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(jì)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(gè)多維復(fù)雜的研究方案，它在我國(guó)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(gè)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(guó)在城市生態(tài)規(guī)劃的實(shí)施過(guò)程當(dāng)中，借鑒了國(guó)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(guó)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(duì)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(lái)的中國(guó)是城市的中國(guó)，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(jì)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(jìng)爭(zhēng)力，滿足市民多元化生活需求，保障我國(guó)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(jì)領(lǐng)域急需研究的重大課題。

技術(shù)實(shí)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(jì)智能本體模型構(gòu)建方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種城市規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)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(gè)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(gè)行為元在時(shí)序上的關(guān)系。

所述兩個(gè)行為元在時(shí)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(jì)智能本體模型，引入本體模型這一概念，針對(duì)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(jìng)爭(zhēng)力。

附圖說(shuō)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(shí)模型示意圖；

圖4為兩個(gè)城市行為元之間關(guān)系示意圖；

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

具體實(shí)施方式

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

在城市規(guī)劃方案的設(shè)計(jì)中，首要目標(biāo)是建立一個(gè)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)知識(shí)本體模型，這個(gè)規(guī)劃設(shè)計(jì)知識(shí)本體，是一個(gè)三維本體模型，包含城市規(guī)劃的三個(gè)方面：城市功能、城市行為和城市結(jié)構(gòu)。這個(gè)知識(shí)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(jì)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(jì)的一個(gè)基本設(shè)計(jì)要素，也是城市規(guī)劃設(shè)計(jì)知識(shí)本體模型的基礎(chǔ)。這個(gè)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)知識(shí)本體模型是一個(gè)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(jì)智能本體模型，針對(duì)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(guó)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(lì)時(shí)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(shí)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(gè)相對(duì)的金字塔，每一個(gè)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(wàn)別。在每一時(shí)刻都有一種需要占主導(dǎo)地位，其他的需要?jiǎng)t暫時(shí)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(shí)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(gè)人對(duì)這五個(gè)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(dòng)態(tài)變化的，每一個(gè)需求可以表示為線性函數(shù)。每一個(gè)因素的變化都影響著人的多維需求值，這個(gè)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(shí)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(huì)生活中為了保證人身以及財(cái)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(huì)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(shí)現(xiàn)行為是指人群在社會(huì)生活過(guò)程中解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自我價(jià)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(shí)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(gè)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(dòng)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(gòu)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(lè)活動(dòng)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(duì)市民的正常生活提供堅(jiān)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(tái)、報(bào)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(gè)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(jí)政府部門和醫(yī)院等的一種布局。不同的布局對(duì)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(shí)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(dòng)作或過(guò)程，是結(jié)構(gòu)或者預(yù)期結(jié)構(gòu)可派生出的屬性。可以看出，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(duì)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(dòng)。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(chǎng)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(gè)人居住的遷移等，城市的結(jié)構(gòu)通過(guò)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(jì)所依據(jù)的本體知識(shí)表現(xiàn)為城市的三個(gè)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(shí)模型。在城市結(jié)構(gòu)的FBS元知識(shí)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(shí)模型如圖3所示。

在FBS元知識(shí)模型中，城市具有很多功能，這些功能組成一個(gè)功能集，每個(gè)城市功能可以由一個(gè)或多個(gè)城市結(jié)構(gòu)通過(guò)行為來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)城市結(jié)構(gòu)可以由一個(gè)或多個(gè)子結(jié)構(gòu)和子系統(tǒng)組成，每個(gè)結(jié)構(gòu)可以映射到一個(gè)或多個(gè)城市行為，一個(gè)城市結(jié)構(gòu)映射的多個(gè)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(dòng)力，城市結(jié)構(gòu)是實(shí)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(dòng)作或?qū)傩?。任意城市?guī)劃在某一時(shí)刻的方案都可用三元組(F,B,S)表達(dá)。城市功能的實(shí)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(guò)程中，城市的行為元以特定的方式排列組合，按照特定的時(shí)間順序和空間順序改變城市的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，實(shí)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(gè)行為元在時(shí)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?yàn)槌鞘行袨樵g存在時(shí)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(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，但該城市功能并不是只能通過(guò)B^f一個(gè)城市行為流實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)其它的城市行為流實(shí)現(xiàn)。

由于城市功能具有可分解性，城市功能經(jīng)過(guò)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(guò)映射可以得到是城市功能元解。城市功能元之間的時(shí)序關(guān)系通過(guò)映射過(guò)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(shí)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(guò)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(lái)，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(duì)以上提到的城市各個(gè)模塊中的各個(gè)部分根據(jù)本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型建模，最后通過(guò)FBS模型尋求最優(yōu)城市規(guī)劃方案。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)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(duì)上述實(shí)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(shí)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。