一种基于环境承载力的城市产业结构优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于环境承载力的城市产业结构优化方法，属于城市产业规划与管理技术领域。基于环境承载力的城市产业结构优化方法，步骤一：建立城市系统动力学模型；步骤二：设置发展情景，模拟分析预测各情景下的社会经济发展对资源、能源和环境的影响，应用综合指数法评价环境承载情况；步骤三：建立不确定多目标优化模型，优化的目标函数包括城市经济总收益和人口数量，约束条件包括资源和能源的供应量、环境容量、人均GDP和非负约束；运行优化模型，得出优化的城市产业结构；步骤四：设置优化发展情景，优化发展情景下的环境承载情况，提出产业结构优化方案及建议。本发明专利技术具有模拟预测准确，评价全面，针对性强、简便实用、适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于城市产业规划与管理
，特别是涉及一种基于环境承载力约束下的“系统动力学模拟模拟仿真”耦合“不确定多目标优化”的城市产业结构优化方法。
技术介绍
目前，随着社会经济、科学技术的飞速发展和人口的迅速增长，城市化进程不断加快。但长期“高投入、高消耗、高排放”的粗放型生产一直是经济发展的主要方式，由此导致资源、能源的利用量与污染物排放量持续增加，远远超出城市环境的承载能力，是城市可持续发展的主要制约因素。产业系统是人类与环境的作用界面，在环境承载力约束下对产业系统结构加以优化，可以改善产业系统功能，合理的产业结构可以在一定程度上提高区域环境承载力并降低社会经济发展对环境的压力，进而使人类与资源环境之间的关系得以改善。目前，中国面临着社会经济亟待发展、资源短缺与环境污染的多重压力，转变发展方式和调整产业结构是中国未来发展的方向，因此，迫切需要一种基于环境承载力的保障“社会-经济-环境”协调发展的综合模拟仿真与优化方法，从而实现城市产业的健康和可持续发展。由于环境承载力本身具有多目标性，且研究对象涉及资源、经济、社会、人口、环境等众多因素，各因素之间相互影响、相互制约，这就为利用多目标模型进行基于环境承载力约束下的城市产业结构优化分析提供了可能。系统动力学以系统理论为基础，以管理科学为背景，利用反馈理论和系统力学理论，把社会和自然问题标准化，得到构造系统的一般方法，然后利用计算机仿真实现对真实系统的模拟，以进行系统模拟实验，是连接自然科学与社会科学，解决系统问题的交叉学科。目前，现有城市产业系统优化方法未能全面综合地对城市系统中的诸多元素加以模拟，且优化目标多为单方面目标，没有对城市发展的经济、社会和环境目标进行综合考虑，或仅着眼于某一微观的产业内部考虑，缺乏对全局的宏观考虑，无法为决策者提供全面的调整建议。因此，开发一种基于承载力的，能全面、综合地对城市产业结构进行优化的组合分析方法，使之在不同城市的产业系统优化中广泛应用，具有重要的理论意义和现实意义。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种基于环境承载力，以经济、社会和环境为优化目标，模拟预测准确，环境承载程度评价全面，具有针对性强、简便实用、适用范围广等特点的城市产业结构优化方法，以解决城市产业结构优化
中城市系统元素考虑不全、优化目标单一和优化范围过小的问题。(二)技术方案本专利技术提出的一种基于环境承载力的城市产业结构优化方法，其特点是：基于环境承载力的城市产业结构优化方法是利用系统动力学方法在不同发展情境下进行模拟仿真，通过综合指数法对环境承载程度进行评价，在此基础上建立不确定多目标优化模型，通过求解模型得到优化后的产业结构，具体包括以下步骤：步骤一：建立城市系统动力学模型，并进行模型的有效性检验；步骤二：根据城市实际情况设置发展情景，包括常规、规划和理想三个发展情景，利用系统动力学模型模拟分析预测各情景下的社会经济发展对资源、能源和环境的影响，应用综合指数法评价城市的环境承载情况；步骤三：建立城市产业结构的不确定多目标优化模型，优化的目标函数包括城市经济总收益和人口数量，约束条件包括资源和能源的供应量、环境容量、人均GDP和非负约束；运行优化模型，得出优化的城市产业结构；步骤四：由优化后的城市产业结构设置优化发展情景，利用步骤一建立的城市系统动力学模型模拟优化发展情景下的环境承载情况，提出产业结构优化方案及建议。其中，所述步骤一中的城市系统动力学模型包括人口、经济、资源、能源、环境五个子系统。其中，所述步骤二中的综合指数法中的评价指标包括：水资源承载力、能源承载力、主要污染物的环境容量。其中，所述步骤三中的基于环境承载力约束的不确定多目标优化模型的一般形式如下式：maxF1=Σi=1nxt±-Σi=1kbi±xt±]]>maxP=Σi=1npi±xt±]]>环境承载力约束：经济约束：非负约束：x±≥0.式中：F1为地区经济总收益，P为人口规模；±表征参变量的上下限；x±为不确定性决策变量；为不确定污染治理费用系数；为不确定单位决策变量人口数；表示不确定性环境承载力约束条件；表示不确定各行业产值约束及比例约束；表示人均GDP约束。(三)有益效果基于环境承载力的城市产业结构优化方法由于采用了本专利技术全新的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下明显特点：1、能够同时以经济、社会和环境为优化目标，对城市宏观的产业结构进行优化，并与未优化发展情景进行对比分析，为决策者提供全面的调整建议；2、在传统城市产业结构优化方法基础上，引入系统动力学思想，对城市社会经济发展对资源、能源和环境影响的模拟预测更加准确；结合综合指数法，可对环境承载程度进行全面评价。附图说明图1是根据本专利技术的基于环境承载力约束的城市产业结构优化模型构建过程图；图2是根据本专利技术的城市系统动力学模型中各元素之间的因果反馈结构图；图3是根据本专利技术的城市产业结构不确定多目标优化模型求解算法示意图；图4是根据本专利技术的基于环境承载力约束的城市产业结构优化方法对某城市产业结构的优化结果。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：参阅附图1至图4。实施例1一种基于环境承载力的城市产业结构优化方法，利用系统动力学方法在不同发展情境下进行模拟仿真，通过综合指数法对环境承载程度进行评价，在此基础上建立不确定多目标优化模型，通过求解模型得到优化后的产业结构。具体实施过程：本专利技术将通过系统动力学-不确定多目标优化的整合模型，建立城市产业结构优化框架，在环境承载力约束下优化城市的产业结构，使城市社会经济发展在不超过环境承载力的前提下，经济总收益和人口数量趋于最大化，基于优化结果科学地给出针对城市产业系统调整的政策建议，实现城市环境可持续发展，缓解社会经济发展与环境保护之间的矛盾，在实际应用中产生显著的环境和社会经济效益。其中，系统动力学作为一种能够理解复杂系统内部物质流、信息流和干预措施之间运行和作用过程的有效方法，被广泛应用于模拟社会-经济-环境的复杂系统。环境承载力被定义为在一定的时间和空间范围内、确定的自然环境下，保证环境系统结构不发生质性变换，环境功能不被破坏条件下，环境系统可以负担人类活动的阈值。产业结构，指国民经济各部门之间以及各产业部门内部的构成，产业结构是人类经济活动与资源环境之间的联系纽带，通过优化产业结构，可以改善产业系统功能，在一定程度上提高地区的环境承载力，进而可以使人类与资源环境之间的关系得以优化。不确定多目标优化是在多目标优化方法的基础上，考虑了系统中的不确定性。所谓多目标优化，是指在有多个目标且相互之间可能存在冲突时，在各子目标之间加以折中协调，使各个子目标尽可能达到系统所需的“最优”情况；而对于复杂的系统(如社会-经济-环境系统)，存在大量的不确定因素，如随机性、模拟性等，如果将这些不确定因素勉强作为确定信息来处理，有时会得出矛盾或不合理的结果，此时需应用不确定多目标优化方法对问题进行优化求解。本专利技术利用系统动力学方法建立环境承载力约束下的城市产业结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于环境承载力的城市产业结构优化方法，其特征是：基于环境承载力的城市产业结构优化方法是利用系统动力学方法在不同发展情境下进行模拟仿真，通过综合指数法对环境承载程度进行评价，在此基础上建立不确定多目标优化模型，通过求解模型得到优化后的产业结构，具体包括以下步骤：步骤一：建立城市系统动力学模型，并进行模型的有效性检验；步骤二：根据城市实际情况设置发展情景，包括常规、规划和理想三个发展情景，利用系统动力学模型模拟分析预测各情景下的社会经济发展对资源、能源和环境的影响，应用综合指数法评价城市的环境承载情况；步骤三：建立城市产业结构的不确定多目标优化模型，优化的目标函数包括城市经济总收益和人口数量，约束条件包括资源和能源的供应量、环境容量、人均GDP和非负约束；运行优化模型，得出优化的城市产业结构；步骤四：由优化后的城市产业结构设置优化发展情景，利用步骤一建立的城市系统动力学模型模拟优化发展情景下的环境承载情况，提出产业结构优化方案及建议。

【技术特征摘要】
1.一种基于环境承载力的城市产业结构优化方法，其特征是：基于环境承载力的城市产业结构优化方法是利用系统动力学方法在不同发展情境下进行模拟仿真，通过综合指数法对环境承载程度进行评价，在此基础上建立不确定多目标优化模型，通过求解模型得到优化后的产业结构，具体包括以下步骤：步骤一：建立城市系统动力学模型，并进行模型的有效性检验；步骤二：根据城市实际情况设置发展情景，包括常规、规划和理想三个发展情景，利用系统动力学模型模拟分析预测各情景下的社会经济发展对资源、能源和环境的影响，应用综合指数法评价城市的环境承载情况；步骤三：建立城市产业结构的不确定多目标优化模型，优化的目标函数包括城市经济总收益和人口数量，约束条件包括资源和能源的供应量、环境容量、人均GDP和非负约束；运行优化模型，得出优化的城市产业结构；步骤四：由优化后的城市产业结构设置优化发展情景，利用步骤一建立的城市系统动力学模型模拟优化发展情景下的环境承载情况，提出产业结构优化方案及建议。2.根据权利要求1所述的基于环境承载力的城市产业结构优化方法，其特征是：步骤一...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚维国，张家瑞，吉星明，董先锋，刘东征，
申请(专利权)人：中交天津港航勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12