基于可持续目标的城市发展预测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于可持续目标的城市发展预测方法及系统，涉及城市发展趋势预测技术领域，该方法包括：步骤S1：输入某城市的人口、经济、资源数据；步骤S2：建立该城市的人口‑经济‑资源系统的数学模型；步骤S3：建立该城市的考虑中间变量的系统动力学模型；步骤S4：根据需要对该城市的发展趋势进行预测；步骤S5：输出预测结果。本发明专利技术能够以城市可持续发展为目标，考虑了人口、经济、资源三个子系统之间的相互作用及对城市发展的影响，其预测结果能够更加准确详细地反映城市发展的可持续性；同时，本发明专利技术构建的模型可以更为细致地刻画系统内部运行方式，从而实现对城市的发展趋势更加准确的预测。

【技术实现步骤摘要】
基于可持续目标的城市发展预测方法及系统
本专利技术涉及城市发展趋势预测
，具体地，涉及一种基于可持续目标的城市发展预测方法及系统。
技术介绍
城市未来的发展将给国家和世界带来诸多机遇和挑战。分析城市未来发展的关键影响因素，了解城市未来的发展趋势，无论是对于国家、政府、人民，都具有重要意义。对城市的发展趋势进行预测之前，需要明确城市系统的结构及对系统发展造成影响的关键要素。以城市的可持续发展为目标，这些关键要素可归为三类：人口、经济和资源，它们之间相互关联，各为一个子系统，如图1所示。公开号为CN101901462A的中国专利技术专利，公开了一种城市生态系统承载力的动态分析方法，包括：运用系统动力学模拟城市社会经济系统驱动要素的动态过程和作用关系；通过构造子模块来建立所述驱动要素同生物资源供需的响应关系；采用生态足迹综合核算法进行生态足迹核算；以可行性和可持续发展目标为标准，设计不同的生态调控情景对城市可持续发展趋势进行调控优化。在城市发展趋势的预测方法方面，差分自回归移动平均模型ARIMA算法，结合了自回归模型、移动平均模型以及差分算法，是中长期时序预测的经典算法，具有灵活、准确的特点。但是，ARIMA模型由于仅仅根据历史数据进行，因此在长期预测时可能出现对突变量的错误估计。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于可持续目标的城市发展预测方法及系统。根据本专利技术提供的一种基于可持续目标的城市发展预测方法及系统，所述方案如下：第一方面，提供了一种基于可持续目标的城市发展预测方法，所述方法包括：步骤S1：输入某城市的人口、经济、资源数据；步骤S2：建立该城市的人口-经济-资源系统的数学模型；步骤S3：建立该城市的考虑中间变量的系统动力学模型；步骤S4：根据需要对该城市的发展趋势进行预测；步骤S5：输出预测结果。优选的，所述步骤S2中建立人口系统的数学模型：式中，表示城市总人口；和分别表示迁入率、迁出率、出生率、死亡率和劳动力比例；和分别表示迁入人口、迁出人口、出生人口、死亡人口和劳动力数量；表示城市的最大承载人口数。优选的，所述步骤S2中建立经济系统的数学模型，包括生产函数，表示投入要素与产出之间的经济技术联系关系；其中，投入要素主要包括资本投入、劳动力投入和人力资本投入，生产函数表示为：GDP(t)＝f(L,K,H,t)式中，GDP表示国内生产总值，L、K和H分别表示劳动力投入、资本投入和人力资本投入；t为时间。优选的，所述国内生产总值按三次产业进行计算，即：其中，Yi是第i次产业的国内生产总值，pi表示第i次产业所占比重；式中，GDPinc表示GDP增加量；表示GDP增长率，ptech表示技术进步贡献率，表示劳动力增长率，pk表示资本增长率；llabor和lk表示劳动力弹性系数和资本弹性系数。优选的，所述步骤S2中建立资源系统的数学模型：式中，表示资源总量，表示初始资源量，表示资源再生量，表示资源消耗量(i＝water,SW,WW)；表示农业灌溉用水，表示工业耗水，表示生活用水；表示固废产生量，表示固废处理量，表示固废处理率；表示废水产生量，表示废水处理量，表示废水处理率。第二方面，提供了一种基于可持续目标的城市发展预测系统，所述系统包括：模型M1：输入某城市的人口、经济、资源数据；模型M2：建立该城市的人口-经济-资源系统的数学模型；模型M3：建立该城市的考虑中间变量的系统动力学模型；模型M4：根据需要对该城市的发展趋势进行预测；模型M5：输出预测结果。优选的，所述模型M2中建立人口系统的数学模型：式中，表示城市总人口；和分别表示迁入率、迁出率、出生率、死亡率和劳动力比例；和分别表示迁入人口、迁出人口、出生人口、死亡人口和劳动力数量；表示城市的最大承载人口数。优选的，所述模型M2中建立经济系统的数学模型，包括生产函数，表示投入要素与产出之间的经济技术联系关系；其中，投入要素主要包括资本投入、劳动力投入和人力资本投入，生产函数表示为：GDP(t)＝f(L,K,H,t)式中，GDP表示国内生产总值，L、K和H分别表示劳动力投入、资本投入和人力资本投入；t为时间。优选的，所述国内生产总值按三次产业进行计算，即：其中，Yi是第i次产业的国内生产总值，pi表示第i次产业所占比重；式中，GDPinc表示GDP增加量；表示GDP增长率，ptech表示技术进步贡献率，表示劳动力增长率，pk表示资本增长率；llabor和lk表示劳动力弹性系数和资本弹性系数。优选的，所述模块M2中建立资源系统的数学模型：式中，表示资源总量，表示初始资源量，表示资源再生量，表示资源消耗量(i＝water,SW,WW)；表示农业灌溉用水，表示工业耗水，表示生活用水；表示固废产生量，表示固废处理量，表示固废处理率；表示废水产生量，表示废水处理量，表示废水处理率。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、以城市可持续发展为目标，考虑了人口、经济、资源三个子系统之间的相互作用及对城市发展的影响，其预测结果能够更加准确详细地反映城市发展的可持续性；2、本模型可以更为细致地刻画系统内部运行方式，从而实现对城市的发展趋势更加准确的预测。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本申请中城市各子系统之间的关系图；图2为本申请中的人口子系统结构图；图3为本申请中的经济子系统结构图；图4为本申请中的资源子系统结构图；图5为本申请的系统动力学模型结构图；图6为本申请中的中国某地区2000-2017年研究与发展经费和生产总值变化曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供了一种基于可持续目标的城市发展预测方法，该方法具体包括如下步骤：步骤S1：输入某城市的人口、经济、资源数据；步骤S2：建立该城市的人口-经济-资源系统的数学模型；步骤S3：建立该城市的考虑中间变量的系统动力学模型；步骤S4：根据需要对该城市的发展趋势进行预测；步骤S5：输出预测结果，包括人口指标(总人口)、经济指标(GDP)和资源指标(固废、废水、废气)，这些指标描述了该城市未来的可持续发展能力。其中，城市本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可持续目标的城市发展预测方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：输入某城市的人口、经济、资源数据；/n步骤S2：建立该城市的人口-经济-资源系统的数学模型；/n步骤S3：建立该城市的考虑中间变量的系统动力学模型；/n步骤S4：根据需要对该城市的发展趋势进行预测；/n步骤S5：输出预测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于可持续目标的城市发展预测方法，其特征在于，包括：
步骤S1：输入某城市的人口、经济、资源数据；
步骤S2：建立该城市的人口-经济-资源系统的数学模型；
步骤S3：建立该城市的考虑中间变量的系统动力学模型；
步骤S4：根据需要对该城市的发展趋势进行预测；
步骤S5：输出预测结果。


2.根据权利要求1所述的基于可持续目标的城市发展预测方法，其特征在于，所述步骤S2中建立人口系统的数学模型：



式中，表示城市总人口；和分别表示迁入率、迁出率、出生率、死亡率和劳动力比例；和分别表示迁入人口、迁出人口、出生人口、死亡人口和劳动力数量；表示城市的最大承载人口数。


3.根据权利要求1所述的基于可持续目标的城市发展预测方法，其特征在于，所述步骤S2中建立经济系统的数学模型，包括生产函数，表示投入要素与产出之间的经济技术联系关系；
其中，投入要素主要包括资本投入、劳动力投入和人力资本投入，生产函数表示为：
GDP(t)＝f(L,K,H,t)
式中，GDP表示国内生产总值，L、K和H分别表示劳动力投入、资本投入和人力资本投入；t为时间。


4.根据权利要3所述的基于可持续目标的城市发展预测方法，其特征在于，所述国内生产总值按三次产业进行计算，即：



其中，Yi是第i次产业的国内生产总值，pi表示第i次产业所占比重；



式中，GDPinc表示GDP增加量；表示GDP增长率，ptech表示技术进步贡献率，表示劳动力增长率，pk表示资本增长率；llabor和lk表示劳动力弹性系数和资本弹性系数。


5.根据权利要求1所述的基于可持续目标的城市发展预测方法，其特征在于，所述步骤S2中建立资源系统的数学模型：












式中，表示资源总量，表示初始资源量，表示资源再生量，表示资源消耗量(i＝water,SW,WW)；表示农业灌溉用水，表示工业耗水，表示生活用水；表示固废产生量，表示固废处理量，表示固废处理率；表示废水产生量，表示废水处理量，表示废水处理率。

【专利技术属性】
技术研发人员：解大，王西田，王晨磊，潘明杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31