煤炭资源开采权分配二层决策优化方法技术

本发明专利技术涉及煤炭资源开采权分配技术，其公开了一种煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，解决传统技术中煤炭资源开采权分配不合理，未能综合考虑各项影响因素的问题。该方法包括：a.确定煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数和约束条件；b.确定煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数和约束条件；c.根据上、下层决策的目标函数和约束条件构建二层多目标决策优化全局模型；d.对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解。

【技术实现步骤摘要】
煤炭资源开采权分配二层决策优化方法
本专利技术涉及煤炭资源开采权分配技术，具体涉及一种煤炭资源开采权分配二层决策优化方法。
技术介绍
水资源和煤炭资源是经济和社会发展不可分割的关键因素。一方面，在水资源的开发和消费的每一个环节都使用煤炭，包括水的利用和水的处理。另一方面，煤炭开采过程需要大量的水用于采矿设备的冷却、除尘、隧道清洗、灭火和其他用途。此外，煤炭仍然是中国的主要能源消费选择，约占中国国内能源消费总量的68.7％。煤炭开采对国民经济的稳定发展做出了巨大的贡献。但是，考虑到人口的增长，能源部门将继续扩大，增加了国家的用水需求。工业用水量的很大一部分被归因于煤炭工业。更糟糕的是，煤炭企业追求个人利益，忽视煤炭行业造成的环境问题，造成煤水冲突日益严重。因此，建立一个公平合理的基于环境保护和经济发展的开采配额分配方案，综合考虑政府、煤矿企业的利益，是解决煤水冲突问题的关键手段。现有技术中，煤炭资源开采权分配方案很难综合考虑上下层决策者的利益、对环境的保护、经济的发展和分配的公平合理性，没有很好的从根本上解决煤炭资源的开采权分配问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，解决传统技术中煤炭资源开采权分配不合理，未能综合考虑各项影响因素的问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是：煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，包括以下步骤：a.确定煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数和约束条件；b.确定煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数和约束条件；c.根据上、下层决策的目标函数和约束条件构建二层多目标决策优化全局模型；d.对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解。作为进一步优化，步骤a中，所述煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数为：其中，F表示政府的财政收入函数，R1是收入所得税的税率，R2是水资源环境保护税率，R3是资源开采税税率，Cijk是矿区i的煤矿在第j个煤层第k个季节的价格，Xijk是在矿区i的第j个煤层第k个季节开采的煤矿数量，为矿区i的第j个煤层第k个季节每吨煤的排水系数，Yi是政府给矿区i分配的开采额。作为进一步优化，步骤a中，所述煤炭资源开采权分配的上层决策的约束条件包括：①环境保护约束：其中pos是一个概率测度函数，L是煤矿允许的最大地下水排放量，σ表示由政府选择的概率置信水平，这种约束不能直接计算，因此转换成下面的形式。其中，是梯形模糊数的参数；②总开采配额约束：其中，Dl为煤矿需要向矿区i供应的最低煤炭量，RU为矿区i能被开采的煤炭总量；③税收制度约束：其中，Bi为矿区i基本作业所需的煤量，Uijk为矿区i的第j个煤层在第k个季节的最大开采量；④煤矿企业公平性约束：Zi≥β(6)其中，β为由政府确定的最小满意度，Zi是矿区i的煤炭企业的满意度；⑤矿区分配配额的合理化约束：其中，ρ表示允许开采量与实际开采量之间的差距。作为进一步优化，步骤b中，所述煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数为：其中，Gi表示第i个矿区的经济效益；Cijk表示煤矿在第i个矿区第j个煤层第k个季节的价格；Tijk表示煤矿在第i个矿区第j个煤层第k个季节的成本。作为进一步优化，步骤b中，所述煤炭资源开采权分配的下层决策的约束条件为：①矿区开采配额约束：②矿区采矿数量约束：Dijk≤Xijk≤Uijk(10)Dijk为矿区i在第k个季节在j个煤层维持基本运作的采矿数量，Uijk为矿区i在第k个季节在第j个煤层的最大的采矿能力；③污水处理能力约束：Qijk为矿区i在第j个煤层第k个季节的污水处理能力；④环境保护约束：μ表示排出的污水相比上一个周期的减少率，Mi为矿区i可以承受的的最大地下水排量，Vijk表示矿区i在第j个煤层第k个季节的排除的污水量，Vij(k-1)表示矿区i在第j个煤层第(k-1)个季节的排除的污水量；Vo表示最开始，即第0个阶段的污水量。作为进一步优化，步骤c中，所述构建的二层多目标决策优化全局模型具体为：约束于：作为进一步优化，步骤d中，在对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解之前，将不确定因素的随机变量进行模糊数处理，转换为确定性变量。作为进一步优化，步骤d中，对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解具体包括：d1、找到上层模型的可行域；d2、随机选择上层模型可行域内初始的最优解并记为d3、把上层模型的最优解带入下层模型，计算下层模型的最优解d4、把下层模型的最优解代回上层模型，计算上层模型的最优解并记为d5、将上层模型的最优解代入下层模型，计算下层模型的最优解d6、重复步骤d4和d5，直至迭代到一定次数w，并且满足则停止迭代，获取最终的最优解。作为进一步优化，所述w＝200万次。本专利技术的有益效果是：建立的二层多目标模型既考虑了政府与煤炭企业的斯坦伯格博弈关系，又能综合考虑上下层决策者的利益、对环境的保护、经济的发展、分配的公平合理性；此外，该模型还考虑了不同煤层的开采活动以及季节的影响；可以帮助政府制定一项更具有战略意义的采矿配额计划，重点是环境保护和煤矿开采配额。因此，该模型的提出不仅可以提出合理的开采配额，而且可以保证可持续发展。附图说明图1为煤炭资源开采权分配二层决策框架示意图；图2为本专利技术中的煤炭资源开采权分配二层决策优化方法流程图。具体实施方式本专利技术旨在提出一种煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，解决传统技术中煤炭资源开采权分配不合理，未能综合考虑各项影响因素的问题。如图1所示，本专利技术采用双层规划来描述煤炭资源开采权分配中政府与煤炭企业的斯坦伯格博弈关系。这是一个单一领导者，多个追随者的二层模型，在这个模型中，政府作为领导者，按照历史数据，同时通过一些限制来维持可持续发展和公平，首先制定一个对应每个矿区的采矿配额，将煤炭的开采权分给n个煤炭企业对应矿区。然后n个煤矿企业作为下层跟随者，必须按照政府规定创建采矿计划。事实上，因为地质条件不同，不同煤层的煤质不同，季节变化对矿业活动的影响。所以煤矿企业的需要根据季节和煤层的性质，制定合理的开采方案，然后将方案反馈给政府。经过几次这样的交互过程，政府调整对应的矿区开采配额，煤矿企业调整相应的采矿方案，最终得到一个双方都满意的结果。本专利技术提出的煤炭资源开采权分配二层决策优化方法如图2所示，其包括以下步骤：a.确定煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数和约束条件；b.确定煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数和约束条件；c.根据上、下层决策的目标函数和约束条件构建二层多目标决策优化全局模型；d.对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解。下面对实施方案进行具体说明：1、上层决策过程：上层模型的目标函数：在模型中，政府作为领导者，设置整体布局，然后设定开采配额。政府的目标是收入最大化的同时，考虑经济发展和环境保护。其中，F表示政府的财政收入函数，R1是收入所得税的税率，R2是水资源环境保护税率，R3是资源开采税税率，Cijk是矿区i的煤矿在第j个煤层第k个季节的价格，Xijk是在矿区i的第j个煤层第k个季节开采的煤矿数量，为矿区i的第j个煤层第k个季节每吨煤的排水系数，Yi是政府给矿区i分配的开采额。上层模型的约束条件：(1)保证对环境的保护：其中pos是一个概率测度函数，L是煤矿允许的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，其特征在于，包括以下步骤：a.确定煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数和约束条件；b.确定煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数和约束条件；c.根据上、下层决策的目标函数和约束条件构建二层多目标决策优化全局模型；d.对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解。

【技术特征摘要】
1.煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，其特征在于，包括以下步骤：a.确定煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数和约束条件；b.确定煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数和约束条件；c.根据上、下层决策的目标函数和约束条件构建二层多目标决策优化全局模型；d.对所述二层多目标决策优化全局模型进行求解。2.如权利要求1所述的煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，其特征在于，步骤a中，所述煤炭资源开采权分配的上层决策的目标函数为：其中，F表示政府的财政收入函数，R1是收入所得税的税率，R2是水资源环境保护税率，R3是资源开采税税率，Cijk是矿区i的煤矿在第j个煤层第k个季节的价格，Xijk是在矿区i的第j个煤层第k个季节开采的煤矿数量，为矿区i的第j个煤层第k个季节每吨煤的排水系数，Yi是政府给矿区i分配的开采额。3.如权利要求2所述的煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，其特征在于，步骤a中，所述煤炭资源开采权分配的上层决策的约束条件包括：①环境保护约束：其中pos是一个概率测度函数，L是煤矿允许的最大地下水排放量，σ表示由政府选择的概率置信水平；式(2)被转换为：其中，ri1,ri2是梯形模糊数的参数；②总开采配额约束：其中，Dl为煤矿需要向矿区i供应的最低煤炭量，RU为矿区i能被开采的煤炭总量；③税收制度约束：其中，Bi为矿区i基本作业所需煤量，Uijk为矿区i的第j个煤层在第k个季节的最大开采量；④煤矿企业公平性约束：Zi≥β(6)其中，β为由政府确定的最小满意度，Zi是矿区i的煤炭企业的满意度；⑤矿区分配配额的合理化约束：其中，ρ表示允许开采量与实际开采量之间的差距。4.如权利要求3所述的煤炭资源开采权分配二层决策优化方法，其特征在于，步骤b中，所述煤炭资源开采权分配的下层决策的目标函数为：其中，Gi表示第i个矿区的经济效益；Cijk表示煤矿在第i个矿区第j个煤层第k个季...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚黎明，颜诗雨，吕程炜，徐忠雯，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51