基于NSGA-II的多目标优化城市蓝绿空间布局以提升生态系统服务功能

《Scientific Reports》：Multi-objective optimization of urban blue-green space configuration using NSGA-II for enhanced ecosystem services

　　

摘要

全球气候变化的加剧导致城市生态环境持续恶化。科学规划蓝绿空间有助于缓解生态危机并推动城市的可持续发展。蓝绿空间的生态效益与其空间特征之间存在密切关系，通过这两个方面协同提升蓝绿空间的生态服务效率是一个亟待研究的课题。本研究整合了碳汇、降温、雨水管控和生物多样性四大生态效益目标，运用基于网格化空间决策单元的多目标优化框架来优化蓝绿空间布局。通过构建多生态效益评估体系，将该研究将生态效益评估模型与NSGA-II多目标优化算法以及熵权法相结合用于权重分配。最终得出了最优方案以及四种不同偏好下的蓝绿空间布局方案。以中国南京为案例，验证了该综合优化框架在生成能够平衡多种生态效益目标的城市蓝绿空间布局方面的适用性。研究结果表明，碳汇与降温效应存在正协同作用，而生物多样性与雨水管控效应则呈现相互制约的趋势，综合方案在各目标上的表现相对均衡。不同生态效益目标下，蓝绿空间的空间布局特征存在显著差异，在给定的约束条件、代理变量及算法设置下，多目标综合最优方案实现了相对平衡。所提出的蓝绿空间布局多目标优化方法为城市蓝绿空间规划提供了可科学量化的决策支持。