《环境规划》课件5.3环境规划的技术方法(3)

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,零时间组织决策权配置与授权机制研究,*,单击此处编辑母版标题样式,2008,年,11,月,第,4,章,环境规划的技术方法,1,、环境评价方法,2,、环境预测方法,3,、环境决策方法,教学内容,1,决策学,什么是决策？,决策是,“,人,”,对未来实践活动的理想、意图、目标、方向和达到理想、意图、目标和方向的原则、方法和手段所做的决定。,决策的本质及哲学意义是在主观与客观、理论与实践这个矛盾对立统一体不断运动、变化和发展过程中，主观或理论对客观世界的认识和对未来实践的驾驭能力。,什么是决策学？,决策学是研究、探索和寻求做出正确决策的规律的科学；包括决策学范畴、决策要素、决策原则、决策方法、决策程序和决策组织等方面。,什么是决策分析？,决策分析是指在决策过程中所采用的决策技术。,预测技术与方法,预测目的是为决策系统提供制定决策所必须的未来信息。,列宁：神奇的预言是童话。科学的预言却是事实。,决策系统基本结构,1,决策学,决策主体,决策对象,相互作用信息,决策系统,输出,决策结果,输入,外界信息,决策主体,(,或决策者,),：对客观情况、主观条件及事物发展变化规律的掌握；而且采用科学决策方法。举例：刘邦和项羽。,决策对象,(,或决策问题,),：待解决的问题称为。,信息：内信息和外信息,决策分析方法（决策工具）,决策结果,决策学的发展,定性决策向定量决策发展,系统工程学、仿真技术、预测学，当代新数学,(,如运筹学、博弈论、排队论、对策论、模糊数学等,),引进决策与管理活动中才能为决策和管理的科学化奠定可能性的基础。,单目标向多目标综合发展,关于山西煤炭基地的开发建设如何决策？,目标：煤产量；资金；土地占用；环境破坏；是否建坑口电站；供电还是供煤等。,1,决策学,2,环境决策过程及其特征,一般环境规划的决策过程从广义上看包括,5,个基本程序环节。,环境规划的决策过程,确定决策目标,拟定可行方案,选择适当决策分析方法,选择最佳行动方案,方案实施,系统分析,系统设计,系统评价,系统实施,非结构化特征,结构化决策,(,又称程序化决策,),：决策问题结构良好，可用数学模型刻画；有明确的目标和判断准则；可借助计算机处理；,非结构化决策,(,也称非程序化决策,),：涉及的信息知识有很大程度的模糊性和不确定性；无法准确逻辑判断；缺乏决策规则；,半结构化决策,环境系统规划总体具有半结构化或非结构化决策问题特征。,多目标特征,价值观念的特征,所谓”价值“：泛指规划主体对评价对象所具有的作用、意义的认识和估计。,2,环境决策过程及其特征,环境规划决策的特征,线性规划是一种最基本、最重要的最优化技术。,运筹学即为最优化技术。,3,单目标决策技术,3.1,线性规划方法,运筹学,(Operational Research),作为科学名字出现在,20,世纪,30,年代。当时英，美为对付德国的空袭，研究如何合理运用雷达而产生的。,经过几十年的发展，运筹学从最初运用于军事领域，发展到应用于城市管理，生产计划，库存管理，生产计划，市场营销，工程的优化设计等领域。,运筹学包括许多分支，如,线性规划,，非线性规划，整数规划，,目标规划,，,动态规划,等。,应用运筹学处理问题有两个重要的特点：从全局的观点出发；通过建立模型，对要求解的问题得到最合理的决策。,线性规划问题的描述,: (1),通过一组未知量,(,又称决策变量,),表示规划的待定方案；未知量的确定值代表具体方案；通常要求未知量取值为非负；,(2),对于规划的对象，存在若干限制条件。限制条件均以未知量的线性等式或不等式约束来表达；,(3),存在目标要求，目标由未知量的线性函数来表示。,3.1,线性规划方法,由,n,个决策变量构成,向量，即规划问题的备选方案,由目标函数中决策变量的系数构成的向量。,线性规划中的目标函数代表了规划方案选择的评价准则，集中体现了决策分析中最主要的决策要求。,线性规划采用单纯形法、两阶段法进行求解。,线性规划（,Linear Programming,）,靠近某河流有两个化工厂,(,见图,1-1),。流经第一个工厂的河水流量是每天,500,万立方米；在两个工厂之间有一条流量为每天,200,万立方米的支流。第一个工厂每天排放工业污水,2,万立方米；第二个工厂每天排放出工业污水,1.4,万立方米。从第一个工厂排出的污水流到第二个工厂之前 ，有,20,可自然净化。根据环保要求，河流中工业污水的含量应不大于,0.2,。若这两个工厂都各自处理一部分污水，第一个工厂处理污水的成本是,1000,元万立方米，第二个工厂处理污水的成本是,800,元万立方米。现在要想在满足环保要求的条件下，每厂各应处理多少污水，才能使两厂总的处理污水费用最小,?,这个环保问题可归纳为满足约束条件,:,2,x 5000.2%,(2- x )(1-20%),1.4,x,(500+200) 0.2%,0 x 2,0x 1.4,使得,z=1000x +800x,最小。,这个环保问题可归纳为：,满足约束条件,使得 最小。,线性规划：目标函数和约束条件是决策变量的线性函数。,非线性规划：目标函数或约束条件中，至少存在一个决策变量的非线性函数。,3.2,非线性规划,例：污水处理中规模,Q,与效率的经济效应,污水处理厂规模增大，处理单位污水所需要的基建费用与运行费用都会相对下降；,污水处理效率的提高，单位污染物所需费用增加。,这时费用关系均为非线性函数。,求解方法：解析法；,数值法,(,梯度法，,拉格朗日乘子法,),动态规划：处理解决多阶段最优化问题的数学方法。该方法是由,20CC50,年代美国数学家贝尔曼,(R Bellman),等人针对多阶段决策问题的特点，提出解决这类问题的最优化原理。,多阶段决策过程问题：是指对由一系列相互联系的阶段活动构成的过程。,多阶段决策过程最优化目标是要达到活动过程的总体效果最优。各阶段有机联系，本阶段决策的执行会影响下一阶段的决策，以致影响总体。决策这不仅考虑本阶段最优，还应考虑全局最优。,例子,：生产与存储问题；投资决策；设备更新；,3.3,动态规划,最短路线问题,如图所示，结定一个线路网络图，要从,A,地向,F,地铺设一条输油管道，各点间连线上的数字表示距离，问应选择什么路线，可使总距离最短,?,经过最终确定最短污水管线路径为：,A,B1,C2,D1,E2,F2,G,，长度为,18,。,环境问题涉及经济、社会、环境等方面，是一个多目标问题。,多目标决策例子,4,多目标决策技术,1,2,4,3,5,6,7,第一目标值,f1,第,二,目,标,值,f2,图中是双目标规划问题，共包括,7,个方案。,3,比,2,好，,4,比,1,好；,7,比,3,好，,5,比,4,好；但,5,，,6,，,7,之间难以确定其优劣，称为非劣解,(,或有效解,),，其余称为劣解。,某河流长,800km,，流域面积 。河流上游建有水库，蓄水面积,电站装机容量 ，多年平均径流量为,。水库功能以发电为主，兼顾防洪、灌溉、航运和工业给水等。近年来，由于下游河道遭严重污染，提出利用水库加大枯水临界期放流量以改善下游水质问题。,环境部门经过规划，准备在下游建设,6,座污水处理厂。为统筹调度水库的放流和污水的处理，建立下述目标函数：,多目标决策方法的应用,发电量目标：,污水处理的费用目标：,万元,1300,1400,1500,1019,1018,1020,百万度,年,发,电,量,污水处理厂年运行费,(1673.77,1020.58),(1547.01,1019.43),(1438.30,1018.70),(1397.50,1018. 15),5,一般决策问题,根据决策的外部条件，一般决策问题分为确定型决策、不确定型决策、风险型决策。,确定型决策,确定型决策：外部条件完全确定的情况下进行的决策。,例如：水污染控制系统规划，有,3,个水质目标和三个规划方案，对应不同的费用。,方案,费 用,一类标准,二类标准,三类标准,1,285,220,205,2,346,230,156,3,580,390,210,确定型决策矩阵,不确定型决策是指只知道各种方案在各种自然状态下的损益值，不知道各种自然状态发生的概率。,决策者对风险的态度，采用几种不同的准则选择方案：,大中取大准则,(,乐观原则,),；,小中取大准则,(,悲观原则,),；,大中取小原则,(,最小遗憾原则,),；,折中准则：,折中,系数，,0,1,，,当乐观时,大于,0.5,；,=1,完全乐观；,当悲观时,小于,0.5,；,=0,完全悲观；,不确定型决策,由于某工厂缺乏了解未来市场的产品需求，也无法预测未来大气污染物的发生量。根据市场需求，设计高、中、低三种自然状态，高情景表示市场需求较高的情况下，大气污染物产生量随产品产量而增加。为确定污染控制策略，根据上述三种自然状态设计三种方案：一是新建一套污染控制设备；二是扩建现有的污染控制设备；三是原有污染控制设备不动，从别的地方购买排污权。,若,=0.6,，则各方案的,系数准则收益为：,系数准则收益,=0.6 ,该方案最大收益,(1-0.6) ,该方案最小收益,例题,自然状态,污染控制方案,自然状态,污染控制方案,新建,扩建,购买,排污权,新建,扩建,购买,排污权,高情景,600,250,100,最大收益,600,250,100,中情景,50,200,100,最小收益,-200,-100,100,低情景,-200,-100,100,系数准则收益,280,110,100,某工厂污染控制方案按,系数准则决策表,风险型决策：外部条件,(,如环境质量不能确定,),，但能给出发生的概率，无论作出什么决策都有一定风险。,风险型决策,决策树法,决策点,自然,状态点,自然,状态点,结果点,结果点,概率枝,概率枝,方案分枝,方案分枝,概率枝,概率枝,结果点,结果点,结果点：环境收益或损失值。,期望值,某城市提出扩大污水处理厂的两种方案。一是建设大型污水处理厂，二是先建小型污水处理厂，如城市发展迅速，,3,年后再扩建。否则维持现状。两个方案使用期都为,10,年。大型污水处理厂需投资,600,万元；小型污水处理厂需投资,280,万元，如需扩建需追加投资,400,万元。两个方案的每年损益值及自然状态的概率见下表，应用决策树选出未来城市合理的污水处理方案。,概 率,自然状态,年收益,(,大型,),年收益,(,小型,),新建,扩建,0.7,城市发展迅速,200,80,190,0.3,城市发展缓慢,-40,60,分前,3,年和后,7,年两期来考虑。各点的期望损益值计算如下：,例 子,1,2,3,200,万元,80,万,发展缓慢,建大厂,建小厂,60,万元,点,2,：,0.720010,0.3(-40) 10-600=680,（万元）,点,5,：,1.01907-400=930,（万元）,点,6,：,1.0807=560,（万元）,点,3,：,0.7803,0.7930,0.360 (3+7)-280=719,（万元）,680,万元,719,万元,-40,万元,发展迅速,发展缓慢,4,930,万元,6,5,190,万,发展迅速,930,万元,560,万元,扩建,不扩建,前,3,年,第一次决策,第二次决策,后,7,年,例题,随着工业生产和人口数量的增加，某地区拟对污水处理设施进行改建，提出两个方案。一个方案是在原有基础上增加污水处理厂（新建）；另一个方案是在原有基础上对现有设施进行扩建（扩建）。新建污水处理厂需要投资,500,万元，扩建污水处理厂需要投资,300,万元。两个方案的每年损益值及自然状态的概率如表所示，试对两种方案进行讨论。,解：两种方案的决策树如图所示：,6,环境决策支持系统,新建,成本,500,万元,年收益,200,万元（,P=0.7,）,年收益,-60,万元（,P=0.3,）,扩建,成本,300,万元,年收益,100,万元（,P=0.7,）,年收益,40,万元（,P=0.3,）,