基于神经网络模型的城镇建设用地扩张预测.doc

基于神经网络模型的城镇建设用地扩张预测 乐立，张杭杭 （都匀市国土资源局，贵州黔南558004） 摘要：城镇建设用地扩张是基于社会经济发展的客观条件与政府规划决策的主观条件共同作用的结果。以贵州省都匀市为例。根据都匀市xxxx年土地利用变化情况，总结了都匀市城镇建设用地扩张规律，运用灰色模型与神经网络相结合的方法，并依据都匀市城市总体规划与重大工程建设，对都匀市未来城镇建设用地扩张方向与规模进行了预测。 关键字：神经网络；城镇建设用地；GIS；规划 ：F292：A：（15）0743 ：1558 作者简介：乐立（8），男（布依族），贵州罗甸人，硕士研究生，工程师，研究方向：国土资源勘测规划。 土地资源作为一种极其重要的稀缺资源，是社会经济与人民生活的主要载体。近年来，随着我国经济发展与城镇化进程的迅速发展，城镇建设用地扩张速度逐年提高，已经成为影响我国国土安全的重要因素1。 基于土地利用的变化规律，对城镇建设用地扩张规模与方向进行预测已经成为地理学与城市规划等多个学科的研究热点，尤其是随着国土数据库的建立与遥感影像数据的更新，为其研究精度提供了更好的数据支撑。灰色模型与神经网络模型作为城镇建设用地扩张研究方法中最主要的两种数学模型，得到了广泛应用23。 灰色模型以其较少的信息需求量，便捷的运算速度，同时能够更好的适应原始数据的不规律性与随机性，被广泛应用到城镇建设用地规模预测中。灰色模型与神经网络模型相结合，能够克服灰色模型的误差，更好的适应国土数据中非线性规律，建立基于土地利用变化数据的复杂模型关系。 本文以贵州省都匀市为例，运用灰色模型与神经网络相结合的方法，对都匀市未来城镇建设用地扩张方向与规模进行了预测。 研究区概况 .1地理区位 都匀市位于贵州省南部偏东地区。东西宽64km，南北长63km，总面积228530hm2。都匀市优越的区位，便捷的交通，使都匀形成了得天独厚的发展环境，是黔南地区难得的投资宝地。 都匀市位于贵州高原东南斜坡、苗岭山脉南侧。地貌为黔中高原向黔南倾斜的过度地带，地势北部和西部高、南部和东部低，高差较为明显，在山地和河谷之间分布有小盆地和小平原。以山地为主，占总面积的82.83%，丘陵面积占13.51%，盆地面积占3.66%。 .2土地利用变化情况 都匀市土地总面积约228530hm2。从xxxx年土地利用统计数据来看，各类土地变化不大，耕地、园地、草地与建设用地略有增加，其他土地略有减少。 都匀市xxxx年土地利用变化见表1，主要土地利用类型变化情况见表2。 从表1、表2可以看出，都匀市城镇建设用地扩张规模最大，4年间增长率高达35.30%，农村建设用地与河流水面减少较大，减少比例均超过10%。 因此，都匀市近几年城镇建设用地已经进入快速增长的模式，且对河流水面占用量最大；农村居民点取得一定成绩，耕地得到保障，林地面积减少相对较少。 .3都匀市用地概况 截至xx年，都匀市主城区城镇建设用地2048hm2，人均建设用地面积93.1m2。其中居住用地656.298hm2，占总城市建设用地的32.05%；工业用地467.818hm2，占城市建设用地的22.84%。 从建设用地分布来看，主要呈现沿河流与山谷平原呈现南部分布，空间形态较为狭长。且主城区建设用地比重大，对周边地区带动能力有限。 2都匀市城镇建设用地扩展预测 2.1数据统计 本次研究数据均国土部门土地利用统计数据，具有高精度与权威性，为城镇建设用地规模预测提供精确真实的数据基础。 xxxx年都匀市城镇建设用地面积统计见表3。 2.2灰色模型预测 利用GM(1，1）模型在SPSS中对城镇建设用地数据进行预测。本研究相对误差绝对值的平均值为-63.51，相对误差为-2.83%，误差较大。 GM（1，1）预测结果见表4。 .3灰色神经网络模型预测 神经网络模型较为复杂，采用MATLAB软件进行模型运算。首先将灰色预测数据进行归一化处理，输入神经网络模型。网络的训练函数设置为traingdm，第一层的传递函数设置为tansig函数，第二层的传递函数设置为purelin函数，训练周期设置为50，初始学习效率为005，学习动量0.9，样本的期望误差为0.0016。 灰色神经网络预测结果见表5。 通过运用灰色神经网络模型对城镇建设用地预测结果进行的分析，可以看出绝对误差控制在8.55公顷，相对误差控制在0.25%。 .4预测结果 以xxxx年城镇建设用地作为基础，利用 灰色神经网络模型作为预测模型，计算2020年都匀市城镇建设用地面积约3468.36hm2。 城市扩张方向预测 .1城市用地适宜性分析 预测城市扩张方向，确定可利用土地是前提。 城市用地适宜性分析采用GIS技术，选取4大类共计9个影响因子，评价都匀市最适宜城镇建设用地分布的地区。 城市用地适宜性评价因子见表6。 利用ArcGIS软件对9个因子进行分类与叠加，共形成6个图层。 因子叠加分析见图1。 通过叠加分析，得到的都匀市城市用地适宜性评价见图2。 3.2政策影响分析 都匀市已建旧城区位于剑江两侧较平坦的河谷地带，现状已建设用地为1322hm2。城镇建设用地现状南北狭长约10km，东西较窄约1.53.5km。 根据都匀市土地利用总体规划，都匀市城市建设区将依托现状城区重点向东发展，沿剑江-马尾河、城际轨道扩展城市空间，形成一江带两城的整体城市空间发展架构，在此城市架构之下，形成4中心8节点的空间结构。 3.3扩张方向预测 通过用地适宜性评价结果，得出在现状城区片区周边的可利用地为4960hm2（统计结果中包含水域面积）。 新增建设用地主要分为两类：已建设用地外围的大面积新增用地和位于城区内部及周边的小面积可用地块。由于位于城区内部及周边的小面积可用地块在工程上比较好利用，因此在主城区周边主要选取大面积新增场地共计1499hm2。 4总结 本研究主要采用了基于数学模型的城镇建设用地规模预测以及基于GIS技术的城镇建设用地扩张方向预测。 通过灰色神经网络模型预测，可以较为精准的对建设用地规模的扩张进行数学统计，对未来建设用地的规模进行合理预测。 GIS以其强大的空间分析能力，能够对未来城镇建设用地可扩张地区进行评价，在空间与方向性方面对城镇建设用地扩张提供规划依据。 相对空间与规模预测，方向性预测的依据较弱。由于城市发展受到政策与社会经济发展的影响较大，因此不确定性较高，对自然状态下的城市扩张具有一定的合理性。未来应当加强经济地理在城市扩张方面的应用研究，更好的为城镇建设用地可扩张的合理性与科学性进行预测，指导社会经济与空间各项规划的合理制定。 参考文献 1曹蕾，钟菲，章明，等.基于灰色BP神经网络的重庆市城镇建设用地规模预测J.江西农业学报，xx，23（8）：188189. 2苏晟城市土地储备存在的问题与对策研究D西安：西安建筑科技大学，xx 3陈晓军，张建利城市化进程中城市土地需求预测研究J陕西师范大学学报：自然科学版，xx，36（3）：9296 4邓聚龙灰色系统基本方法M武汉：华中理工