本發(fā)明屬于土地規(guī)劃與利用領(lǐng)域，涉及了一種多城市的建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1978年改革開放以來(lái)，中國(guó)城市化率不斷攀升，截止2014年底，中國(guó)城市化率已達(dá)到54.77％。城市擴(kuò)張必然會(huì)導(dǎo)致城市周圍優(yōu)質(zhì)耕地的損失。如何在滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的條件下避免過(guò)多的耕地?fù)p失，保證土地資源可持續(xù)利用將是土地利用規(guī)劃管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。其中，準(zhǔn)確地建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)則是土地利用規(guī)劃的基礎(chǔ)與核心。

建設(shè)用地規(guī)模受經(jīng)濟(jì)、地形、人口和政策等諸多因素的影響，表現(xiàn)出不確定性、非線性和強(qiáng)干擾性的特征?；诰€性假設(shè)的傳統(tǒng)回歸分析方法無(wú)法準(zhǔn)確的表達(dá)建設(shè)用地規(guī)模與其諸多影響因子之間的關(guān)系。同時(shí)由于建設(shè)用地全面統(tǒng)計(jì)發(fā)展較晚，單個(gè)城市可獲得的歷史數(shù)據(jù)量較少，諸多非線性時(shí)間序列趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法很難得到廣泛的應(yīng)用。

因此，如何建立起多城市的建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)模型，并能夠更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)多城市的建設(shè)用地規(guī)模對(duì)土地利用與規(guī)劃至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于堆疊受限玻爾茲曼機(jī)的多城市建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

基于堆疊受限玻爾茲曼機(jī)的多城市建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

1)多城市的建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)影響因子的收集，其中影響因子包括：年末常住人口、GDP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、全社會(huì)固定資產(chǎn)、出口總額、財(cái)政總收入、地方財(cái)政收入、地方財(cái)政支出、城鄉(xiāng)居民儲(chǔ)蓄存款年末余額、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農(nóng)村居民人均純收入、貨運(yùn)量和鐵路客運(yùn)量；

2)針對(duì)第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值兩個(gè)影響因子進(jìn)行修正；

3)對(duì)多城市的建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)、年末常住人口數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、全社會(huì)固定資產(chǎn)數(shù)據(jù)、出口總額數(shù)據(jù)、財(cái)政總收入數(shù)據(jù)、地方財(cái)政收入數(shù)據(jù)、地方財(cái)政支出數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)居民儲(chǔ)蓄存款年末余額數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入數(shù)據(jù)、農(nóng)村居民人均純收入數(shù)據(jù)、貨運(yùn)量數(shù)據(jù)和鐵路客運(yùn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

4)設(shè)置屬性數(shù)據(jù)和建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)之間的延遲時(shí)間；

5)利用2層堆疊受限玻爾茲曼機(jī)建立多城市的建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)模型；

6)利用步驟3)中處理后的建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)及步驟4)中設(shè)置的延遲時(shí)間所對(duì)應(yīng)的影響因子數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)步驟5)中的模型進(jìn)行訓(xùn)練；設(shè)置第一層RBM學(xué)習(xí)速率為0.1，訓(xùn)練步數(shù)設(shè)置為100；第二層學(xué)習(xí)速率為0.5，訓(xùn)練步數(shù)設(shè)置為500；當(dāng)對(duì)RBM進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，設(shè)置相鄰兩次重構(gòu)誤差小于0.0001時(shí)，下調(diào)學(xué)習(xí)速率，當(dāng)學(xué)習(xí)速率小于0.0001時(shí)，即停止訓(xùn)練；

7)利用步驟6)中訓(xùn)練后的模型，輸入歸一化后的影響因子，即能夠得到相應(yīng)年份的多城市建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)；

在上述方案基礎(chǔ)上，各步驟可采用如下優(yōu)選方式：

所述的步驟2)中，對(duì)第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值進(jìn)行指標(biāo)修正，其修正公式如下：

式(1)中i,j,t分別代表產(chǎn)業(yè)、城市和年份；表示第t年(t＝1,2,...)第j個(gè)城市第i產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)額度；和分別表示第t年和第t-1年第j個(gè)城市第i產(chǎn)業(yè)修正值，且初值條件為e_ij^t-1為第t-1年第j個(gè)城市的i產(chǎn)業(yè)相對(duì)發(fā)展?fàn)顩r；式(2)中為i產(chǎn)業(yè)中地均產(chǎn)值最小的取值，為i產(chǎn)業(yè)中地均產(chǎn)值最大的取值；E_ij^t-1代表j城市第t-1年的i產(chǎn)業(yè)的地均產(chǎn)值取值。

所述的步驟3)中歸一化處理公式為：

x_i'＝(y_max-y_min)×(x-x_min)/(x_max-x_min)+y_min (3)

其中x_i'為i產(chǎn)業(yè)當(dāng)前變量歸一化后的值；x為i產(chǎn)業(yè)當(dāng)前變量歸一化前的值；x_min代表當(dāng)前變量的最小值，x_max代表當(dāng)前變量的最大值；y_max取值為1，y_min取值為0。

所述的預(yù)測(cè)模型中第一層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為8，第二層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4。

所述的步驟6)中模型的具體訓(xùn)練公式為：

其中參數(shù)r_j～Bernoulli(p) (6)

其中，v_i代表可視層的節(jié)點(diǎn)取值，h_j代表隱藏層的節(jié)點(diǎn)取值；σ是sigmod函數(shù)；p為隨機(jī)隱藏隱層節(jié)點(diǎn)的比例，取值為0.5；W_ij為可視層和隱藏層之間的邊的權(quán)重，b_j和a_i分別為可視層和隱藏層的偏置，n為訓(xùn)練總步數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：采用了多城市的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)修正方法，建立了多城市的建設(shè)用地規(guī)模統(tǒng)一預(yù)測(cè)模型，有效改善了單個(gè)城市建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)量小的問(wèn)題。設(shè)計(jì)了面向連續(xù)型數(shù)據(jù)的受限玻爾茲曼機(jī)訓(xùn)練方法，改善了模型在處理連續(xù)型數(shù)據(jù)容易發(fā)生過(guò)擬合的問(wèn)題，提高了模型預(yù)測(cè)精度。

附圖說(shuō)明

圖1基于堆疊受限玻爾茲曼機(jī)的多城市建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)模型；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。

基于堆疊受限玻爾茲曼機(jī)的多城市建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

1)本實(shí)施例收集了杭州市、寧波市、嘉興市、金華市、溫州市、麗水市、舟山市及臺(tái)州市2008年至2013年的建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)，并在浙江省2009至2014年統(tǒng)計(jì)年鑒中收集了年末常住人口數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、全社會(huì)固定資產(chǎn)數(shù)據(jù)、出口總額數(shù)據(jù)、財(cái)政總收入數(shù)據(jù)、地方財(cái)政收入數(shù)據(jù)、地方財(cái)政支出數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)居民儲(chǔ)蓄存款年末余額數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入數(shù)據(jù)、農(nóng)村居民人均純收入數(shù)據(jù)、貨運(yùn)量數(shù)據(jù)、鐵路客運(yùn)量數(shù)據(jù)。

2)針對(duì)第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值兩個(gè)影響因子進(jìn)行修正，其修正公式如下：

式(1)中i,j,t分別代表產(chǎn)業(yè)、城市和年份；表示第t年(t＝1,2,...)第j個(gè)城市第i產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)額度；和分別表示第t年和第t-1年第j個(gè)城市第i產(chǎn)業(yè)修正值，且初值條件為e_ij^t-1為第t-1年第j個(gè)城市的i產(chǎn)業(yè)相對(duì)發(fā)展?fàn)顩r；式(2)中為i產(chǎn)業(yè)中地均產(chǎn)值最小的取值，為i產(chǎn)業(yè)中地均產(chǎn)值最大的取值；E_ij^t-1代表j城市第t-1年的i產(chǎn)業(yè)的地均產(chǎn)值取值。

3)對(duì)多城市的建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)、年末常住人口數(shù)據(jù)、GDP數(shù)據(jù)、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)、全社會(huì)固定資產(chǎn)數(shù)據(jù)、出口總額數(shù)據(jù)、財(cái)政總收入數(shù)據(jù)、地方財(cái)政收入數(shù)據(jù)、地方財(cái)政支出數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)居民儲(chǔ)蓄存款年末余額數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入數(shù)據(jù)、農(nóng)村居民人均純收入數(shù)據(jù)、貨運(yùn)量數(shù)據(jù)和鐵路客運(yùn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；歸一化處理公式為：

x_i'＝(y_max-y_min)×(x-x_min)/(x_max-x_min)+y_min (3)

其中x_i'為i產(chǎn)業(yè)當(dāng)前變量歸一化后的值；x為i產(chǎn)業(yè)當(dāng)前變量歸一化后的值；x_min代表當(dāng)前變量的最小值，x_max代表當(dāng)前變量的最大值；y_max取值為1，y_min取值為0。

4)設(shè)置屬性數(shù)據(jù)和建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)之間的延遲時(shí)間。

5)利用2層堆疊受限玻爾茲曼機(jī)建立多城市的建設(shè)用地規(guī)模預(yù)測(cè)模型(如圖1所示)。本實(shí)施例中預(yù)測(cè)模型中第一層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為8，第二層的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為4。

6)多城市建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)具有連續(xù)性的特征，為了使模型適用于連續(xù)型數(shù)據(jù)，同時(shí)為了改善過(guò)擬合現(xiàn)象，取消了受限玻爾茲曼機(jī)訓(xùn)練過(guò)程中二值化的部分，并加入了Dropout方法來(lái)改善模型過(guò)擬合的現(xiàn)象。因此，利用步驟3)中處理后的建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)及步驟4)中設(shè)置的延遲時(shí)間所對(duì)應(yīng)的影響因子數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)步驟5)中的模型進(jìn)行訓(xùn)練；設(shè)置第一層RBM學(xué)習(xí)速率為0.1，訓(xùn)練步數(shù)設(shè)置為100；第二層學(xué)習(xí)速率為0.5，訓(xùn)練步數(shù)設(shè)置為500；當(dāng)對(duì)RBM進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，設(shè)置相鄰兩次重構(gòu)誤差小于0.0001時(shí)，下調(diào)學(xué)習(xí)速率，當(dāng)學(xué)習(xí)速率小于0.0001時(shí)，即停止訓(xùn)練。模型的具體訓(xùn)練公式為：

其中參數(shù)r_j～Bernoulli(p) (6)

其中，v_i代表可視層的節(jié)點(diǎn)取值，h_j代表隱藏層的節(jié)點(diǎn)取值；σ是sigmod函數(shù)；p為隨機(jī)隱藏隱層節(jié)點(diǎn)的比例，取值為0.5；W_ij為可視層和隱藏層之間的邊的權(quán)重，b_j和a_i分別為可視層和隱藏層的偏置，n為訓(xùn)練總步數(shù)。

7)利用步驟6)中訓(xùn)練后的模型，輸入歸一化后的影響因子，即能夠得到相應(yīng)年份的多城市建設(shè)用地規(guī)模數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中，上述方法以浙江省8個(gè)地級(jí)市2008年至2012年的建設(shè)用地及相關(guān)屬性作為模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以2013年8個(gè)市的建設(shè)用地規(guī)模作為測(cè)試數(shù)據(jù)。研究將下一年的建設(shè)用地規(guī)模作為待預(yù)測(cè)的因變量，將本年度各個(gè)相關(guān)屬性變量作為自變量。以便達(dá)到利用本年度及以前年度所有可得數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)下一年用地的目的。為驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，實(shí)驗(yàn)利用支持向量機(jī)方法作為對(duì)比方法，不同方法預(yù)測(cè)精度結(jié)果如表1。表2展示了采用本發(fā)明提出的訓(xùn)練方法和傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法進(jìn)行對(duì)比。

表1

表2

可以得出，本發(fā)明提出的基于堆疊受限玻爾茲曼機(jī)的多城市建設(shè)用用地統(tǒng)一預(yù)測(cè)方法能夠很好的對(duì)多城市的建設(shè)用地規(guī)模進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且能夠有效的改善模型在處理原始訓(xùn)練方法在處理連續(xù)型數(shù)據(jù)容易發(fā)生過(guò)擬合的問(wèn)題。