[發(fā)明專利]流域生態(tài)修復(fù)策略的決策分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710619274.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107423564A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李夢(mèng)娣;范俊韜;張遠(yuǎn);孟偉;劉錄三
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00;G06Q10/06
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 楊樂(lè)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流域污染治理與生態(tài)修復(fù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種多目標(biāo)的流域生態(tài)修復(fù)策略的決策分析方法。

背景技術(shù)

河流生態(tài)系統(tǒng)為人類社會(huì)發(fā)展提供了各種各樣的產(chǎn)品和服務(wù)，包括飲用水源、工農(nóng)業(yè)用水供給、水產(chǎn)品等，生態(tài)服務(wù)包括提供健康生存環(huán)境、娛樂(lè)休閑、物種保護(hù)和景觀欣賞等。然而，日益擴(kuò)張的城市化與工業(yè)化對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的安全和健康造成了嚴(yán)重的威脅，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了惡劣的破壞，也阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，河流的生態(tài)修復(fù)對(duì)恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的完整與健康十分必要和緊迫。

生態(tài)修復(fù)策略的制定包括目標(biāo)設(shè)定、措施篩選、及資源分配(修復(fù)措施組合方案確定)等幾個(gè)方面。生態(tài)修復(fù)目標(biāo)的確定和修復(fù)措施的篩選需要建立在流域水生態(tài)安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，根據(jù)流域水生態(tài)安全狀況的診斷結(jié)果，有針對(duì)性地提出修復(fù)目標(biāo)和篩選對(duì)應(yīng)的修復(fù)措施。資源有效分配即修復(fù)措施最優(yōu)組合方案是生態(tài)修復(fù)策略制定的關(guān)鍵所在。

由于河流生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，生態(tài)修復(fù)往往需要滿足多個(gè)修復(fù)目標(biāo)，涉及到多種修復(fù)措施工程，對(duì)生態(tài)修復(fù)策略進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化是成功實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)修復(fù)的保障。多目標(biāo)優(yōu)化是通過(guò)某種算法找出同時(shí)能滿足多個(gè)目標(biāo)優(yōu)化值的解或解集。一種最初的多目標(biāo)優(yōu)化解決方案是對(duì)不同的目標(biāo)函數(shù)賦予權(quán)重，然后通過(guò)加權(quán)求和將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)的優(yōu)化問(wèn)題。然而，通過(guò)權(quán)重加權(quán)方法求解的最優(yōu)解只有單一解，容易遺漏很多滿足目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)值的優(yōu)化解集，而且往往不能客觀真實(shí)地反映目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)值。目前應(yīng)用于多目標(biāo)優(yōu)化搜索的算法較多的有模擬退火、遺傳算法、粒子算法等，這些算法雖然避免了賦權(quán)求和的計(jì)算工作量和人為賦權(quán)重值的主觀偏差，然而其實(shí)現(xiàn)往往需要使用編程語(yǔ)言，操作復(fù)雜；應(yīng)用在生態(tài)修復(fù)策略的制定時(shí)，執(zhí)行過(guò)程中人機(jī)交互可視化差，操作難度高。

生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃往往涉及到多個(gè)行業(yè)和部門(mén)的決策人員，包括土地使用者、當(dāng)?shù)鼐用瘛⒄芾聿块T(mén)和其他利益相關(guān)者等。

以往生態(tài)修復(fù)策略的規(guī)劃和制定依賴于決策者的經(jīng)驗(yàn)判定和相關(guān)利益需求的導(dǎo)向，一方面不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的修復(fù)，另一方面成本耗費(fèi)與經(jīng)濟(jì)效益不能達(dá)到最優(yōu)化，缺乏系統(tǒng)的決策分析方法和多目標(biāo)優(yōu)化方法的科學(xué)支撐，資源往往不能得到合理分配和有效利用，阻礙了生態(tài)修復(fù)目標(biāo)的全面和高效地實(shí)現(xiàn)。

因此，現(xiàn)提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多目標(biāo)修復(fù)的流域生態(tài)修復(fù)策略的決策分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多目標(biāo)修復(fù)的流域生態(tài)修復(fù)策略的決策分析方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種流域生態(tài)修復(fù)策略的決策分析方法，其包括如下步驟：

步驟一、建立流域水生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并根據(jù)其設(shè)定生態(tài)修復(fù)目標(biāo)；

步驟二、根據(jù)流域生態(tài)修復(fù)目標(biāo)，篩選生態(tài)修復(fù)措施；

步驟三、構(gòu)建包含決策變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件的生態(tài)修復(fù)多目標(biāo)優(yōu)化模型；

步驟四、求解多目標(biāo)優(yōu)化模型，按需求選擇生態(tài)修復(fù)組合方案。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的流域生態(tài)修復(fù)策略的決策分析方法，其特征在于：在步驟一中，建立流域水生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)，從水生態(tài)壓力(pressure)、水生態(tài)狀態(tài)(state)、生態(tài)功能(function)和響應(yīng)特征(response)四個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建壓力-狀態(tài)-功能-響應(yīng)PSFR評(píng)價(jià)模型。

在進(jìn)行流域水生態(tài)安全評(píng)價(jià)時(shí)，以子流域?yàn)榛镜脑u(píng)價(jià)單元，在數(shù)字高程DEM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對(duì)流域進(jìn)行子流域劃分提取；對(duì)子流域內(nèi)的土地利用、污染物排放、年鑒統(tǒng)計(jì)、環(huán)統(tǒng)報(bào)告、水質(zhì)參數(shù)、魚(yú)類和大型底棲動(dòng)物狀態(tài)等數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行資料收集和實(shí)地調(diào)查，并獲取具體指標(biāo)參數(shù)。

建立構(gòu)建壓力-狀態(tài)-功能-響應(yīng)PSFR評(píng)價(jià)模型時(shí)，其包括以下步驟：

S1、對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；

S2、采用指標(biāo)權(quán)重來(lái)反映個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)在流域水生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系中的相對(duì)重要性；

S3、通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)求和，計(jì)算生態(tài)安全指數(shù)ESI得分，以該指數(shù)評(píng)價(jià)流域整體的水生態(tài)安全狀況。

在步驟S1中，對(duì)于正向指標(biāo)，通過(guò)以下方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，通過(guò)以下方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

上述(1)和(2)式中：Si為i指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，Xi為i指標(biāo)的原始值，Xmax、Xmin分別為i指標(biāo)在評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)最大值和最小值。

在步驟S2中，采用變異系數(shù)法確定各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的初步權(quán)重Wj’式(3-5)；

計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差：

根據(jù)均值和標(biāo)準(zhǔn)差得到變異系數(shù)：