考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法技术

本发明专利技术提供一种考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，包括：步骤1.构建水库多目标优化调度模型，以历史实测径流作为模型输入，求解确定Pareto非裂解集；步骤2.将Pareto非裂解集在系列预测情景下进行模拟调度，以各个非裂解在气候变化条件下的多目标期望效益与期望风险构建评价指标矩阵，针对Pareto非裂解集均采用可视化分析技术定性识别各目标之间的相互关系和传递性；步骤3.基于评价指标矩阵结果定量计算三类路径系数；步骤4.建立以目标类型为坐标轴的空间坐标系，将三类路径系数点绘至坐标系中计算多种空间距离，将空间距离转化为评价指标权重，结合相应的评价指标确定最满意的水库多目标调度方案。

Multi-objective Decision-making Method Considering Sustainable Utilization of Reservoir Dispatching Schemes

The invention provides a multi-objective decision-making method considering the sustainable utilization of reservoir dispatching schemes, including: step 1. Constructing a multi-objective optimal dispatching model of reservoir, using historical measured runoff as input of the model, solving and determining Pareto non-splitting set; step 2. Simulating dispatching Pareto non-splitting set under a series of forecasting scenarios to take multi-objective of each non-splitting under climate change conditions. The evaluation index matrix is constructed for the expected benefits and expected risks, and the visualization analysis technology is used to identify the relationship and transitivity between the targets qualitatively for the Pareto non-splitting set. Step 3. Quantitative calculation of three types of path coefficients based on the results of the evaluation index matrix; Step 4. Establishment of a spatial coordinate system with the target type as the coordinate axis, and mapping the three types of path coefficients into the coordinate system for calculation. Various spatial distances are transformed into evaluation index weights, and the most satisfactory multi-objective reservoir dispatching scheme is determined by combining the corresponding evaluation indexes.

【技术实现步骤摘要】
考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法
本专利技术属于水库调度
，具体涉及考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法。技术背景气候变化影响下，水资源的时空分配和径流特性发生改变，洪涝、干旱灾害不断加剧、水资源供需矛盾也日益凸显，社会经济的正常发展面临着巨大的挑战。水库作为有效解决水资源分配的重要工程措施，具有防洪、发电、供水、航运、生态等功能与任务。水库多目标优化调度，能够同时实现多个水库兴利任务的效益最大化与防洪任务的灾害最小化，但是，由于各个目标之间的不可约性，由多目标优化所产生的非裂解集(多组调度方案)为决策者选择合适调度方案带来了困扰。多目标决策方法是帮助决策者解决这一问题必不可少的工具。在气候变化影响愈加显著的时代背景下，越来越多的多目标决策方法正在将气候变化不确定性考虑在内，以使得所推荐的决策方案能够适应气候变化。在水资源管理领域，现有的考虑气候变化不确定性的多目标决策方法主要是分为以下两种：(1)依托于气候变化条件下的气象水文预测结果，通过水库多目标优化调度模型提取适用于气候变化条件的非裂解集(多组调度方案)，然后根据可靠性、脆弱性、回弹性等评价指标，结合经典多目标决策技术(例如：TOPSIS、投影追踪法、层次分析法、模糊优选决策法等)，确定推荐的调度方案；(2)考虑气候变化的深度不确定性，通过权衡决策方案在未来气候变化条件下的稳健性与机遇性，实施稳健式决策方法，该方法将决策者偏好、基于气候条件的失效阈值考虑在内，具体的分类为，多目标稳健决策法(Multi-objectiveRobustDecisionMaking,MORDM)、实物期权法(RealOptionAnalysis,ROA)、决策尺度法(DecisionScaling,DS)以及动态自适应的决策路径法(DynamicAdaptivePolicyPathways,DAPP)。但是，在现有的技术中存在如下问题：(1)气候变化本身是一件不确定的事情，且历史实测径流依旧是当前水库管理的重要依据，而现有的方法一却忽略了对于历史实测径流的应用，且方法的应用有效性局限于所研究的气候变化条件下；(2)考虑气候变化深度不确定性的决策方法二主要是宏观的考虑了决策方案的稳健性和机遇性，尚未从水库所承担的多种调度任务本身出发进行分析，并且，决策者变动这一人为因素的影响会使决策过程变得更为复杂化。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，该方法提供的水库调度方案不仅能最大化以历史实测径流为依托的近期多目标利益，也能确保长期气候变化影响下的多目标效益最佳与风险最小，从而实现水库调度决策结果从一致性水文条件到气候变化条件下的可持续性利用。本专利技术为了实现上述目的，采用了以下方案：如图1所示，本专利技术提供了一种考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.构建水库多目标优化调度模型，以历史实测径流作为模型输入，采用基于直接策略搜索思路的非支配排序遗传算法-II(Non-DominatedSortingGeneticAlgorithm-II,NSGA-II)进行求解，确定Pareto非裂解集(多种调度方案)；步骤2.对未来气候变化条件下多种径流情景进行预测，将Pareto非裂解集在系列预测情景下进行模拟调度，进而以各个非裂解在气候变化条件下的多目标期望效益与期望风险来构建评价指标矩阵，此外，针对Pareto非裂解集的历史优化与未来模拟结果，均采用可视化分析技术定性识别各目标之间的相互关系以及这一关系在历史和未来间的传递性；步骤3.基于评价指标矩阵结果，采用结构方程模型(StructuralEquationModel,SEM)定量计算三类路径系数，包括：表征多目标之间相互关系的路径系数、表征效益型因子对各目标影响大小的路径系数和表征风险型因子对各目标影响大小的路径系数；步骤4.建立以目标类型为坐标轴的空间坐标系，将步骤3中的三类路径系数点绘至坐标系中，再根据平面形心与空间距离的理念，计算多种空间距离，进而将空间距离转化为评价指标权重，最后结合相应的评价指标，确定最满意的水库多目标调度方案，即称之为基于空间坐标系的多目标决策模型(themulti-objectivedecision-makingmethodbasedontheSpaceCoordinateSystem,SCS-MODM)。本专利技术提供的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，还可以具有以下特征：在步骤1中，多目标优化调度函数为：MaxB1,B2,...,BK(1)式中：B1,B2,...,BK为需要同时优化的水库K个效益目标；这些效益目标均是以历史实测径流为模型输入的结果。本专利技术提供的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，还可以具有以下特征：在步骤2中，评价指标矩阵为：式中：ecf,l为第f个评价指标在第l个Pareto非裂解的结果；F和L分别为评价指标的总数、Pareto非裂解的总数；当下标f为奇数时，评价指标为效益型f为偶数时，评价指标为风险型且相邻的效益型、风险型指标描述同一目标类型；对于任一个Pareto非裂解，指标计算表达式如下：效益型风险型式中：和分别为期望效益值与期望风险值；和分别为第k个气候变化情景下目标类型obj所对应的效益值和风险值；的计算公式同公式(1)，但该效益值是以未来径流预测为输入的计算结果；的表达式与相应的调度目标类型、研究案例有关；ps为第s个未来径流预测情景的概率；S为未来径流预测情景总数。此外，步骤2中的可视化分析技术不仅描述了基于历史优化效益下的多目标关系，还从未来气候变化下效益侧与风险侧两个方面，对多目标关系也进行了描述，并探究了不同径流条件下多目标关系的传递性。本专利技术提供的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，对于结构方程模型SEM，各个目标互为潜变量，用于描述潜变量的观测变量为相应目标下的期望效益与期望风险，在SEM路径图中，各个目标之间以双箭头连接，共有K个子观测模型和1个结构模型，SEM的输入为：针对各个目标下，由每一个Pareto非裂解在所有未来径流预测条件中获得的期望效益与期望风险的标准化结果；路径系数的计算采用自由尺度最小二乘法。本专利技术提供的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，还可以具有以下特征：在步骤3中，对于结构方程模型SEM，各个目标互为潜变量，用于描述潜变量的观测变量为相应目标下的期望效益与期望风险，在SEM路径图中，各个目标之间以双箭头连接，共有K个子观测模型和1个结构模型，可参见图2的示意图；SEM的输入为：针对各个目标下，由每一个Pareto非裂解在所有未来径流预测条件中获得的期望效益与期望风险的标准化结果；路径系数的计算采用自由尺度最小二乘法；评价指标的标准化计算公式为：效益型风险型式中：nvf,l为第f个评价指标在第l个Pareto非裂解的标准化结果；ecf,min和ecf,max分别为第f个评价指标在所有Pareto非裂解中的最小值与最大值。本专利技术提供的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，还可以具有以下特征：在步骤4中，以各个目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.构建水库多目标优化调度模型，以历史实测径流作为模型输入，采用基于直接策略搜索思路的非支配排序遗传算法‑II进行求解，确定Pareto非裂解集；步骤2.对未来气候变化条件下多种径流情景进行预测，将Pareto非裂解集在系列预测情景下进行模拟调度，进而以各个非裂解在气候变化条件下的多目标期望效益与期望风险来构建评价指标矩阵，此外，针对Pareto非裂解集的历史优化与未来模拟结果，均采用可视化分析技术定性识别各目标之间的相互关系以及这一关系在历史和未来间的传递性；步骤3.基于评价指标矩阵结果，采用结构方程模型SEM定量计算三类路径系数，包括：表征多目标之间相互关系的路径系数、表征效益型因子对各目标影响大小的路径系数和表征风险型因子对各目标影响大小的路径系数；步骤4.建立以目标类型为坐标轴的空间坐标系，将步骤3中的三类路径系数点绘至坐标系中，再根据平面形心与空间距离的理念，计算多种空间距离，进而将空间距离转化为评价指标权重，最后结合相应的评价指标，确定最满意的水库多目标调度方案。

【技术特征摘要】
1.一种考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.构建水库多目标优化调度模型，以历史实测径流作为模型输入，采用基于直接策略搜索思路的非支配排序遗传算法-II进行求解，确定Pareto非裂解集；步骤2.对未来气候变化条件下多种径流情景进行预测，将Pareto非裂解集在系列预测情景下进行模拟调度，进而以各个非裂解在气候变化条件下的多目标期望效益与期望风险来构建评价指标矩阵，此外，针对Pareto非裂解集的历史优化与未来模拟结果，均采用可视化分析技术定性识别各目标之间的相互关系以及这一关系在历史和未来间的传递性；步骤3.基于评价指标矩阵结果，采用结构方程模型SEM定量计算三类路径系数，包括：表征多目标之间相互关系的路径系数、表征效益型因子对各目标影响大小的路径系数和表征风险型因子对各目标影响大小的路径系数；步骤4.建立以目标类型为坐标轴的空间坐标系，将步骤3中的三类路径系数点绘至坐标系中，再根据平面形心与空间距离的理念，计算多种空间距离，进而将空间距离转化为评价指标权重，最后结合相应的评价指标，确定最满意的水库多目标调度方案。2.根据权利要求1所述的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，其特征在于：在所述步骤1中，多目标优化调度函数为：MaxB1,B2,...,BK(1)式中：B1,B2,...,BK为需要同时优化的水库K个效益目标；这些效益目标均是以历史实测径流为模型输入的结果。3.根据权利要求2所述的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，其特征在于：在所述步骤2中，评价指标矩阵为：式中：ecf,l为第f个评价指标在第l个Pareto非裂解的结果；F和L分别为评价指标的总数、Pareto非裂解的总数；当下标f为奇数时，评价指标为效益型f为偶数时，评价指标为风险型且相邻的效益型、风险型指标描述同一目标类型；对于任一个Pareto非裂解，指标计算表达式如下：效益型风险型式中：和分别为期望效益值与期望风险值；和分别为第k个气候变化情景下目标类型obj所对应的效益值和风险值；的计算公式同公式(1)，但该效益值是以未来径流预测为输入的计算结果；的表达式与相应的调度目标类型、研究案例有关；ps为第s个未来径流预测情景的概率；S为未来径流预测情景总数。4.根据权利要求1所述的考虑水库调度方案可持续性利用的多目标决策方法，其特征在于：在所述步骤3中，对于结构方程模型SEM，各个目标互为潜变量，用于描述潜变量的观测变量为相应目标下的期望效益与期望风险，在SEM路径图中，各个目标之间以双箭头连接，共有K个子观测模型和1个结构模型，SEM的输入为：针对各个目标下，由每一个Par...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，刘攀，谢艾利，桂梓玲，巩钰，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42