基于多智能体的用水量动态模拟分析研究

发布时间：2017-06-17 14:13

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【摘要】：2014年我国总用水量已达6095亿m3,再加上水资源利用率偏低、水资源严重浪费以及用水结构不合理等原因,使得水资源短缺问题日趋严峻,这对我国经济的增长造成了很大的负面影响。进行符合实际过程的用水量动态模拟,深入探讨用水量变动规律及其影响因素,为用水总量调控提供理论支撑和决策支持是我国现阶段亟需解决的重要问题。为此,论文在对基于用水结构的用水量动态分析和智能体理论与建模技术研究的基础上,提出了基于多智能体的城镇家庭用水量模拟模型,并选取典型城市进行了实证研究,取得了如下主要成果：(1)以山东省1995—-2012年用水总量、用水结构及经济发展数据为基础,采用向量自回归(VAR)模型,通过方差分解及脉冲响应分析,探讨了山东省历史年份产业用水总量与用水结构变动之间的响应关系。结果表明：通过降低农业用水比重、适当增加生活用水比重和控制工业用水比重的调整措施,可进一步转变和优化山东省用水结构方式,使山东省用水结构向合理均衡的方向发展。(2)指出了目前有些用水量模拟方法的物理解释能力较弱,模拟过程中往往忽略了各要素的主体性,造成模拟结果与实际情况偏差较大。人类活动影响下的用水量形成是一个关系自然条件、生态环境、社会经济等多个方面且又处于不断进化的复杂过程,多智能体建模方法强调自下向上、从微观到宏观,它通过描述各主体间、主体与环境间的交互行为和作用过程来反映系统的总体演变过程。多智能体建模方法在用水量动态模拟分析中的应用前景广阔。(3)提出了基于多智能体的城镇家庭用水量模拟模型(MA-UHWDS)并以青岛市进行了实证研究。采用2003—-2012年统计资料,计算分析了居民用水边际消费倾向、基本用水需求和不同收入户人均用水量,并对不同情景下2013—-2022年各类收入户人均用水量和城镇家庭用水总量进行了模拟分析。结果表明：2003—-2012年中,城镇家庭平均水费支出占总消费支出的比重仅为0.395%,易造成居民节水意识淡薄,最低收入户人均用水量除2008年外均低于基本需水量,而最高收入户平均超过基本需水量14.16m3,水价改革需综合考虑低收入家庭的支付能力和高收入家庭的过度用水；2022年7类收入户在水价高增长收入低增长情景下的人均用水量与在水价低增长收入高增长情景下相比,分别减少了16.7%、18.4%、18.1%、16.1%、15.0%、17.8%和13.8%,水价和收入会明显影响家庭用水量。MA-UHWDS为区域用水总量调控提供了新的研究思路和工具。
【关键词】：用水量模拟 用水总量调控 水资源管理 多智能体建模 向量自回归
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV213.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 研究背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究进展16-19
• 1.2.1 用水量动态模拟分析研究进展16-17
• 1.2.2 多智能体建模研究进展17-18
• 1.2.3 多智能体建模在水资源系统中的应用研究进展18-19
• 1.3 研究内容和技术路线19-22
• 第二章 基于用水结构的用水量动态分析研究22-32
• 2.1 基于用水结构的用水量动态分析研究的必要性22-23
• 2.2 建模与检验方法23-24
• 2.2.1 VAR模型表达式23
• 2.2.2 VAR模型的估计23-24
• 2.3 山东省用水总量与用水结构的动态关系分析24-32
• 2.3.1 山东省概况及用水结构变化24-26
• 2.3.2 模型结果分析26-32
• 第三章 智能体理论与建模技术32-41
• 3.1 智能体建模在用水量模拟中的优势32
• 3.2 分布式人工智能32-33
• 3.3 智能体理论33-37
• 3.3.1 智能体的定义33-34
• 3.3.2 智能体的基本特征34
• 3.3.3 智能体的体系结构34-36
• 3.3.4 智能体的学习机制36-37
• 3.4 智能体建模技术37-41
• 3.4.1 多智能体系统37-39
• 3.4.2 智能体建模的基本步骤39-41
• 第四章 基于多智能体的城镇家庭用水量模拟模型研究41-53
• 4.1 城镇家庭用水量影响因素分析41-43
• 4.1.1 水价41-42
• 4.1.2 家庭收入水平42
• 4.1.3 节水意识42-43
• 4.1.4 家庭结构43
• 4.2 模型构建的理论基础43-48
• 4.2.1 城市居民生活用水需求消费理论43-47
• 4.2.2 扩展线性支出系统47-48
• 4.3 模型构建48-53
• 4.3.1 总体框架48-49
• 4.3.2 构建过程49-51
• 4.3.3 运行步骤51-53
• 第五章 基于多智能体的城镇家庭用水量模拟实证研究53-69
• 5.1 数据与情景53-55
• 5.1.1 数据采集53
• 5.1.2 情景设置53-55
• 5.2 模拟结果分析55-67
• 5.2.1 生活用水边际消费倾向55-59
• 5.2.2 基本需水量59-61
• 5.2.3 家庭主体用水61-65
• 5.2.4 城镇家庭总用水65-67
• 5.3 讨论分析与模型不足67-69
• 5.3.1 讨论分析67-68
• 5.3.2 模型不足68-69
• 第六章 结论与展望69-72
• 6.1 结论69-70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-79
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况79

【参考文献】

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9 钟歆s

本文编号：458576