基于电力大数据的空心村分布智能规划模型研究_孙磊.pdf

，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期作者简介：孙磊（），男，本科，高级工程师，研究方向为网络及信息安全、大数据分析处理等；卓俊宇（），男，硕士，数据分析师，研究方向为机器学习与数据挖掘；李杏丽（），女，硕士，数据分析师，研究方向为数据分析与挖掘；石秀程（），男，本科，助理工程师，研究方向为：大数据运维、云计算；袁业（），女，硕士，助理工程师，研究方向为大数据分析与挖掘。文章编号：（）基于电力大数据的空心村分布智能规划模型研究孙磊，卓俊宇，李杏丽，石秀程，袁业（陇南市大数据管理局，甘肃，陇南 ；国网思极飞天（兰州）云数科技有限公司，甘肃，兰州 ；国网甘肃省电力公司张掖供电公司，甘肃，张掖 ；国网甘肃省电力公司检修公司，甘肃，兰州 ）摘要：当前大部分空心村集中在村落外围，大量有效土地被闲置，传统规划模型提取的空心村特征模糊，空间融合方式单一，导致存在土地利用率不高的问题。为此，设计基于电力大数据的空心村分布智能规划模型。根据地理经纬度信息和线损信息，预处理空心村空间数据。利用测地距离代替欧氏距离，根据数据集包含的簇情形，得到电力大数据。采用峰值密度算法提取电力大数据特征。在空间边界上，采用迂回曲折方式确定空心村的结构形态和建筑逻辑秩序。通过多维数组控制全局数据，构建多维超立方智能规划模型。仿真实验结果表明：在组不同智能规划模型应用下，实验组土地利用率平均值比个对照组的土地利用率平均值分别高出了 、以及 ，说明所设计模型能够有效规划空心村空间分布。关键词：电力大数据；空心村；分布状态；智能规划模型中图分类号：文献标志码：，（，；（），；，；，）：，：；引言随着社会城市化和工业化进程的不断加快，农村大量青壮年劳动力涌入城市打工，造成村庄出现“内空外延”的用地现状，不合理的农村用地方式形成了空心村，较低的土地利用率深度影响农村建设。目前大量省份中均存在空心村，这 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期是由于农村基层政府没有规划意识、农民传统的宅基地私有观念浓厚、农民缺乏土地法制意识、城市化进程加快以及其他自然环境原因造成的，为了解决空心村带来的危害，空心村分布智能规划模型的构建十分必要。文献 针对状态空间特征，定义轮系基本单元的概念，利用状态变换方程获取单元之间的邻接关系，建立智能规划模型，但将模型应用到空心村分布规划任务中时，发现空心村的土地利用率不够理想。文献 结合空心村周边地区的人才集聚、区域创新与区域经济增长模式，采用面板空间计量模型创新建筑分布的规划视角，构建经济文化一体的建筑格局，但土地利用率的问题没有得到解决。文献 根据空心村实际空间环境变化，构建一个三维的仿真模型，采用改进的尺度不变特征变换算法匹配各项数据，尽管土地利用率得到较大程度的改善，但还没有达到理想效果电力大数据来源于用电、发电、输电、变电、配电等环节，包含三大类不同的电力数据，这些数据体量大、类型多、价值密度较低。针对电力大数据的特点以及传统模型存在的弊端，构建新的空心村分布智能规划模型。基于电力大数据的空心村分布智能规划模型 预处理空心村空间数据空心村空间数据信息具有多维性特征，包含了大量的地理位置信息。由于建筑物到供电中心距离较远，且空心村居民分布不均匀，电量消耗波动性明显，因此，规划区域范围内所有建筑物与区域中心的平均距离计算的数据以及所有线路每个月的线损和线损率是最容易存在噪声的数据，严重时直接影响数据挖掘结果，面对该问题需要对此类数据预处理，挖掘更加精准的空间特征。预处理阶段的第一步，需要计算规划空间的有效供电半径，根据空心村区域的经纬度数据，获得各个建筑物的坐标信息，计算区域中心到建筑物的供电距离，计算结果通过下列公式得到：（）（）（）（）（）式中，、分别表示不同数据节点之间的角度差异，表示区域中心的纬度坐标，表示建筑物的纬度坐标，表示地球半径。计算规划区域范围内所有建筑物与区域中心的平均距离，结果为（）式中，表示线路数量。根据当地的供售电量信息，计算所有线路每个月的线损和线损率，公式为 （）式中，和分别为供电量和售电量。利用 软件可视化处理上述数据，利用 函数计算规划空间特征值。当得到的结果中存在缺失值和异常值时，采用补插法剔除计算结果中的冗余数据，并对存在缺失的位置处填补缺失数据，建立完整的规划空间特征集合，实现对空心村空间数据的预处理。.基于峰值密度算法的电力大数据特征提取电力大数据能够反映真实的空心村分布特征，采用峰值密度算法提取空心村电力大数据，实现空间与建筑物的智能匹配。针对空心村整体结构，建立空心村特征属性图，如图所示。图空间村空间位置特征根据图空间中的节点位置可知，空心村四周建筑较多，中间位置的建筑越来越少，峰值密度算法 针对这一特点，提取电力大数据。峰值密度算法利用测地距离代替欧氏距离，根据数据集包含的簇情形，得到电力大数据。峰值密度算法的动态邻域思想，依据空心村建筑的稀疏程度，动态调整的值。将稀疏类簇中的样本数据扩大，控制密集类簇中的样本邻域范围。已知稀疏程度是相对的，假设空心村建筑物数量为，采用建筑物周边邻居的数量，分析电力大数据的稀疏程度，公式为（）（），（）（）（）（）（）（）（）（）式中，（）表示欧式距离，（）表示式（）得到的最近距离，（）表示近邻取值。根据得到的稀疏程度（），提取线损和线损率影响下的电力大数据特征，公式为（），如果（），如果 （）（）当值为时，说明空心村的电力大数据特征提取结果不佳，需要进一步调整；当值为时，则表明电力大数据特征提取结果符合要求。设计空间融合方式针对电力大数据的特征，设计空心村空间融合方式。在空间边界上，采用迂回曲折的方式确定空心村的结构形态和建筑逻辑秩序，图是为空心村不同建筑物之间，设计的边界融合方式。智能规划空心村分布的主要目的为加强空间利用率，实现空间共享，因此设计模型的空间融合方式时，不能采取简单的聚集和扩张方式，需要根据现阶段电力大数据的分布特征，调整空心村空间边界，以虚化的方式代替绝对化的边界划分。“柔性边界”是丹麦扬盖尔在 交往与空间 中提出的，此次研究在空间融合方式上引入此概念，根据电力大 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期（）边界虚化（）边界柔化（）边界异化图空心村边界融合方式数据的峰值特征、周期性特征，感知不同建筑在空间中的位置特征，为不同的建筑提供柔和的融合过渡区域，而不是直接性地在空心村的空地上单纯地增加建筑物，忽略建筑之间的排他性。电力大数据特征提取结果中，存在部分特殊数据极大或极小数据，所以说明一些建筑用电特殊，针对这一分析设计异化边界条件，针对特殊建筑设计异化边界，满足其自身的真实需求，设计多样化的空间融合方式。构建多维超立方智能规划模型针对上述设计成果，构建多维超立方智能规划模型。采用多维数组控制全局数据，但数组中的数据具有不同的数值关系，因此假设该关系为，数组的排列方式用表示，则三维数组形状为一个的形式。利用（）表示维上数组的表现特征，则值域用，（）表示。利用（）表示形状在数组中的坐标，则其中的标志为的数组可通过下列公式描述：（）（）（）上述公式通过获取一个映射关系，得到标志为的数组，代表边界条件。利用 （）表示形状向量中不为的形状数量，则存在：（）（）（）（）此时数组大小反映空间占用的大小，因此将形状向量作为维度上的乘积，得到：（）（）（）已知数据维度为维，通过删除其中的一个维度降维数组，则假设被删除的维度为，得到维数组，设置降维之后的数组为，则其属性为，（）根据上述得到的属性值，结合设计的空间融合方式建立连接元，公式为 ，（）（）式中，表示筛选参数。依据上述结果得到规划模型，如图所示。图多维超立方智能规划模型利用构建的模型规划空心村分布，至此基于电力大数据的空心村分布智能规划模型构建完毕。仿真实验与结果分析 实验准备根据目前 省中的空心村，建立三维实景仿真测试环境，根据空心村实际分布状态，仿真建筑分布和用电信息，参与实验的空心村规划节点为 个。图为仿真环境下，针对实际用电大数据获得的电力负荷曲线。（）夏季（）冬季图电力负荷曲线 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期根据图中的曲线变化趋势可知，夏季和冬季时，空心村的用电数据变化幅度较大，因此基于电力大数据的模型，根据图信息智能规划空心村的分布。将研究构建的模型作为实验组，将三组常规智能规划模型作为对照组，对仿真空心村进行智能规划，比较测试条件相同时，四组模型的智能规划效果。空间分布规划效果测试已知选择的空心村中有 户，将文献、文献 以及文献 提出的三组常规模型作为对照组，构建的模型作为实验组，图为四组模型的智能化规划效果图。（）所设计模型（）文献 模型（）文献 模型（）文献 模型图模型规划效果根据图可知，实验组模型的三种边界条件被充分利用，改善了空心村的建筑用地位置，将原先集中在村庄外围的用户调整到空闲的中心区域，加强用地的合理性。而三组常规模型获得的数据过于理论化，降低了空心村的位置特征真实性，因此规划后的仿真位置并不理想。利用式（）计算三组模型应用下，空心村的土地利用率：（）式中，表示空心村的占地总使用面积，表示模型规划后的空心村占地面积。针对测试背景设置 轮空心村分布规划任务，根据式（）得出的计算结果，如表所示。综合 次测试结果可知，实验组的土地利用率统计结果，均要高出组常规模型应用下的统计结果。为了便于比较，计算四组测试结果的平均值，分别为 、以及 ，实验组的土地利用率平均值，分别比个对照组高出了 、以及 。综合实验测试数据来看，基于电力大数据的模型规划效果更好。总结常规空心村分布智能规划模型尽管在土地利用率上存在不足，通过电力大数据特征分析，构建了全新的智能规划模型，对于模型的规划效率来说，研究过程中没有明确指出，表土地利用率统计结果轮次所设计模型的土地利用率文献 模型 文献 模型 文献 模型 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期模型对于处理数据的速度还是未知的，今后可针对这一项问题展开说明，进一步优化模型的整体性能。参考文献王同达，赵永华，韩磊，等 空心村土地整治研究：以陕西省澄城县为例 湖北农业科学，（）：邱俊，王德伦，马雅丽 基于状态空间的轮系分析统一数字模型 大连理工大学学报，（）：林柳琳，丁孝智人才集聚、区域创新与区域经济增长：基于中国省域面板空间计量模型的实证分析浙江师范大学学报（社会科学版），（）：王井利，吴冬，赵鑫一种结合图像特征的三维模型变化检测方法中国科技论文，（）：葛一统，向锋铭，余桂华，等大数据背景下的电力营销信息化建设研究华电技术，（）：范保青，姚剑敏，林志贤，等三维点云的分割及骨架提取研究测绘科学，（）：段学松，曲中水，江绪桢，等基于预处理的快速幂算法及其实现科技创新与应用，（）：郑斌，裘炜浩，侯素颖，等基于电力大数据分析的电力消费指数研究与应用电气应用，（）：张煜，陆亿红，黄德才 基于密度峰值的加权犹豫模糊聚类算法 计算机科学，（）：张一鸣，王国胤，胡军，等 基于密度峰值和网络嵌入的重叠社区发现 山东大学学报（理学版），（）：潘亮亮，刘志远，马静智能电网电力大数据高性能处理方法优化信息技术，（）：王雨婷，王建国，董会和，等吉林省平原区村落空心化特征 及 发 展 建 议 资 源 开 发 与 市 场，（）：沈雁迪，吴丽丽基于“创森”背景下的乡村游憩空间规划研究：以监利市毛市镇书韵园为例重庆建筑，（）：陶雨薇，崔小平，李艳蕾小城镇城区职住失衡问题解决方法研究：以广德市国土空间规划城区空间规划为例建筑与文化，（）：胡志红，王语涵，郑桢，等基于大数据的电力物资信息价预测模型研究自动化技术与应用，（）：（收稿日期：）（上接第 页）图图像处理总结本系统利用 的特点，结合数字信号处理课程对课堂上的抽象知识点进行动态仿真，把繁琐抽象的原理以直观简洁图形的方式表现出来，辅助课堂教学，不仅使课堂教学生动有趣，也缓解了使用者的编程压力，把涉及高等数学、线性代数、复变函数的数字信号课程理论具体化、形象化；还可用于后续的语音处理图像处等，提高了学习的效率，扩展了学生的视野。经教学实践检验，收到良好效果。参考文献曹斌芳，许百灵，李建奇，等 数字信号处理 课程辅助教