基于公路的乡村聚落演化预测方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及乡村规划技术领域，尤其是一种基于公路的乡村聚落演化预测方法、装置、设备及介质。

背景技术

乡村聚落是居民生产、生活和社交的场所，是乡村规划建设的基本单元。乡村聚落的形成体现了居民顺应或改造地域环境的集体建设行为，并固化为农户房屋、庭院、牛棚、马厩等人工地物。早期的乡村聚落分布依赖于土地质量、气候水文适宜性等自然条件，随着乡村交通基础设施不断完善，便捷交通条件所带来的较低的生活成本、多样的营生机会以及良好的公共服务成为乡村空间重构的关键因素。

因此，以公路作为主控因子对乡村聚落演化的研究具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于公路的乡村聚落演化预测方法，提高了乡村聚落演化预测的准确性。

第一方面，本发明提供了一种基于公路的乡村聚落演化预测方法，包括步骤：

S1，获取乡村聚落的建成区的数据和道路的数据；所述道路包括临近乡村聚落的对外连通硬化公路；

S2，基于所述建成区的数据和所述道路的数据，根据预设的乡村聚落建设规模增长函数预测所述乡村聚落的演化模式。

优选地，所述预设的乡村聚落建设规模增长函数如下：

其中，C表示建设规模增长程度，r表示建成区到道路的欧式距离，D表示建设规模的最大百分比，T表示道路影响下建设规模快速增长的空间范围。

优选地，所述步骤S2具体包括：

根据所述乡村聚落建设规模增长函数计算乡村聚落建设规模增长率，获取乡村聚落建设规模最快增加点；

根据所述乡村聚落建设规模增长率计算乡村聚落建设规模增长速度的极值和乡村聚落建设规模下降速度的极值；

基于所述最快增加点、所述增长速度的极值和所述下降速度的极值将所述乡村聚落进行区域划分；

根据区域划分结果预测所述乡村聚落的演化模式。

优选地，所述区域划分结果包括界面区、腹地和边缘区；所述界面区与所述道路的欧式距离最小；所述边缘区与所述道路的欧式距离最大。

优选地，所述演化模式包括近路扩展模式；所述近路扩展模式包括界面区规模比例上升、腹地和边缘区规模比例下降。

优选地，所述演化模式还包括外围挤压模式；所述外围挤压模式包括界面区规模比例下降、腹地和边缘区规模比例上升。

第二方面，本发明提供了一种基于公路的乡村聚落演化预测装置，包括：

获取模块，用于获取乡村聚落的建成区的数据和道路的数据；所述道路包括临近乡村聚落的对外连通硬化公路；

预测模块，用于基于所述建成区的数据和所述道路的数据，根据预设的乡村聚落建设规模增长函数预测所述乡村聚落的演化模式。

第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现第一方面所述方法的步骤。

本发明的有益效果为：

基于建设规模增长情况来测度乡村聚落空间演化机理，可以弥补在宏观研究中的特征泛化与差异性模糊，以道路作为主控因子，更好地解释了道路影响聚落建设的空间过程，提高了对乡村聚落单元的演变类型预测的准确性，能够为乡村建设边界划定与人居环境治理提供指导。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例基于公路的乡村聚落演化预测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例基于公路的乡村聚落演化预测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例计算机设备的硬件架构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参见图1，本发明实施例提供了一种基于公路的乡村聚落演化预测方法，包括步骤：

S1，获取乡村聚落的建成区的数据和道路的数据；道路包括临近乡村聚落的对外连通硬化公路；

S2，基于建成区的数据和道路的数据，根据预设的乡村聚落建设规模增长函数预测乡村聚落的演化模式。

获取乡村聚落的建成区的数据具体包括：

获取google earth下载的空间分辨率为0.5米的高清遥感影像；

对高清遥感影像进行几何校正、地理配准和调整大小等预处理；

对预处理后的数据进行人工识别，得到建成区的数据。其中，建成区的数据不包括远离连续区域的孤立地物。

乡村聚落是由建筑、院坝、圈舍等基本的生产生活场所构成的人居环境，各功能性的空间地物反应了村民建设行为。在本实施例中，将建筑、院坝、圈舍等地物作为乡村聚落的物质载体，即建成区的数据包括建筑、院坝、圈舍等地物。

公路是西部地区乡村道路交通的主要载体，在本实施例中，道路是指临近乡村聚落的对外连通硬化公路，不包括聚落内部的组团路或入户路。道路的数据是基于百度地图进行获取并参考对应时期的卫星影像图进行核实修正的。

其中，预设的乡村聚落建设规模增长函数如下：

其中，C表示建设规模增长程度，C值越大说明受道路影响建设规模增加剧烈，增长曲线越陡峭，反之越平滑；r表示建成区到道路的欧式距离，D表示建设规模的最大百分比，T是函数曲线凹函数与凸函数的分界点，为规模增量由增到减的临界点，表示道路影响下建设规模快速增长的空间范围。

在本实施例中，将建筑、庭院、圈舍等矢量地物转换为1m×1m的单位栅格，求取聚落连续地物栅格中心到道路的欧式距离，即为建成区到道路的欧式距离。由于高原山区乡村聚落建筑物进深都在5米左右，本实施例以5米为距离间隔来描述乡村聚落规模变化情况。

步骤S2具体包括：

根据乡村聚落建设规模增长函数计算乡村聚落建设规模增长率，获取乡村聚落建设规模最快增加点；

根据乡村聚落建设规模增长率计算乡村聚落建设规模增长速度的极值和乡村聚落建设规模下降速度的极值；

基于最快增加点、增长速度的极值和下降速度的极值将乡村聚落进行区域划分；

根据区域划分结果预测乡村聚落的演化模式。

具体地，步骤S2包括：

对乡村聚落建设规模增长函数进行一阶求导，得到：

其中，f'(r)表示相差聚落建设规模增长率；通过一阶导数f'(r)找到聚落建设规模最快增加点坐标r

由于C值区间为2-3，f'(r)＞0，在[0,r]为单调递增函数；要求出f'(r)的最大值需考察f”(r)＝0所对应的r

即

为找到规模增长速度与规模下降速度的极值，则需要考察三阶导数f″′(r)＝0 时所对应的r值，即：

即

r

r

通过r

其中，演化模式包括近路扩展模式和外围挤压模式，近路扩展模式包括界面区规模比例上升、腹地和边缘区规模比例下降，外围挤压模式包括界面区规模比例下降、腹地和边缘区规模比例上升。

本发明实施例还提供了一种基于公路的乡村聚落演化预测装置，参见图2，包括：

获取模块，用于获取乡村聚落的建成区的数据和道路的数据；道路包括临近乡村聚落的对外连通硬化公路；

预测模块，用于基于建成区的数据和道路的数据，根据预设的乡村聚落建设规模增长函数预测乡村聚落的演化模式。

预设的乡村聚落建设规模增长函数如下：

其中，C表示建设规模增长程度，r表示建成区到道路的欧式距离，D表示建设规模的最大百分比，T表示道路影响下建设规模快速增长的空间范围。

预测模块具体用于：

根据乡村聚落建设规模增长函数计算乡村聚落建设规模增长率，获取乡村聚落建设规模最快增加点；

根据乡村聚落建设规模增长率计算乡村聚落建设规模增长速度的极值和乡村聚落建设规模下降速度的极值；

基于最快增加点、增长速度的极值和下降速度的极值将乡村聚落进行区域划分；

根据区域划分结果预测乡村聚落的演化模式。

区域划分结果包括界面区、腹地和边缘区；界面区与道路的欧式距离最小；边缘区与道路的欧式距离最大。

演化模式包括近路扩展模式，近路扩展模式包括界面区规模比例上升、腹地和边缘区规模比例下降。

演化模式还包括外围挤压模式，外围挤压模式包括界面区规模比例下降、腹地和边缘区规模比例上升。

在本实施例中，预测装置是基于预测方法的装置，预测装置的工作原理和工作模式与预测方法相同，在此不再进行赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，参见图3，包括输入设备、输入接口、中央处理器、存储器、输出接口和输出设备。其中，输入接口、中央处理器、存储器及输出接口通过总线相互连接，输入设备和输出设备分别通过输入接口和输出接口与总线连接，进而与设备的其他组件连接。具体地，输入设备接收来自外部的输入信息，并通过输入接口将输入信息传送到中央处理器。中央处理器基于存储器存储的计算机可执行程序代码对输入信息进行处理以生成输出信息，将输出信息临时或者永久地存储在存储器中，然后通过输出接口将输出信息传送到输出设备，输出设备将输出信息输出到设备的外部供用户使用。

本发明实施例还提供了一种存储介质，存储有以上的可执行程序代码。该可执行程序代码被处理器执行时实现上述基于公路的乡村聚落演化预测方法。本实施例中，存储介质可以是计算机能够读取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。其中，可用介质可以是磁性介质(如软盘、硬盘、磁带)、光介质(如DVD)、或者半导体介质 (如固态硬盘SSD)等。进一步地，计算机可读存储介质还可以既包括系统的内部存储单元也包括外部存储设备。计算机可读存储介质用于存储计算机程序以及系统所需的其他程序和数据。计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

在本实施例中，基于建设规模增长情况来测度乡村聚落空间演化机理，可以弥补在宏观研究中的特征泛化与差异性模糊，以道路作为主控因子，更好地解释了道路影响聚落建设的空间过程，提高了对乡村聚落单元的演变类型预测的准确性，能够为乡村建设边界划定与人居环境治理提供指导。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。