煙臺市地處山東半島東部，北面渤海，南臨黃海。作為我國首批沿海開放城市之一，改革開放后，煙臺市各縣、市充分利用國家的各項(xiàng)優(yōu)惠政策以及自身各方面的有利條件，全面推進(jìn) 現(xiàn)代 化建設(shè)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，城市化也取得了明顯進(jìn)展。

　　面對世界范圍內(nèi)的快速城市化及其對區(qū)域可持續(xù) 發(fā)展 的威脅， 社會 各界掀起了一場轟轟烈烈的城市規(guī)劃與城市增長管理的新思潮。而基于微觀動態(tài)模擬 方法 的城市增長系統(tǒng)動態(tài)模型，為城市規(guī)劃和增長管理方式的探索提供了新的工具。改革開放以來，煙臺市城市化取得了明顯進(jìn)展，但也帶來了諸多 問題 。

　　在這種背景下，開展煙臺市城市增長系統(tǒng)動態(tài)與城市規(guī)劃創(chuàng)新 研究 工作是十分必要的和迫切的。該項(xiàng)目基于遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)與 計算 機(jī)模型模擬手段，從多學(xué)科角度，實(shí)現(xiàn)對城市增長系統(tǒng)動態(tài)的模擬、預(yù)測及其環(huán)境 影響 評估，確定有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和居住家庭福利效用最大化的城市空間發(fā)展模式，并進(jìn)一步探討城市規(guī)劃與增長管理的新方法，以提高煙臺市城市化過程管理與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展決策水平，促進(jìn)煙臺市社會 經(jīng)濟(jì) 和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、健康發(fā)展。

　　1　背景-城市化與可持續(xù)發(fā)展

　　19世紀(jì)以前，全球只有百分之幾的人口居住在城市，而當(dāng)今的城市已居住了全球人口的50% 左右。隨著世界人口數(shù)量的不斷增加，城市化進(jìn)程將在全球范圍，尤其是發(fā)展 中國 家加速。我國是一個人口大國，伴隨著人口的持續(xù)增長和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口從1979年的1.7億人增加到2004年的5.4億人，城市數(shù)量從193個增加到661個，城市化水平從17.9% 提高到41.8%，年均增長0.92個百分點(diǎn)，比發(fā)達(dá)國家快了2-4倍。未來幾十年，我國的城市化過程將呈現(xiàn)出進(jìn)一步加速的趨勢。據(jù)聯(lián)合國人口基金會預(yù)測，2030年我國的城市居民將增加到9.1億，城市化水平將達(dá)到64%。

　　城市化意味著城市建設(shè)用地在空間上的擴(kuò)張，這是一個復(fù)雜的時空轉(zhuǎn)換過程，最終使得以 自然 為主的土地利用/覆蓋變成以工廠和住宅為主的人為土地利用/覆蓋，往往導(dǎo)致對各種自然過程如徑流、蒸散發(fā)過程和生態(tài)過程等的改變，帶來復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境后果，影響城市、區(qū)域甚至全球的可持續(xù)發(fā)展[1]。因此，政府管理部門需要制定確實(shí)有效的規(guī)劃和相關(guān)政策控制和引導(dǎo)城市建設(shè)用地合理擴(kuò)展。

　　2　新思潮-城市規(guī)劃與城市增長管理方式的反思

　　城市規(guī)劃，特別是城市總體規(guī)劃作為引導(dǎo)和調(diào)控城市建設(shè)，保護(hù)和管理城市空間資源的重要依據(jù)和手段，在指導(dǎo)城市有序發(fā)展、提高建設(shè)和管理水平等方面理應(yīng)發(fā)揮重要作用。但是在快速城市化背景下，我國的城市規(guī)劃并沒有起到良好的引導(dǎo)和約束作用。相反，在大部分地區(qū)，城市建設(shè)土地審批管理不嚴(yán)格和房地產(chǎn)開發(fā)過熱等現(xiàn)象，造成城市規(guī)模盲目擴(kuò)大，耕地大量流失，水資源短缺，土壤和水污染嚴(yán)重等生態(tài)環(huán)境問題，經(jīng)濟(jì)的繁榮與生態(tài)的平衡之間的矛盾日益激化。那么如何化解快速城市化導(dǎo)致的人地關(guān)系危機(jī)以及由此引發(fā)的社會問題，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)呢?國內(nèi)外社會各界，尤其是政府管理部門和城市規(guī)劃界，紛紛獻(xiàn)計獻(xiàn)策。復(fù)雜性 科學(xué) 理論 、可持續(xù)發(fā)展理念、景觀生態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)思想逐漸被引入城市規(guī)劃和政府城市管理中，從而掀起了一場轟轟烈烈的城市增長管理與城市規(guī)劃的新思潮。

　　在美國，20世紀(jì)50年代以來的城市蔓延問題使得美國民眾、規(guī)劃專家及社會各界逐漸認(rèn)識到其對環(huán)境和社會分裂的負(fù)作用，紛紛進(jìn)行反思，提出需要對城市增長進(jìn)行管理，并提出了積極的城市和社會變革方案，其中包括 目前 具有廣泛影響力的“精明增長”、“新都市主義”和“可持續(xù)發(fā)展”，從而形成一場轟轟烈烈的規(guī)劃運(yùn)動[2]。針對這些規(guī)劃思潮，美國各界探討各種增長管理的“工具”或“技術(shù)”，包括各種特殊類型的管理法規(guī)、計劃、稅收政策、行政手段、審查程序等。傳統(tǒng)的綜合規(guī)劃、分區(qū)條例、土地分割管制和基礎(chǔ)設(shè)施改造計劃是增長管理工具的四塊基石。而最為著名、 應(yīng)用 最普遍的一項(xiàng)增長管理工具要算俄勒岡州首創(chuàng)的城市增長邊界(Urban Growth Boundary, UGB)。所謂城市增長邊界就是圍繞現(xiàn)有城市劃出的 法律 界線，用于限制城市地區(qū)的增長，并作為分區(qū)管制和土地利用決策的依據(jù)。目前該方法已經(jīng)作為非常流行的工具，應(yīng)用到美國多個州及各個層面的城市規(guī)劃中。實(shí)踐證明，這些城市規(guī)劃與城市增長管理的新思潮對解決因城市蔓延而帶來的嚴(yán)重的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題，如城市低密度無序擴(kuò)張大量吞噬自然景觀和農(nóng)田資源、郊區(qū)化引起舊城中心衰落、城市內(nèi)部出現(xiàn)階層與種族分化、市政設(shè)施效率低下、 交通 擁擠及郊區(qū)缺少社區(qū)氛圍等，均有重要的支持作用[3]。

　　針對美國城市增長管理的實(shí)踐和中國城市規(guī)劃的不足，國內(nèi)學(xué)者也對傳統(tǒng)規(guī)劃理念進(jìn)行了反思與探索，提出了許多旨在促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展的城市規(guī)劃與管理的新思想。比如倡導(dǎo)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展的城市規(guī)劃，提出將城市生態(tài)規(guī)劃、城市景觀生態(tài)規(guī)劃納入?yún)^(qū)域和城市規(guī)劃之中。其中，我國學(xué)者俞孔堅(jiān)先生提出的“反規(guī)劃”(Anti-planning)理念很具有代表性。“反規(guī)劃”即城市規(guī)劃和設(shè)計應(yīng)該首先從規(guī)劃和設(shè)計不建設(shè)用地入手，而非傳統(tǒng)的建設(shè)用地規(guī)劃。“反規(guī)劃”就是規(guī)劃和設(shè)計城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，并提出城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的景觀安全格局方法。國內(nèi)外生態(tài)規(guī)劃的思想、綠地優(yōu)先的思想、景觀規(guī)劃的傳統(tǒng)都可以作為對“反規(guī)劃”概念的一種理解，但是反規(guī)劃是一種全面系統(tǒng)的空間規(guī)劃途徑，是一種基于前人豐富成果的整合，而更重要的是在中國當(dāng)下規(guī)劃方法論面臨危機(jī)的情況下提出的，以應(yīng)對急速的城市化進(jìn)程和不確定的城市空間發(fā)展[4]。浙江臺州規(guī)劃是“反規(guī)劃”的一個經(jīng)典案例，而北京目前正在實(shí)施的《北京城市總體規(guī)劃(2004-2020年)》中提出的“限建區(qū)”規(guī)劃理念也是對“反規(guī)劃”這一新規(guī)劃途徑的思考。

　　3　新工具-城市增長系統(tǒng)動態(tài)模型

　　城市規(guī)劃新方法和新增長管理方式的探索，需要建立在對城市化過程基本 規(guī)律 和城市增長系統(tǒng)動態(tài)深入理解的基礎(chǔ)之上。然而，城市增長系統(tǒng)是一個典型自組織系統(tǒng)，表現(xiàn)出非線性、突變性、自組織性等復(fù)雜性特征，使得難以用傳統(tǒng)的方法和技術(shù)進(jìn)行研究。近年來，隨著遙感、地理信息系統(tǒng)(GIS)和系統(tǒng)理論特別是復(fù)雜系統(tǒng)理論的發(fā)展，以及社會對城市增長管理和可持續(xù)發(fā)展的要求，借助遙感、GIS，從復(fù)雜性科學(xué)理論和多學(xué)科角度，利用多種微觀動態(tài)模擬方法對城市增長系統(tǒng)動態(tài)進(jìn)行模擬研究受到重視，如基于元胞自動機(jī)(Cellular Automata，CA)和多智能體系統(tǒng)(Multi-agent systems, MAS)的城市增長模型模擬。這些動態(tài)模型試圖從微觀入手，探索地理微觀空間實(shí)體之間相互作用形成宏觀地理格局的動態(tài)過程;可以對復(fù)雜的城市增長系統(tǒng)進(jìn)行模擬及調(diào)控實(shí)驗(yàn)，為城市規(guī)劃提供輔助決策依據(jù)[5]。

　　元胞自動機(jī)(CA)是一種“自下而上”的動態(tài)模擬建模框架，具有模擬地理復(fù)雜系統(tǒng)時空演化過程的能力，在城市擴(kuò)張模擬中具有巨大的優(yōu)勢。許多學(xué)者在不斷擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)CA的基礎(chǔ)上，結(jié)合分形理論、多因子評價模型、人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò) 、馬爾柯夫鏈、多智能體系統(tǒng)等模擬方法和 GIS、RS技術(shù)手段，先后對城市系統(tǒng)動態(tài)進(jìn)行了深入研究，構(gòu)建了相應(yīng)的城市擴(kuò)展CA模型，并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用研究。基于CA的城市擴(kuò)展模型可以對過去城市擴(kuò)展進(jìn)行動態(tài)模擬，并實(shí)現(xiàn)基于 歷史 發(fā)展趨勢的未來預(yù)測;產(chǎn)生優(yōu)化的城市形態(tài)和城市空間結(jié)構(gòu);進(jìn)行各種政府政策與決策的評估;與其它環(huán)境模型進(jìn)行結(jié)合，評估城市擴(kuò)展所帶來的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。這些模型對模擬結(jié)果予以空間直觀表達(dá)，使決策者能形象地看到各種可能的土地利用政策和城市管理方式造成的生態(tài)后果，從而提高決策的科學(xué)性。

　　城市擴(kuò)展CA模擬多側(cè)重自然環(huán)境因素，缺乏考慮復(fù)雜的空間決策行為及人文因素。而多主體系統(tǒng)(MAS)可以直接捕捉許多自然和人為系統(tǒng)相互作用特征和這種相互作用產(chǎn)生的復(fù)雜系統(tǒng)行為。對于城市系統(tǒng)來說，多主體模型可以用來反映城市復(fù)雜系統(tǒng)中不同的角色在影響城市和土地利用系統(tǒng)演化中所起的復(fù)雜作用。利用CA與MAS相結(jié)合，可以有效地探索多智能體與環(huán)境相互作用而導(dǎo)致城市和區(qū)域宏觀空間結(jié)構(gòu)的演化過程。通過把政府的規(guī)劃決策行為、環(huán)境經(jīng)濟(jì)資源學(xué)分配理論及可持續(xù)發(fā)展理論融合到模型中，可以方便地獲得不同的規(guī)劃情景，為城市土地資源可持續(xù)利用提供了一種有用的規(guī)劃工具[5]。

　　因此，在城市化迅速擴(kuò)張和遙感數(shù)據(jù)資料日益豐富的背景下，發(fā)展城市增長系統(tǒng)動態(tài)模型，模擬各種情景下的城市擴(kuò)展過程與空間格局，并評估潛在的生態(tài)環(huán)境影響，已經(jīng)成為當(dāng)前城市規(guī)劃者、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、生態(tài)學(xué)家和資源管理者制定可持續(xù)發(fā)展決策的重要工具。比如我們可以將城市CA模型與“反規(guī)劃”思想相結(jié)合，進(jìn)行區(qū)域生態(tài)安全格局不同級別下的城市擴(kuò)展情景模擬，提供多個城市空間發(fā)展可能方案，供規(guī)劃師加以評估、比較和選擇，從而確定較為合理的城市空間發(fā)展模式，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

　　4　應(yīng)用實(shí)踐-開展煙臺城市增長系統(tǒng)動態(tài)與城市規(guī)劃創(chuàng)新研究

　　4.1　項(xiàng)目研究的必要性和迫切性

　　到2006年，全市非農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒壤殉^45%，比1978年增加了35個百分點(diǎn)。市區(qū)建成區(qū)面積由1978年的32km2，擴(kuò)大到2004年的145km2，非農(nóng)業(yè)人口近90萬人，進(jìn)入了大城市的行列。與此同時，鄉(xiāng)鎮(zhèn) 企業(yè) 的迅速發(fā)展也促進(jìn)了 農(nóng)村 地區(qū)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，鄉(xiāng)村人口持續(xù)向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，小城鎮(zhèn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。

　　經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的同時，持續(xù)的城鎮(zhèn)擴(kuò)張和“星羅棋布”式的城市發(fā)展布局，使得煙臺市土地資源日趨緊張，水資源短缺、地下水位下降及由此引起的地面沉降、海水入侵問題更加嚴(yán)重，區(qū)域整體景觀和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量大大降低，給城鎮(zhèn)增長管理和可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測，未來一段時期，隨著地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和山東省半島城市群的建設(shè)，煙臺城市化步伐將進(jìn)一步加快，城市建設(shè)用地將持續(xù)擴(kuò)張，區(qū)域生態(tài)環(huán)境壓力將進(jìn)一步加大，急需煙臺市政府管理部門制定確實(shí)有效的規(guī)劃和管理措施，控制和引導(dǎo)城市建設(shè)用地合理擴(kuò)展。

　　然而，合理的城市空間發(fā)展戰(zhàn)略和城市增長管理政策的制定需要我們加強(qiáng)對煙臺城市區(qū)域自然環(huán)境、城市增長系統(tǒng)動態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景的理解。但是，目前，社會各界對于煙臺城市發(fā)展的研究側(cè)重在對城市化發(fā)展戰(zhàn)略的定性探討，缺乏對煙臺市城市系統(tǒng)動態(tài)和城市增長管理方法的研究，對城市賴以生存的區(qū)域自然環(huán)境和生態(tài)支持系統(tǒng)的關(guān)注還不夠。新一輪的《煙臺市城市總體規(guī)劃(2006-2020)》為我們展現(xiàn)了美好的未來，但是如何在快速的城市化過程中協(xié)調(diào)城市人口擴(kuò)張與土地資源短缺的矛盾和高密度的人口集聚與生態(tài)環(huán)境承載力的矛盾，還是值得進(jìn)一步研究的。因此，在這種背景下開展煙臺城市增長系統(tǒng)動態(tài)與城市規(guī)劃創(chuàng)新研究是十分必要的和迫切的。

　　4.2 項(xiàng)目研究目標(biāo)與意義

　　通過該項(xiàng)目研究的實(shí)施，我們可以揭示煙臺市城市系統(tǒng)空間動態(tài)發(fā)展規(guī)律，探討不同土地利用和城鎮(zhèn)發(fā)展政策對煙臺市未來城市發(fā)展格局及其生態(tài)環(huán)境的潛在影響，為煙臺市城市規(guī)劃部門、政府管理部門制定合理的城市發(fā)展規(guī)劃和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展政策提供有用的決策信息。同時，還會提升公眾對城市化及其生態(tài)環(huán)境影響的關(guān)注，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和城市生態(tài)安全意識。對于促進(jìn)煙臺市生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的協(xié)調(diào)、健康發(fā)展;對建設(shè)山東半島城市群，促進(jìn)山東半島地區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

　　主要的創(chuàng)新之處在于：

　　① 探討基于城市增長系統(tǒng)動態(tài)模型制定城市化空間發(fā)展戰(zhàn)略決策的新方法。

　　利用城市增長系統(tǒng)動態(tài)模型，結(jié)合城市規(guī)劃、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策、各種土地利用政策、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的要求，在GIS中設(shè)計多個城市發(fā)展預(yù)案，模擬不同政策和發(fā)展條件下未來城市擴(kuò)展情景。從格局、功能、過程和居民福利角度建立一套環(huán)境評價指標(biāo)體系，綜合評估不同發(fā)展情景下城市擴(kuò)展引發(fā)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，最終確定有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的城市化空間發(fā)展方向，從而為煙臺市城市化過程管理與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。

　　② 將居民的福利效用與自然資源變化、城市擴(kuò)展相聯(lián)系，測定城市擴(kuò)展背景下自然環(huán)境的變化是如何影響居住家庭的受益福利，使其能夠準(zhǔn)確而全面地評估自然資源價值，尋求可提高當(dāng)?shù)鼐幼〖彝サ母＠в玫某鞘袛U(kuò)展模式。