地理空间分析综合应用
刘敏, 张林, 秦雅静, 李亚涛, 曾凯, 陈鑫, 项广鑫, 梁翔旻, 李家宝
【目的】乡村广场作为广大乡村地区公共服务设施的重要组成部分,在规划建设中存在布局不合理、尺度过大、违法占用耕地等突出问题。目前乡村广场的选址布局研究大多仅关注其布局原则和策略,亟需构建一套科学合理的乡村广场选址布局模型及优化求解方法。【方法】本文基于经典的CFLP模型,构建了包含总旅行成本、远距离旅行成本及建设成本等因素的 3个目标函数,以及有效覆盖率、乡村广场面积、人均广场占有面积等5个约束条件的多目标优化选址数学模型,该模型具有非线性、非凸的含复杂空间耦合特征。为提高局部搜索性能和收敛性,本文对NSGA-Ⅱ算法在初始值的设置、邻域变异算子设计以及混合精英策略等方面进行了优化改进,形成了兼具全局搜索和局部搜索,并实现快速收敛的NSGA-II-N多目标优化求解模型。【结果】通过湘阴县大中村乡村广场规划布局的实例验证,对比分析了不同选址数量下全局解集中对应的有效覆盖率、总旅行成本、远距离旅行成本、建设成本等目标参数之间的相关关系;其中有效覆盖率与总旅行成本之间基本呈线性相关,总旅行成本越高,有效覆盖率越低,确定系数(R2)为0.739;有效覆盖率与建设成本之间表现为近似对数相关性,确定系数(R2)高达0.789,表现为前期加大建设投入、增加广场数量可以快速提升有效覆盖率,但后期继续增加建设投入、增加广场数量对有效覆盖率的提升效果有限;远距离旅行成本与有效覆盖率整体上呈负相关,当新增乡村广场数量为低于10处时,远距离旅行成本显著增大,部分方案超过125 km。通过与NSGA-II、NSGA-III等模型对比发现,NSGA-II-N模型的建设成本中位数仅为76.98,IQR仅为12.13,显著低于NSGA-II、NSGA-III、SPEA2模型,解集显著集中且收敛;在解的多样性方面,NSGA-II-N优于MOEA/D模型。由于NSGA-II-N模型同时兼顾了多个目标,其优化结果在保持对应经典区位问题的优化参数相当的效果同时,对其他参数的优化效果上明显优于对应的经典区位问题。【结论】 NSGA-II-N模型能够有效地平衡建设成本、运行效率与公平性指标,实现了建设成本、总旅行成本、远距离旅行成本以及有效覆盖率等多个因素综合优化,为乡村广场及其他公共服务设施的选址布局提供了科学依据。