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改进的区间双边机会约束规划方法研究及其在水质管理中的应用

发布时间:2018-01-19 00:31

  本文关键词: 区间左手边机会约束规划 区间双边机会约束规划 区间模糊左手边机会约束规划 区间模糊双边机会约束规划 水质管理 不确定性 出处:《华北电力大学(北京)》2016年博士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:水是保障人类生存和发展的重要物质基础。社会、经济的飞速发展对水资源的需求不断增大,致使水资源短缺以及生态破坏和环境污染带来的水质下降问题日益凸显,引发了居民饮用水安全问题,严重威胁了人类的健康和正常生活。水质规划管理作为水资源保护的有效途径,对于解决当前日趋严峻的水资源问题具有十分重要的作用。然而,水质管理系统十分复杂,各子系统内部涵盖着众多的不确定性因素,并且各因素间存在着复杂的互动关系,引发了系统的不稳定性,不稳定因素在对环境造成不良影响的同时,也带来了系统经济效益的损失。因此,在充分、综合考虑水质管理系统中各种不确定性的基础上,开发能够切实合理反映系统内部各种不确定性因素的综合型优化方法,并应用于水质管理不确定性优化研究中,能够在满足环境保护要求的同时实现系统经济效益的最大化,具有重要的实际应用价值和理论推动意义。本文针对水质管理系统中多种不确定性和复杂性,将传统机会约束规划进行了改进,并与区间、模糊等优化方法进行耦合,构建了改进的区间机会约束规划模型体系,并以典型的水质管理系统为例验证了规划模型体系的科学性和可行性。首先,根据水质管理规划模型中决策变量左手边出现随机参数的具体情况,以区间机会约束规划为切入点,将其改进为区间左手边机会约束规划,有效地表征和处理了决策变量左手边随机变量,突破了传统机会约束规划仅能处理决策变量右手边随机参数的局限性。进而,考虑到同类随机参数出现在决策变量双边的情况,将机会约束与区间左手边机会约束相融合,开发了区间双边机会约束规划模型,用于同时处理决策变量左、右手边随机参数,进一步深化了传统机会约束理论,拓展了方法的应用范围。由于水质管理方案的制定受决策者主观影响作用明显,引入模糊弹性规划用以反映客观规划方法中的主观倾向性,以模糊弹性规划为基础框架,分别耦合区间左手边机会约束规划方法和区间双边机会约束规划方法,开发了区间模糊左手边机会约束规划方法和区间模糊双边机会约束规划方法,能够同时处理目标函数和约束的模糊弹性、决策变量左手边/双边随机参数及以区间形式表达的各种不确定性,是区间、模糊和随机三大优化方法有机融合,进一步拓展了优化方法处理不确定性信息的能力。将以上优化方法分别应用于农业非点源水质管理研究案例中,更加切实有效地反映了系统的不确定性,扩宽了已有方法的应用范围。整体上,本文构建了一个改进的区间机会约束规划方法体系,所开发的新型优化方法对原有不确定性优化技术做出了改进与拓展,通过方法间的有机融合相互弥补了各自的不足,充分发挥了各种不确定性优化方法的优势,对方法的研究深度不断加强,方法体系具有较强的整体性和逻辑性。构建的综合不确定性优化方法能够切实有效地处理水质管理系统中不同种类和特点的不确定性影响因素,通过具体案例的应用可以表明,所开发的新型不确定性优化方法能够处理的不确定性问题的范围越来越广泛,可以有效地处理水质管理系统中的多种不确定性规划问题;通过对开发的优化方法之间所获得的资源分配优化方案进行对比,分析了不同优化方法之间的差异及其存在的内部原因,深入探讨了农业水质管理系统内部因素之间的互动关系,深化了对相关不确定性优化方法和农业水质管理系统的研究,可以为未来优化方法的改进以及在更多领域的应用奠定深厚的理论依据和应用基础。
[Abstract]:Water is an important material foundation for the protection of human survival and development. The rapid development of economic society, the demand for water resources is increasing, resulting in decreased water shortage of water resources and ecological destruction and environmental pollution have become increasingly prominent, causing the safety of drinking water problems, a serious threat to human health and normal life quality planning. Management is an effective way to protect water resources, is very important to solve the problem of water resources with the increasingly serious role. However, the water quality management system is very complicated, various subsystems covering many uncertain factors, and the factors are complicated interaction, causing instability of the system, not the stability factor in the adverse impact on the environment at the same time, the system also brings the loss of economic benefits. Therefore, in full consideration of various water quality management system Based on uncertainty, the development of integrated system can effectively reflect the internal uncertainty optimization method, and applied to the quality management of uncertainty optimization study, can satisfy the requirement of environmental protection and maximize the economic benefits of the system, has important significance to promote the theoretical and practical value. Based on the water quality management system in a variety of uncertainty and complexity, the traditional chance constrained programming is improved, and the interval fuzzy optimization method coupling, constructs a model system of constraint programming interval opportunities to improve the quality management system, and to the case to verify the science and feasibility planning model system. Firstly, according to the specific situation of random parameters decision variables left model used in water quality management, with the interval of chance constrained programming as the breakthrough point, will improve The left hand side is the interval chance constrained programming, efficient representation and processing of decision variables left random variables, breaking the traditional limitations of chance constrained programming can only handle the right decision variables of stochastic parameters. Then, considering the similar random parameters appear in the edge of the two decision variables, combining with chance constrained interval left the edge of the chance constrained programming model, the opportunity to develop bilateral interval, for both left hand side variables, random parameters, to further deepen the traditional chance constrained theory, expand the scope of application of the method. Due to the water quality management plan by the decision-maker's subjective influence, fuzzy flexible planning with subjective tendency to reflect objective planning method, based on fuzzy flexible planning based framework, respectively, the left hand side coupling interval chance constrained programming method and interval double edge about opportunity Beam planning method is developed, the left hand side of the interval fuzzy chance constrained programming method and bilateral interval fuzzy chance constrained programming method, the fuzzy flexibility is able to handle both the objective function and constraints, the decision variables left / bilateral random parameters and various expression in the form of interval uncertainty, fuzzy and random interval, three optimization methods of organic integration and further expand the ability of optimization method to deal with uncertain information. These optimization methods are applied to the case of agricultural non-point source water quality management research, more effectively reflect the uncertainty of the system, extends the use of existing methods. On the whole, this paper constructs an improved interval chance constrained programming method system, model optimization method developed by the improvement and extension of the original uncertain optimization technology, through the method of combining interaction between Make up their own shortcomings, give full play to the advantages of various uncertain optimization methods, research methods of depth unceasingly, method system has strong logical and integrity. The combined uncertainty optimization method can effectively deal with factors affecting the water quality management system of different types and characteristics of the uncertainty, by the application of specific cases that can deal with uncertainty problems and by the development of the new uncertainty optimization method is widely used, can effectively deal with a variety of quality management system of the uncertainty in the planning problem; comparing the resource allocation optimization scheme is obtained through the optimization method of the development between the analysis of the internal reasons for the differences between different optimization methods and problems of in-depth study of the interaction between the internal factors of agricultural water quality management system, The research on related uncertainty optimization and agricultural water quality management system is deepened, which can lay a solid theoretical basis and application foundation for the improvement of future optimization methods and application in more fields.

【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S27;X52

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本文编号:1441881

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