创意产业时空过程模拟—模型环境及运行关系

2023-08-10 理论教育版权反馈

【摘要】：模型环境定义了各行为主体的活动空间，这些活动主要包括两个方面，其一是与环境的互动，其二是行为主体之间的互动。目前，已有许多扩展模块被正式内嵌入NetLogo的主程序。采用真实地图作为模型的空间环境，其最突出的优势就是能够使模型用户非常准确地定位各个行为主体在真实世界中的具体位置。因此，这就需要对该模型空间的比例尺作出合理规定。表5.3列出了每一个子集所代表的意义及其与模型运行之间的关系。

模型环境定义了各行为主体的活动空间，这些活动主要包括两个方面，其一是与环境的互动，其二是行为主体之间的互动。根据研究的具体问题与实体物理空间的关联关系，模型环境可以分成空间隐性（Spatially Implicit）和空间显性（Spatially Explicit）两种。其中，在空间显性的模型环境中，每一个行为主体的几何空间区位对行为主体的行为及其可能带来的结果具有重要影响；而在空间隐性的模型环境中，不考虑行为主体的空间区位，他们的空间位置对系统和行为主体来说没有任何关系（Crooks et al，2012）。在许多模型中，模型环境还有可能包括各种被动对象（Passive Objects），这些对象分布在物理空间之中，通过简单的程序可以对它们的属性进行定义，与此同时它们也不需要具有空间移动能力，并且也没有必要一定与周围环境发生反馈互动。然而，这些被动对象的属性在很多情况下都能对主动对象（Active Objects，指行为主体）的空间行为产生影响（Abdou et al，2012）。由于本书研究涉及行为主体的空间区位行为以及城市土地变动情况，因此本CID-USST模型属于空间显性模型，其显性空间表现为城市土地空间。

1）城市土地空间

NetLogo的核心功能是进行基于多主体建模，因此就其核心程序来说能够处理的数据对象非常有限。然而，在NetLogo用户圈内，来自不同研究领域的用户根据自身研究需要开发了许多扩展模块，这些扩展模块大大增强了NetLogo的自身功能和应用领域。目前，已有许多扩展模块被正式内嵌入NetLogo的主程序。例如在NetLogo网站下载的标准安装软件，就包括数列与表（Array & Table）扩展模块、矩阵（Matrices）扩展模块、声频（Sound）扩展模块、视频（Quick Time）扩展模块、地理信息系统（GIS）扩展模块和位图（Bitmap）扩展模块等。因此，为了表示城市土地空间，我们可以采用GIS扩展模块导入矢量地图文件（Shapefile 文件），或者采用位图扩展模块导入栅格地图（以 *.asc的格式存储）。采用真实地图作为模型的空间环境，其最突出的优势就是能够使模型用户非常准确地定位各个行为主体在真实世界中的具体位置。然而，其也将带来两点明显的局限：第一，将增加模型的复杂程度，并且对模拟结果的地理空间统计提出挑战；第二，模型空间采用南京市的真实地图，则使得模拟结论仅仅适用于南京这一特定的城市空间环境，大大降低将研究结论应用于其他类似城市案例的可能性。基于上述考虑，本模型的城市土地空间为南京市的简化与抽象模型。

表示这一抽象的城市土地空间的工具就是NetLogo中的“世界”（World）。其中构成“世界”的每一个“方格”（Patch）则用来代表一个城市地块。为了让模型算法尽量简化，我们规定每一个方格的用地属性有且仅有一种。这一规定就要求每一个方格所代表的实际地块面积不能太大，必须保持在一个较小的水平，然而每一地块所代表的实际面积又不能太小，否则将以指数级的速度加大模型的计算量，从而使得模型无法高效运行。因此，这就需要对该模型空间的比例尺作出合理规定。在本模型中，我们设定其比例尺为1∶100，表示一个方格（正方形）的边长为100 m。这样，每一个地块的面积为10 000 m2，而平面坐标的原点则设置于“世界”的中心，并将抽象城市空间模型的CBD也置于坐标原点，这样将大大降低输出结果的空间统计的计算量。同时，我们将x坐标和y坐标的最大值均设置为100（表示100个方格），这样整个城市土地空间模型将代表400 km2 的真实城市土地面积。

2）地块属性

当上述城市土地空间设定好后，还必须对各个地块的属性集进行设定。在本模型中，每一个地块的属性集合记为A，其包括5个子集，分别记为At、Al、Ar、Ap、Ac。受到创意产业的办公区位选择、创意工人的居住区位选择以及城市政府支持性政策和土地利用规划的影响，这些属性集的值将随着时间的推进而发生相应变化。

表5.3列出了每一个子集所代表的意义及其与模型运行之间的关系。其中第一个子集（At）是对城市地块的基本地理特征的描述。例如，在第一个子集中，有一个属性参数专门用来记录每一个地块的城郊属性（包括5个值，分别为CBD、内市区、外市区、内郊区和外郊区）。这一划分具有重要意义，这是因为在进行生成简化的城市空间模型时，城市的环城公路和农田的空间范围的确定都需要参考这一基本空间划分。此外，At还描述了每一个地块的地形地貌，例如河流、农业用地、建设用地以及山地等。根据地形地貌的不同，各地块是否能够被开发和利用则作出相应的规定。例如属于农田所在的地块则属于绝对保护的地块，任何创意企业、创意工人都不允许进入（表现为既没有办公地产开发，也没有住房地产开发），除非城市政府撤销该地块的农田属性，将其改成城市建设用地（表现为土地征用）。

表5.3　每个地块的属性集合

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续表5.3

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属性子集Al、Ar和Ap三者的总体则构成了每一个地块的区位属性集。由于创意企业和创意工人的区位选择主要参照各地块的区位优劣，因此这些属性将直接影响创意企业和创意工人的空间分布。在这三个属性子集中，Ap表示与“政府政策的引导与支持”紧密关联的属性参数；Ar则表示不同地块的价格属性（表现为办公空间的租金价格水平和住房租金的价格水平）；Al则是其他所有区位属性的总集合，主要涉及因地理要素而导致的不同地块的区位差异，其所包含的具体要素种类和数目则参考影响创意企业区位行为的8个因素以及影响创意工人区位行为的6个因素进行设定。

与此同时，每一地块所能承受的开发强度都有一个限度，因此，还必须根据具体需要设定每一个地块允许的最大开发强度，以避免过度开发。反映这一思路的属性集为Ac，其主要包括3个参数：地块允许的最大容积率④、地块允许的最大容量（容积率×地块面积）、地块的实际容量（该地块入驻企业的办公面积的总和，或者该地块入住工人的居住面积）。前文已经指出，为了简化模型计算过程，每一地块只有一种用地性质。因此，在实际模型实现过程中有如下规定：如果一个地块首先被创意企业入驻，那么该地块将不能被后来的创意工人入驻，反之亦然。如果某一地块的实际容量小于允许的最大容量，那么该地块将可以继续接受新的企业（或工人）的进入。当地块的实际容量达到其允许的最大容量后，该地块将不再接受任何新的行为主体（企业或工人）的进入。

创意产业时空过程模拟—模型环境及运行关系

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