一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法和系统，属于生活需水预测技术领域，该方法包括：收集生活需水预测影响因子；影响因子包括常住人口、城镇化率、生活用水水价、居民人均收入和节水意识；对每个影响因子分别建立用于反应其未来演化趋势的预测方程；根据各个影响因子对应的预测方程，对待预测区域建立生活需水预测模型，并对生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验；采用经过检验的生活需水预测模型对待预测区域进行生活需水预测，得到生活需水预测结果。本发明专利技术有效避免了现有定额法仅考虑单一因子的缺陷，从模型结构和影响因子两方面提高了需水预测的有效性和准确性。

A method and system for predicting domestic water demand based on multi factor system dynamics

【技术实现步骤摘要】
一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法和系统
本专利技术属于生活需水预测领域，更具体地，涉及一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法和系统。
技术介绍
人类需水量在两个世纪间发生了极大变化，20世纪初期，全球用水量仅4000亿m3/年，1980年增至30000亿m3/年，1985年为39000亿m3/年，预计到2100年全球用水量将达到80000亿m3/年，中国需水量也将增至8814亿m3/年，随着经济的发展，水资源的供需矛盾将更加突出，进行水资源需求预测会成为各个国家地区进行水资源规划管理的重要任务。需水预测方法众多，目前较为常用的主要有用水定额法、时间序列法、系统分析法等，上述方法虽能够实现需测，但存在方法上的理论缺陷。用水定额法预测结果有一定的精度，但考虑因素单一，不能有效解释用水机理；时间序列法建立在已有历史数据的基础上，历史数据的不健全或者偏差会导致需水预测的误差，且该方法同时没有考虑驱动需水增长的各类因子；系统分析法考虑了需水涉及的各类因子，如人口、经济、环境、技术及社会因素等。系统动力学方法属于系统分析方法的一种，现有的系统动力学方法在需水研究中，存在以下缺陷，第一，因子选择不全面，传统系统动力学模型常考虑人口、城镇化率、水价等因素，忽略居民收入及居民节水意识等的影响；第二，主要通过回归方程实现关键因子的预测和估计，有时关键因子随时间的变化并不满足线性回归关系，应选择最佳模型进行模拟和预测；第三，建立的需水预测方程组多为传统定额预测法中的四则运算，没有有效体现各影响因子对需水的作用机理。<br>总体而言，现有的系统动力学方法由于考虑因素不全面、采用的预测方程不能体现影响因子的实际变化，造成预测效果差、不能有效解释用水机理的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法和系统，旨在解决现有的系统动力学方法由于考虑因素不全面、采用的预测方程不能体现影响因子的实际变化，造成预测效果差、不能有效解释用水机理的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法，包括：(1)收集生活需水预测影响因子；所述影响因子包括常住人口、城镇化率、生活用水水价、居民人均收入和节水意识；(2)对每个影响因子分别建立用于反应其未来演化趋势的预测方程；(3)根据各个影响因子对应的预测方程，对待预测区域建立生活需水预测模型，并对所述生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验；(4)采用经过检验的生活需水预测模型对待预测区域进行生活需水预测，得到生活需水预测结果。进一步地，步骤(2)具体包括：(2.1)建立人口预测方程；采用马尔萨斯人口增长模型对待预测区域内未来常住人口进行预测，得到人口预测方程：TPK＝TP0×(1+r)k其中，TPk代表k年后的常住人口数量，TP0代表基准年的常住人口数量，r为常住人口自然增长率；(2.2)建立城镇化率预测方程；采用幂函数模拟城镇水平，得到城镇化率预测方程：δ＝p×(t-t0)q其中，δ表示城镇化水平，用城镇化率表示；p为常数，代表基准年t0年城镇化率；q代表积分常数，表明城市化发展速度的快慢；(2.3)根据市场定价将生活用水水价视为常数；(2.4)建立居民人均收入预测方程：其中，RPIt代表t年时农村居民人均收入；UPIt代表代表t年时城市居民人均收入；k1代表农村居民人均收入增长率；k2代表城市居民人均收入增长率；RPI0、UPI0分别表示t0年和农村和城市居民收入；(2.5)建立节水意识预测方程：其中，K代表t年的节水意识，M为常数，θ代表节水意识增长率，θ＞-mlnm；m代表节水意识上限，0<m<1。进一步地，所述生活需水预测模型为：式中，ΔURWD、ΔRUWD、ΔDWD分别为城市生活需水增量、农村生活需水增量、生活需水总增量；DWDt代表第t年的生活需水量；DWDt-1代表t-1年的生活需水量；UPI代表城市居民人均收入；RPI代表农村居民人均收入；ΔURP代表城镇人口增加值；ΔRUP代表农村人口增加值；ΔTPK代表总人口增加值；Δδ代表城镇化增长率变化值；P生代表生活用水水价；χ代表居民收入弹性系数；φ1代表农村人口增量调节系数，表示农村人口变化对生活需水的影响程度；φ2代表城镇人口增量调节系数，表示农村人口变化对生活需水的影响程度；分别表示农村、城市生活用水水价弹性系数；K代表节水意识。进一步地，步骤(3)中所述对所述生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验，具体包括：(3.1)根据所述生活需水预测模型输出的模拟需水量与真实需水量之间的相对误差检验所述生活需水预测模型的有效性；(3.2)对所述生活需水预测模型各参数在合理范围内进行调整，根据模拟输出结论，检验所述生活需水预测模型的强壮度。本专利技术的另一目的在于提供一种基于多因子的系统动力学生活需水预测系统，包括：影响因子收集模块，用于收集生活需水预测影响因子；所述影响因子包括常住人口、城镇化率、生活用水水价、居民人均收入和节水意识；影响因子预测方程构建模块，用于对每个影响因子分别建立用于反应其未来演化趋势的预测方程；生活需水预测模型构建模块，用于根据各个影响因子对应的预测方程，对待预测区域建立生活需水预测模型，并对所述生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验；预测模块，用于采用经过检验的生活需水预测模型对待预测区域进行生活需水预测，得到生活需水预测结果。进一步地，所述影响因子预测方程构建模块包括：人口预测方程构建单元、城镇化率预测方程构建单元、生活用水水价预测方程构建单元、居民人均收入预测方程构建单元和节水意识预测方程构建单元；所述人口预测方程构建单元，用于采用马尔萨斯人口增长模型对待预测区域内未来常住人口进行预测，得到人口预测方程：TPK＝TP0×(1+r)k其中，TPk代表k年后的常住人口数量，TP0代表基准年的常住人口数量，r为常住人口自然增长率；所述城镇化率预测方程构建单元，用于采用幂函数模拟城镇水平，得到城镇化率预测方程：δ＝p×(t-t0)q其中，δ表示城镇化水平，用城镇化率表示；p为常数，代表基准年t0年城镇化率；q代表积分常数，表明城市化发展速度的快慢；所述生活用水水价预测方程构建单元，根据市场定价将生活用水水价视为常数；所述居民人均收入预测方程构建单元，用于建立居民人均收入预测方程：其中，RPIt代表t年时农村居民人均收入；UPIt代表代表t年时城市居民人均收入；k1代表农村居民人均收入增长率；k2代表城市居民人均收入增长率；RPI0、UPI0分别表示t0年和农村和城市居民收入；所述节水意识预测方程构建单元，用于建立节水意识预测方程：其中，K代表t年的节水意识，M为常数，θ代表节水意识增长率，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法，其特征在于，包括：/n(1)收集生活需水预测影响因子；所述影响因子包括常住人口、城镇化率、生活用水水价、居民人均收入和节水意识；/n(2)对每个影响因子分别建立用于反应其未来演化趋势的预测方程；/n(3)根据各个影响因子对应的预测方程，对待预测区域建立生活需水预测模型，并对所述生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验；/n(4)采用经过检验的生活需水预测模型对待预测区域进行生活需水预测，得到生活需水预测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法，其特征在于，包括：
(1)收集生活需水预测影响因子；所述影响因子包括常住人口、城镇化率、生活用水水价、居民人均收入和节水意识；
(2)对每个影响因子分别建立用于反应其未来演化趋势的预测方程；
(3)根据各个影响因子对应的预测方程，对待预测区域建立生活需水预测模型，并对所述生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验；
(4)采用经过检验的生活需水预测模型对待预测区域进行生活需水预测，得到生活需水预测结果。


2.根据权利要求1所述的一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法，其特征在于，步骤(2)具体包括：
(2.1)建立人口预测方程；
采用马尔萨斯人口增长模型对待预测区域内未来常住人口进行预测，得到人口预测方程：
TPK＝TP0×(1+r)k
其中，TPk代表k年后的常住人口数量，TP0代表基准年的常住人口数量，r为常住人口自然增长率；
(2.2)建立城镇化率预测方程；
采用幂函数模拟城镇水平，得到城镇化率预测方程：
δ＝p×(t-t0)q
其中，δ表示城镇化水平，用城镇化率表示；p为常数，代表基准年t0年城镇化率；q代表积分常数，表明城市化发展速度的快慢；
(2.3)根据市场定价将生活用水水价视为常数；
(2.4)建立居民人均收入预测方程：
其中，RPIt代表t年时农村居民人均收入；UPIt代表代表t年时城市居民人均收入；k1代表农村居民人均收入增长率；k2代表城市居民人均收入增长率；RPI0、UPI0分别表示t0年和农村和城市居民收入；
(2.5)建立节水意识预测方程：
其中，K代表t年的节水意识，M为常数，θ代表节水意识增长率，θ＞-mlnm；m代表节水意识上限，0<m<1。


3.根据权利要求2所述的一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法，其特征在于，所述生活需水预测模型为：



式中，ΔURWD、ΔRUWD、ΔDWD分别为城市生活需水增量、农村生活需水增量、生活需水总增量；DWDt代表第t年的生活需水量；DWDt-1代表t-1年的生活需水量；UPI代表城市居民人均收入；RPI代表农村居民人均收入；ΔURP代表城镇人口增加值；ΔRUP代表农村人口增加值；ΔTPK代表总人口增加值；Δδ代表城镇化增长率变化值；P生代表生活用水水价；χ代表居民收入弹性系数；φ1代表农村人口增量调节系数，表示农村人口变化对生活需水的影响程度；φ2代表城镇人口增量调节系数，表示农村人口变化对生活需水的影响程度；分别表示农村、城市生活用水水价弹性系数；K代表节水意识。


4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于多因子的系统动力学生活需水预测方法，其特征在于，步骤(3)中所述对所述生活需水预测模型进行有效性和强壮度检验，具体包括：
(3.1)根据所述生活需水预测模型输出的模拟需水量与真实需水量之间的相对误差，检验所述生活需水预测模型的有效性；
(3.2)对所述生活需水预测模型各参数在合理范围内进行调整，根据模拟输出结论...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈璐，易彬，路岚青，仇红亚，钟文杰，张寒松，黄康迪，林橙，周清，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42