二者相互作用强度发生变化,本质将影响城市区位价值。因此,城市模拟一个重要工作是如何界定不同发展阶段城市区位影响因素和评价方法,科学评价城市区位价值。

 

城市数据派:从数据提炼、输入、输出再到生成可视化效果的过程所需时间有多少?可否办到一键生成效果图?

牛方曲:模型开发一定程度上只是建构了框架,但要应用具体城市需要进行数据提炼,模型校准,这需要一些研究工作,各个环节或子模型均需要校准、确定参数,这个过程也是针对具体城市的定制、建模过程。完成这个工作后需要进行模拟、分析与可视化

模拟与可视化是两部分工作。模拟工作是输入数据、模型处理、输出的过程。这个过程完全可以是墨盒的,不需要干预。对于模型而言,模拟过程就是要处理并输出数据,模拟结果体现在输出数据上。可视化,可以基于输出数据展开,这个可以采用不同的方式,可以开发软件实现一键生成效果图,也可以直接借用现有软件进行可视化(如ArcGIS)。输出数据可根据应用需要进行各种可视化。基于输出数据也可开展各种分析。

 

往届二等奖作品the prize work

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