城市流的集聚分析与模式演化.pdfVIP

中国T程热物理学会 传热传质学 学术会议论义 编0：063070 城市流的集聚分析与模式演化：Ic 周金峰柴立和’ (天津人学环境科学与丁程学院 天津300072) E-mai Tel：022 1：lhchai@tju．edu．cn 摘要：城市足区域经济发腱的中心，足人流、物流、资金流、信息流、技术流等最为集中的枢纽地区。 针对流的集聚这一最恭奉特钲．捉：【；城市化的最人流原理：一个远离’14衡的开放复杂城市系统总是ij． 找一种优化过程，使得系统在给定的约束或代价下所获得的广义城市流最人。首先。从严格的理论基 础J：给m复杂城市系统的结构臼组织和自适舟过程；j1；次，利用最人流原理和白组织特征映射网络理 论的结合从数值计算L分析城市发展模式的演化。 关键词：复杂系统最人流原理城市流模式演化．白组织特征映射网络 1 引言 城市是社会化人生产高度发展的产物，是区域经济发展的集聚中心，是人流、物流、 资金流、信息流、技术流等最为集中的枢纽地区，通过精细的专业分：J：和发达的横向协 作，把各个地区连接成富有生命力的有机整体。 城市、城市群吸引了人量的专家、学者的注意力，取得了很多突出成果，对城市的 结构和功能、。城市形成过程、区域经济、产业集群有了深入的认识【11。近年米随着复杂 性科学研究的出现，人们尝试把城市作为复杂系统进行研究，提出了一系列新概念：城 市是一个具有典型的分形结构的复杂系统；城市的形成过程，是一个非平衡相变过程； 同时，城市的演化发展具有白组织特型}31。这些研究无疑是城市理论基础研究的重要 突破，但由丁城市系统的极度复杂性，在机理层面上对城市化的分析还有待深化。 我们认为，城市是一个远离平衡的开放的复杂系统，城市的发展与城市以外的区域 紧密联系，这些联系土要是通过人流、物流、资金流、信息流、技术流等形式来实现。 各种流在空间上的集聚，是城市的一个基本特征，流的集聚过程服从一定的白然规律， 其本质上是_个优化过程。从城市系统中各种流的复杂流动动力学角度出发发展出一套 新的描述方法是非常必要的。本文中，．我们采用建立在非平衡统计力学基础上的最人流 原理【4-6】对城市、城市群的形成和演化机理进行分析。 2 理论分析：城市发展的最大流原理 2．1理论基础：非线性非平衡统计． 为了便丁．理论分析，我们将人流、物流、资金流、信息流、技术流等统一抽象定义 为J．义城市流，简称城市流；将各个局部区域空间定义为城市系统的组元，根据所研究 的内容，组元可以是不同尺度上的地理区域。系统中各地理区域的相互作川可以产生出 复杂的结构或形态。城市形成和发展过程，是社会系统中的地理I又：域在对输入的城市流 进行竞争，进行优胜劣汰的过程。在激烈的竞争中IlJ‘据优势的组元得到发展。由丁地理 区域的复杂性及其系统所处环境的多变性，影响冈素众多，而且影响冈素之间相且耦合， 这造成系统具有极高的甚至无穷维的白由度。利川现有的理论处理城市这样的复杂系统 还有相当的困难，卜．面，我们从一个新的理论角度分析城市系统。 +奉叫究接受国家自然科学特会资助(No 89l 设定任意一个由甩个子功能系统组成的复杂开放城市系统，组元之间具有复杂的1卜 线性相互作Hj，它们处丁．复杂多变的环境中。设每个子系统的驱动力，即从环境获得城 市流的动力或原冈，可以表示为z=0，，X^…，％)。设t时刻系统状态处丁．体积单元反时获 得的城市流是／，则所有可能的微观态所获得的平均城市流是 ／=Ip(x，t)J(p)dx (1) 各组元之间的耦合住决定特定城市系统中行为的性质时起着一种重要的作．}}j，耦合 常常是通过载丁．城市区域空间网络结点之间连接上的“流”米实现的。J“义上讲，“流” 就是一种耦合，“流”的概念可理解为联系着