一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法

本申请涉及多目标优化调控，特别涉及一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法。

背景技术：

1、联合国粮食及农业组织(fao)指出开展水-能源-粮食纽带关系的研究旨在帮助提高当前各项资源的管理水平，从而制定科学、合理的可持续发展战略。因此，如何制定水-能源-粮食纽带的协同优化调控方案，全面提升区域的水、能源和粮食安全，对于区域经济社会与生态环境的全面协调可持续发展具有重要意义。

2、现有技术中，专利公开号为cn114663254a的《一种水资源-粮食-能源-生态协同调控方法》包括水粮能生协同调控模型的构建和针对某地区实际情况进行协同调控方案的优化求解，水粮能生协同调控模型包括水循环模块、水资源调配模块、粮食生产模块、能源模块和层次化需水预测模块五部分；所述协同调控方案的优化求解包括单方案寻优和多情景比选两步。该现有技术耦合水资源系统、粮食系统、能源系统和生态系统，将四者的互馈关系纳入区域水资源协同调控范畴，通过构建协同发展目标，将水粮能生系统间的互馈关系纳入区域水资源协同调控范畴，基于nsga-ii和耦合协调度提出协同优化算法进行单方案寻优，构建综合协同指数实现多情景比选，为区域水粮能生系统可持续和协同发展提供理论技术支撑。

3、受自然环境多变性和人类活动的影响，水-能源-粮食纽带中存在着大量不确定性因素，并且这种不确定性会随着部门之间的互馈关系而传递，然而，上述现有技术并未对不确定性因素的影响进行研究，资源管理风险较高。

技术实现思路

1、本申请提供了一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，用以解决现有的水-能源-粮食纽带多目标优化调控技术中不确定性因素带来的资源管理风险较高的问题。

2、一方面，本申请提供了一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，包括以下步骤：

3、步骤一，构建考虑不确定性的水-能源-粮食纽带多目标优化调控模型。

4、步骤二，结合模糊多目标规划理论和机会约束规划理论，提出基于机会约束的模糊多目标规划求解方法。

5、步骤三，采用所述基于机会约束的模糊多目标规划求解方法对所述考虑不确定性的水-能源-粮食纽带多目标优化调控模型求解，得到若干个给定违规概率情景下的备选调控方案。

6、步骤四，对所述备选调控方案进行多目标权衡分析和风险决策分析，得到备选调控方案中的最优调控方案。

7、在一种可能的实现方式中，步骤一包括：

8、构建考虑不确定性的水-能源-粮食纽带多目标优化调控模型的目标函数。

9、构建考虑不确定性的水-能源-粮食纽带多目标优化调控模型的约束条件。

10、在一种可能的实现方式中，步骤一中，所述目标函数包括：社会目标、经济目标和环境目标。

11、在一种可能的实现方式中，步骤一中，所述约束条件包括：可供水量约束、灌溉需水量约束、供水能力约束、能源可用性约束、粮食安全性约束、土地政策约束、配置公平性约束、碳排放与水体污染物排放约束和非负约束。

12、在一种可能的实现方式中，步骤二中，所述基于机会约束的模糊多目标规划求解方法包括：

13、约束不确定性多目标规划问题。

14、构建目标函数的线性隶属函数和约束条件的线性隶属函数。

15、引入决策满意度，将不确定性多目标规划问题转化为单目标规划问题。

16、基于随机变量引入违规概率，将不确定性约束条件转化为确定性形式。

17、将不确定性多目标规划问题转化为确定性单目标规划问题。

18、在一种可能的实现方式中，步骤三包括：

19、采用所述基于机会约束的模糊多目标规划求解方法将所述考虑不确定性的水-能源-粮食纽带多目标优化调控模型转化为确定性单目标规划模型。

20、采用非支配排序遗传算法ii对所述确定性单目标规划模型求解，得到若干种给定违规概率情景下的备选调控方案。

21、在一种可能的实现方式中，步骤四中，所述多目标权衡分析包括：判断目标之间的竞争关系和协同关系。

22、在一种可能的实现方式中，步骤四中，所述风险决策分析包括：根据多目标的权衡关系、风险可接受阈值、方案实施成本和风险补偿机制选择备选调控方案中的最优调控方案。

23、本申请中的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，具有以下优点：

24、通过基于机会约束的模糊多目标规划求解方法将考虑不确定性的水-能源-粮食纽带多目标优化调控模型转化为确定性单目标规划模型，降低了不确定性因素带来的资源管理风险。

25、提出的目标函数包括：社会目标、经济目标和环境目标，量化了水资源、能源和粮食(耕地)资源之间的互馈关系并协调了资源分配公平性、经济发展高效性和生态环境可持续性。

26、提出的约束条件包括：可供水量约束、灌溉需水量约束、供水能力约束、能源可用性约束、粮食安全性约束、土地政策约束、配置公平性约束、碳排放与水体污染物排放约束和非负约束，通过在建立约束条件时考虑不确定性因素，提高了后续对模型求解的科学性。

27、通过多目标权衡分析判断目标之间的竞争关系和协同关系，有助于最优调控方案的选择。

28、通过风险决策分析，根据多目标的权衡关系、风险可接受阈值、方案实施成本和风险补偿机制选择备选调控方案中的最优调控方案，提高了调控方案的科学性和可靠性。

技术特征：

1.一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤一包括：

3.根据权利要求2所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤一中，所述目标函数包括：社会目标、经济目标和环境目标。

4.根据权利要求2所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤一中，所述约束条件包括：可供水量约束、灌溉需水量约束、供水能力约束、能源可用性约束、粮食安全性约束、土地政策约束、配置公平性约束、碳排放与水体污染物排放约束和非负约束。

5.根据权利要求1所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤二中，所述基于机会约束的模糊多目标规划求解方法包括：

6.根据权利要求1所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤三包括：

7.根据权利要求1所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤四中，所述多目标权衡分析包括：判断目标之间的竞争关系和协同关系。

8.根据权利要求1所述的一种水-能源-粮食纽带多目标优化调控方法，其特征在于，步骤四中，所述风险决策分析包括：根据多目标的权衡关系、风险可接受阈值、方案实施成本和风险补偿机制选择备选调控方案中的最优调控方案。

技术总结本发明公开了一种水‑能源‑粮食纽带多目标优化调控方法，包括以下步骤：构建考虑不确定性的水‑能源‑粮食纽带多目标优化调控模型；结合模糊多目标规划理论和机会约束规划理论，提出基于机会约束的模糊多目标规划求解方法；对考虑不确定性的水‑能源‑粮食纽带多目标优化调控模型求解，得到若干个给定违规概率情景下的备选调控方案；对备选调控方案进行多目标权衡分析和风险决策分析，得到备选调控方案中的最优调控方案。本申请通过基于机会约束的模糊多目标规划求解方法将考虑不确定性的水‑能源‑粮食纽带多目标优化调控模型转化为确定性单目标规划模型，降低了不确定性因素带来的资源管理风险。技术研发人员：王新奎,蒋昌波,杨家亮,隆院男,龙秋波,周光青,李佳受保护的技术使用者：长沙理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9