空间电力负荷预测小区用地分析(一)――模糊推理新方法和小区用地分析原理

核心提示：　　空间电力负荷预测，也称小区负荷预测，其概念最早是在1983年由美国的Wills提出，其定义为在未来电力部门的供电范围内，根据规划的城市电网电压水平不同将城市用地按照一定的原则划分为相应大小的规则的

　　空间电力负荷预测，也称小区负荷预测，其概念最早是在1983年由美国的Wills提出，其定义为在未来电力部门的供电范围内，根据规划的城市电网电压水平不同将城市用地按照一定的原则划分为相应大小的规则的（网格）或不规则的小区（可小到0.01km2），通过分析、预测规划年城市小区土地利用的特征和发展规律，来进一步预测相应小区中电力用户和负荷分布的位置、数量和产生的时间至IJ目前为止，空间电力负荷预测领域中，国内外进行小区土地使用分析的方法主要有3种：①解析的方法，即建立详细的小区土地使用模型，仿真小区土地的使用变化过程，该模型的缺点是难以处理城市改造的问题，故它不具有普遍意义，②频域分析法，即通过专家或规划人员输入各小区对各类负荷的适应性分数值，直接确定将来小区新电力用户的数量；③基于模糊逻辑的方法，即利用模糊集理论分析小区规划年的用地性质应用模糊集理论对模糊命题进行模糊推理时，是用模糊关系表示模糊条件句，这样将推理的判断过程转化为对隶属度的合成及演算过程中指出Aw（x）=（1-w）V⑷和Aw（x）=A（x）w都是蕴涵的形式采用了前一种蕴涵形式进行命题的赋权，但该方法在很大程度上掩盖了隶属度的作用，不能满足对推理前提加权的需要。本文采用后一种蕴涵形式进行命题赋权，即对合取（逻辑交）命题有Aw（x）=A（x）w，而对析取（逻辑并）命题有，（尤）=1-（1-A（x））'这里0，等式左边w表示权重，等式右边w表示乘方显然，当A（x），0，1时，它们都退化为二元命题当采用合取命题表示时，一个考虑前提赋权的了一种新的决策函数：01区间内的数值表示0表示完全不、适其中同地性质和强度其中Am是论域U1中的模糊用语，依此类推，Ai是论域Un中的模糊用语，Bi是论域V中的模糊用语Wj=n对于MISO系统中的第i条规则，可用模糊关系Ri表示为：对于多规则模糊推理，可以采用各规则分别推理，则m个命题的累积模糊关系/表示为：最终的推理结果可表示为：从以上的m个条件命题中可以看出，如果每个1，2，…，n）基本元素数目为g，并且论域V的基本元素数目为h，则论域U将有gn个组合基数，而模糊关系UXV将有gnh个组合基数假如每个基本集U/和V各有10个元素的话，则最终的关系uxv上将有10+ 1个组合，因此，需要建立的模糊关系规则数目将是巨大的，因而会出现“维数灾”

　　的现象然而，通过适当选择U1，U2，…，Un的基本元素可大大减少推理过程的计算量如果第i个命题是用析取命题表示的，则有：利用以上的模糊推理框架可以完成具有不精确的语言描述的系统的推理1.2清晰化决策方法基于以上的对前提加权的模糊推理得出的结果是一个模糊量，因而不能直接用于决策，还要采取合理的方法将模糊量转换成精确量。，隶属函数的平方可以看成新的权值，本文建立yi表示第i条规则推理结果在之间的离散值；-B.Cy'）表示对应离散点y'的隶属度；*表示清晰化的决策2小区用地分析原理小区土地利用的时间和空间的变化同城市各类土地使用者对小区的优劣性评价和适应性评价结果有密切的关系其中，优劣性的评价是指各类土地使用者对土地要求的共性部分的基本评价；适应性评价是指各类土地使用者带有其特有土地使用要求的、有针对性的特殊评价。

　　空间电力负荷预测中的小区用地分析指的是，一方面根据不同负荷类别对小区使用条件的要求，对规划期间准备开发的空地进行优劣排序和适应性评价，以确定各待开发小区被开发的次序和开发强度，进而确定电力用户产生的时间和空间位置；另一方面，要通过对城市现有土地利用状况的等级评价和规划状态下的等级评价，分析城市现状用地布局中存在的土地低效使用问题，合理确定现有用地可能发生的土地置换（如承租能力高的商业取代承租能力低的工业）和更新（如大的商业建筑取代小的商业建筑）的时间顺序和开发强度，从而为确定电力负荷的性质和发展趋势提供可靠的理论依据，提供了小区土地使用模糊决策的原理逻辑推理-清晰化-规划年~土地适应性评价逻辑推理-清晰化4 -土地Iff评价优价城市用地性质和强度的模糊推理原理图Fig.1Schematicdiagramoffuzzyreasoning 3小区空地开发一新用户预测的准则与方法3.1模糊的小区土地分类适应性评价矩阵的建立假设某个功能小区有N块待开发的地块，其可开发的土地性质有L种。每一种土地性质可以按照其适应性程度的高低划分为若干个等级（例如10个等级），根据隶属函数的定义，适应性程度可以用地，1表示完全适宜的用地，其间划分为10个子区间，每个子区间都表示相应的适应性等级由于不同的土地使用性质，其适应性评价的标准不同，因此，最终可以得到相对于不同用地性质的适应性评价矩阵，例如我们可以得到如下的NXL矩阵表示：其中ei6表示优劣程度，其值越大表示对该地块的偏好程度越高，因此它被开发的时间越早，开发的用地强度也越高3.4确定小区土地开发强度的方法地的优劣等级评价和对于不同用地性质的适应性评（Sij）（5）价，它们之间可用如下的非线性关系表示：其中s，j6表示第i个地块对第j类用地的适应性。

　　准则1对于每一类用地性质（如j类），适应性有一个最小的阈值S'如果某小区对于某类用地适应性评价的结果小于此阈值，则此地块不可能转换为此类用地性质。

　　推论1对于一个负荷为零的空地块，如果对几类用地适应性评价的结果均小于相应的阈值，则该地块保持空地的用地性质不变3.2确定小区用地性质的准则由于待开发用地向不同用地性质转换时，按价值规律，其转换目标应该是能发挥其最大效益的用地类型。由于价值的作用，不同用地性质的同一等级的用地评价，其土地使用产生的效益不可能相同，因此必须建立效益相等的分级对应图，如所示。

　　3级|4级|5级|6级|7级|8级|9级| 3级|4级|5级|6级I7级|8级|9级|10级| 5级|6级I 7级|8级|9级|1）级| 2级|级|4级|5级|6级|7级| 8级|9级不同用地性质分级价值评定图准则2如果几类用地适应性评价的等级相当（例如C1，R，I2，S），且向几类用地的转换都可能发生时，则从“优地优用”的城市规划原则出发，将该地块归为承租能力较高的用地性质的集合例如用地选择的顺序依次为C*R*>S3.3确定土地开发时间顺序的准则城市土地的开发从发挥用地的作用和效益出发，必然是好的用地使用得越早，其产生的经济价值和社会效益越高因此，根据多因素的分析和判断推断出每个小区地块的优劣顺序，就可以根据土地的需求量，确定各小区用地开发的时间顺序和开发的最可能的速度。

　　假设根据多因素的模糊逻辑关系，推断出各待开发小区的优劣等级评价矩阵元素可用间的数值表示，则优劣性的评价结果如下：从规划的实际出发，同一类型的用地，其开发强度也可分成几个等级（例如10个等级），这些等级仍然可以用区间的数值表示小区开发强度对应的数值是由小区用地的优劣性和对某种类型用地的适应性两方面的评价来确定的，可近似采用线性加权的方法，即分别确定土地优劣性和各类用地适应性的权值W1和W2，且满足如下的条件：即可确定待开发土地的负荷强度等级和发展速度。

　　4小区土地置换和更新预测的规则与方法4.1模糊的小区用地适应性评价矩阵的建立在小区土地置换和更新预测中，需要分别建立现状用地适应性评价矩阵Sc和规划年用地适应性评价矩阵So其适应性矩阵的形式和空地开发适应性评价矩阵形式相同。

　　4.2确定小区土地置换或更新的规则假设土地适应性评价值经适当转换后可反映土地的价值，即土地的价值可用适当的适应性值来表示，并假设土地的现状利用价值为Lu（x，y，t）（该值主要依靠有丰富经验的房地产专业人员评估给出），土地的现状价值评价为Lv（x，j，t），土地的规划价值为LP（x，y，t+1），其中x与j表示地块的位置坐标，t表示评价的起始时间，t+1表示规划目标年则土地的现状利用价值高于（等于）土地的现状价值和规划年的土地价值，该用地也将保持原有的用地状态不变（“>”对应于过度开发状态，“=”对应于稳定平衡状态）则土地的现状利用价值低于其规划年的土地价值，但高于其土地的现状价值，该地块初始状态将保持不变，其用地特征有可能在中间年发生改变则土地的现状利用价值低于其现状价值和规划年的土地价值，因此，其用地特征最可能发生改变。

　　0表示t时刻土地发生更新的阈值，则当AL>L⑴时，该地块C*，其中C*为可能发生用地变更的地块集合（是否发生土地置换还要根据优化土地的需求量和其他地块的优劣顺序）L（t）将根据实际规划的土地投放量近似确定4.3确定小区土地置换或更新时间的方法小区土地置换或更新时间的确定方法同空地开发时间顺序的确定原贝IJ. 4.4确定小区土地置换或更新强度的方法小区土地置换或更新强度的确定方法同空地开发强度的确定方法。

　　5结论本文提出了一种在知识不完备的情况下，计及前提重要性权重的基于模糊逻辑的近似推理和决策新方法，该方法为复杂系统的推理和决策提供了有力的工具建立了规划年城市土地开发和城市土地改造预测的基本原理。该原理充分反映了专家的推理和决策过程，为城市配电网规划人员完成规划年城市土地高分解条件下小区土地开发时间、使用性质和最佳使用强度的分析任务提供了一套系统的指导理论本文方法适合于中短期城市配电网规划的空间电力负荷预测的小区用地分析工作在本文续篇（第二部分）中将用一个实例加以说明