一种基于多智能体的规划模拟设计方法

本发明涉及城市规划，具体涉及一种基于多智能体的规划模拟设计方法。

背景技术：

1、传统规划设计极度依赖于规划师个人的经验、知识与创作理念，这无疑需要大量的时间人力和物力。随着计算机科学的进步与复杂科学理论的发展，传统规划设计不断受到冲击。因此，如何将城乡规划法规、设计规范和行业知识，借助智能模拟技术转换为计算机系统易识别、可理解执行的模型方法进而自动生成规划方案实现智能设计，是当前规划行业面临的新机遇。

2、现有研究主要包括形状语法、空间句法、l系统、元胞自动机和群体智能等常用方法用于规划方案智能生成，这些方法各有特点、适用于解决特定问题，但没有一种方法可以满足所有需求。规划要素(如建筑)的模拟设计多数研究选择以抽象的几何符号代表不同类型的实物，这些抽象的几何图形能够简化计算机程序的运算，模拟生成的方案仅能一定程度上供规划设计参考借鉴；现有规划模拟中会考虑少量有限的设计规则，如主要考虑建筑等要素的间距规则和拓扑关系规则；现有研究通常考虑等间距、平均间距或日照间距等间距规则进行控制，考虑邻近规划要素的拓扑关系进行移动或避让。可以看出，这些规则一般以概括性的规则为主，而缺少结合当下规划技术标准的要求进行，其科学性和实用性有待商榷。此外，智能体系统与规划生成的研究是近年新兴方向，现有研究的规则设置均使用粗略值表达，而较少嵌入真实的规划准则、要素几何图形和空间占位进行模拟，离规划设计实际应用仍有较大的差距。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多智能体的规划模拟设计方法，该方法能够根据规划设计需求，将城乡规划设计规范(特别是居住区)中关键的管控指标融入到智能体模拟规则中，根据输入场地和约束信息智能体自动模拟生成符合要求的规划方案。并基于真实规划准则和真实建筑布局案例进行验证，以期完成规划方案的自动设计生成。

2、一种基于多智能体的规划模拟设计方法，包括：

3、获取目标城市规划需求和目标城市规划约束条件；

4、构建目标城市模型；

5、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案。

6、构建目标城市模型包括：

7、定义建筑智能体的类型、户型、层高、层数；

8、生成的建筑智能体数量build_num：

9、

10、max_build_area＝far_max×s地

11、one_build_area＝s基底×floor_num

12、

13、式中，max_build_area为最大建筑面积，one_build_area为单栋建筑面积，far_max为最大容积率，s地为地块面积，s基底为建筑基底面积，floor_num为单栋建筑楼层数量，height_limit为建筑限高，floor_height为楼层限高。

14、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括根据相交判别规则规划城市，具体为：

15、输入建筑基底，设置初始规划控制指标及参数，在范围内，完成每个建筑智能体初始化布局；

16、遍历每一个建筑智能体，判断当前建筑智能体与多个建筑智能体是否相交，若相交则标记第一相交区域；

17、判断当前建筑智能体与多个建筑智能体缓冲区是否相交，若相交则标记第二相交区域。

18、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括根据避让规则规划城市，具体为：

19、输入场地边界，遍历每一个建筑智能体，判断当前建筑智能体与场地边界相交的面积是否等于当前建筑智能体的面积；

20、计算当前智能建筑体出界范围的面积，根据当前智能建筑体出界的面积，计算当前智能建筑体向场地中心移动的距离；

21、当缓冲区发生出界时，不执行移动避让规则；

22、输入目标城市内现有要素，遍历每一个建筑智能体，判断当前建筑智能体与目标城市内现有要素是否相交，若相交获得第三相交区域；

23、根据第三相交区域的面积，计算当前智能建筑体移动的距离。

24、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括根据移动规则规划城市，具体为：

25、判断当前建筑智能体需要调整位置时，执行移动规则：

26、获取第一、第二、第三相交区域中的现有要素的相交中心点，计算当前建筑智能体位置到现有要素相交的中心点的向量，根据每个到现有要素相交的中心点的向量计算总移动动量；

27、根据总移动动量更新当前建筑智能体的位置。

28、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括根据变形规则规划城市，具体为：

29、当每个建筑智能体调整位置后仍有相交情况时，执行变形规则，改变智能建筑体的面积：

30、设置迭代次数，当迭代次数超过第一预设值时，程序仍未完成布局，则触发变形规则；

31、读取具有相交情况时相交面积最大的建筑智能体的长宽比，在模型库中选取建筑面积相同情况下长宽比更小的建筑智能体替换相交面积最大的建筑智能体。

32、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括根据剔除规则规划城市，具体为：

33、在执行变形规则后，仍不能满足排布间距要求，则执行剔除规则：

34、减少楼层数量，降低建筑智能体的高度，收缩缓冲区：当迭代次数超过第二预设值，并且减少一层后建筑智能体楼层数量仍大于由期望最小容积率算出的楼层数时，则对所有建筑智能体的楼层数量减1，即同时满足以下两种情况时，则对智能体的楼层数量减1：

35、

36、当程序继续迭代，建筑智能体之间仍存在相交情况，则剔除具有存在相交面积最多的建筑智能体。

37、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括生成公共设施，具体为：

38、计算居住建筑智能体相应的人口规模数量；

39、根据人口规模数量配置公共设施：

40、人口规模＝居住型智能建筑体×户均人口数

41、

42、

43、绿地面积＝绿化率×地块面积

44、生成停车位：

45、

46、生成道路：计算每个智能建筑体与相邻的智能建筑体的中心点的距离d，根据判断是否对道路进行融合，即：

47、if d＞avg_d，道路保持不变；

48、if d≤avg_d，道路进行融合；

49、对距离过近的道路融合，保留主要路网，完成道路生成。

50、根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案包括根据舒适度规则规划城市，具体为：

51、采用风环境分析插件分析目标城市的风环境特点，得到目标城市中各季节的主要风向和风速情况；

52、根据风向指标优化智能建筑体的朝向；

53、根据风速指标优化智能建筑体的高度和智能建筑体的间距。

54、一种基于多智能体的规划模拟设计系统，包括：

55、数据采集模块，用于获取目标城市规划需求和目标城市规划约束条件；

56、模型生成模块，用于构建目标城市模型；

57、城市规划模块，用于根据目标城市规划需求和目标城市规划约束条件对目标城市模型进行城市规划，得到目标城市规划方案。

58、本发明基于多智能体的规划模拟设计方法，使用多智能体系统的方法，构建规划要素智能体，将现实规划中所涉及的控制指标和规划准则融入到智能体交互规则中，更贴近实际的规划准则交互工作，高效生成符合要求的规划方案，提升规划方案自动生成的自动化水平。