疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法及装置，所述方法包括：通过根据治污主体的排放量和治污动作模拟水质的轨迹，并构建基于“水质—币”的市场转换模型确定治污主体的利润，以及根据治污主体所处的疫情阶段确定治污主体的成本，根据治污主体的排放量确定治污主体的收益，结合治污主体的利润、成本以及收益，得到微分博弈模型，利用最优控制理论求解微分博弈模型，得到治污主体的最优排放量和治污动作，从而能够基于疫情条件下，建立一套可以定量分析影响治污行为参数的跨界水生态综合补偿机制。

【技术实现步骤摘要】
疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法及装置
本专利技术涉及生态补偿
，尤其涉及一种疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法及装置。
技术介绍
随着经济的快速增长，水资源污染问题日益突出，很大程度上影响居民日常饮用水安全和环境的可持续发展，因此，需要一套合理的机制对水资源进行保护。跨界水生态补偿的实质就是在水污染的综合治理过程中，让生态保护的获益者支付一定的费用，而生态的保护者获得相应的补偿，从而建立水资源保护激励机制。现有技术中建立了交界水质检测机制，然而由于流域范围跨越不同的行政区，涉及的责任主体较多，从而使流域补偿机制的实施面临诸多障碍，无法有效激励治污行为，导致实际操作成效并不明显，另外，现有技术中尚未考虑疫情对生态补偿系统的影响，从而也没有形成有效的疫情控制下跨界水生态综合补偿设计技术方案。因此，如何提出一种方法，能够基于疫情条件下，建立一套可以分析影响治污行为参数的跨界水生态综合补偿机制，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供一种疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提供一种疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法，包括：将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，得到水质的轨迹；以水质为标的物设计虚拟货币，构建基于“水质—币”的市场转换模型，将第一治污主体的治污动作和第二治污主体的治污动作分别输入“水质—币”的市场转换模型，得到第一治污主体的利润和第二治污主体的利润；根据第一治污主体所处的疫情阶段，确定第一疫情影响因子，并将第一疫情影响因子，第一治污主体的排放量和治污动作，以及水质的轨迹输入第一治污主体成本模型中，得到第一治污主体的成本；相应地，根据第二治污主体所处的疫情阶段，确定第二疫情影响因子，并将第二疫情影响因子，第二治污主体的排放量和治污动作，以及水质的轨迹输入第二治污主体成本模型中，得到第二治污主体的成本；将第一治污主体的排放量输入至第一收益函数，得到第一治污主体的收益；相应地，将第二治污主体的排放量输入至第二收益函数，得到第二治污主体的收益；将第一治污主体的利润、第一治污主体的成本以及第一治污主体的收益输入至第一治污主体福利函数，得到第一微分博弈模型；将第二治污主体的利润、第二治污主体的成本以及第二治污主体的收益输入至第二治污主体福利函数，得到第二微分博弈模型；利用最优控制理论，求解所述第一微分博弈模型和第二微分博弈模型，得到第一治污主体的最优排放量和治污动作，以及第二治污主体的最优排放量和治污动作。优选地，所述将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，得到水质的轨迹，具体包括：将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，利用数值模拟法得到水质的轨迹；其中，所述水质随机微分方程为：E(0)＝E0，E(t)≥0；其中，qi(t)表示第一或第二治污主体的排放量(i＝1或2)，ei(t)表示第一或第二治污主体的治污动作(i＝1或2)，E(t)表示时刻t的水环境质量，λ1表示治污动作敏感系数，λ2表示排放量敏感系数，λ3表示自然降低率，E0表示表示初始水质，表示水质的随机干扰项系数，Bt为标准的维纳过程。所述水质的轨迹，具体为：Ω＝λ1ei(t)-λ2qi(t)；其中，ξ(t)～N(0,1)，ξ(t)是独立且同分布的标准正态随机变量，Θ表示时间步长为0.001。优选地，所述以水质为标的物设计虚拟货币，构建基于“水质—币”的市场转换模型，具体为：Bi＝w(e2-e1)P(E(t))s；其中，i＝1或2，B1表示第一治污主体的利润，B2表示第二治污主体的利润，w表示交易因子影响主体交易行为，s表示交易数量，P(E(t))表示交易价格，e1表示第一治污主体的治污动作，e2表示第二治污主体的治污动作。优选地，所述第一治污主体成本模型，具体为：F1＝2ε1Z(q2)+ε1D(E(t))+C1(e1)；其中，F1表示第一治污主体的成本，Z(q2)表示第二治污主体排放量所带来的环境成本，Z(q2)＝b2q2，b2表示第二治污主体排放量的环境影响系数，q2表示第二治污主体的排放量；D(E(t))表示排放量损害成本，D(E(t))＝δE(t)，δ表示水质对环境效益的敏感系数；C1(e1)表示第一治污主体的治污动作成本：C1(e1)＝k1e12/2，k1表示第一治污主体的治污动作成本敏感系数，e1表示第一治污主体的治污动作；ε1(0≤ε1≤1)表示第一疫情影响因子，ε1＝0表示疫情处于防控阶段，0<ε1<1/2表示疫情处于初步控制但未结束阶段，ε1＝1/2表示没有疫情发生的阶段，1/2<ε1≤1表示疫情处于结束后短期的恢复阶段；所述第二治污主体成本模型，具体为：F2＝Z(q1)+(1-2ε2)Z(q2)+(1-ε2)D(E(t))+C2(e2)；其中，F2表示第二治污主体的成本，Z(q1)表示第一治污主体排放量所带来的环境成本，Z(q1)＝b1q1，b1表示第一治污主体排放量的环境影响系数，q1表示第一治污主体的排放量；Z(q2)表示第二治污主体排放量所带来的环境成本，Z(q2)＝b2q2，b2表示第二治污主体排放量的环境影响系数，q2表示第二治污主体的排放量；D(E(t))表示排放量损害成本，D(E(t))＝δE(t)，δ表示水质对环境效益的敏感系数；C2(e2)表示第二治污主体的治污动作成本：C2(e2)＝k2e22/2，k2表示第二治污主体的治污动作成本敏感系数，e2表示第二治污主体的治污动作；ε2(0≤ε2≤1)表示疫情影响因子，ε2＝0表示疫情处于防控阶段，0<ε2<1/2表示疫情处于初步控制但未结束阶段，ε2＝1/2表示没有疫情发生的阶段，1/2<ε2≤1表示疫情处于结束后短期的恢复阶段。优选地，所述将第一治污主体的排放量输入至第一收益函数，得到第一治污主体的收益；相应地，将第二治污主体的排放量输入至第二收益函数，得到第二治污主体的收益，具体包括：将第一治污主体的排放量输入至第一收益函数，得到第一治污主体的收益；其中，所述第一收益函数为：R1＝αq1-q12/2；其中，R1表示第一治污主体的收益，α表示收益敏感系数；相应地，将第二治污主体的排放量输入至第二收益函数，得到第二治污主体的收益；其中，所述第二收益函数为：其中，R2表示第二治污主体的收益，α表示收益敏感系数，表示第一治污主体和第二治污主体边际生产率的差异。优选地，所述将第一治污主体的利润、第一治污主体的成本以及第一治污主体的收益输入至第一治污主体福利函数，得到第一微分博弈模型；将第二治污主体的利润、第二治污主体的成本以及第二治污主体的收益输入至第二治本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法，其特征在于，包括：/n将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，得到水质的轨迹；/n以水质为标的物设计虚拟货币，构建基于“水质—币”的市场转换模型，将第一治污主体的治污动作和第二治污主体的治污动作分别输入“水质—币”的市场转换模型，得到第一治污主体的利润和第二治污主体的利润；/n根据第一治污主体所处的疫情阶段，确定第一疫情影响因子，并将第一疫情影响因子，第一治污主体的排放量和治污动作，以及水质的轨迹输入第一治污主体成本模型中，得到第一治污主体的成本；相应地，根据第二治污主体所处的疫情阶段，确定第二疫情影响因子，并将第二疫情影响因子，第二治污主体的排放量和治污动作，以及水质的轨迹输入第二治污主体成本模型中，得到第二治污主体的成本；/n将第一治污主体的排放量输入至第一收益函数，得到第一治污主体的收益；相应地，将第二治污主体的排放量输入至第二收益函数，得到第二治污主体的收益；/n将第一治污主体的利润、第一治污主体的成本以及第一治污主体的收益输入至第一治污主体福利函数，得到第一微分博弈模型；将第二治污主体的利润、第二治污主体的成本以及第二治污主体的收益输入至第二治污主体福利函数，得到第二微分博弈模型；利用最优控制理论，求解所述第一微分博弈模型和第二微分博弈模型，得到第一治污主体的最优排放量和治污动作，以及第二治污主体的最优排放量和治污动作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法，其特征在于，包括：
将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，得到水质的轨迹；
以水质为标的物设计虚拟货币，构建基于“水质—币”的市场转换模型，将第一治污主体的治污动作和第二治污主体的治污动作分别输入“水质—币”的市场转换模型，得到第一治污主体的利润和第二治污主体的利润；
根据第一治污主体所处的疫情阶段，确定第一疫情影响因子，并将第一疫情影响因子，第一治污主体的排放量和治污动作，以及水质的轨迹输入第一治污主体成本模型中，得到第一治污主体的成本；相应地，根据第二治污主体所处的疫情阶段，确定第二疫情影响因子，并将第二疫情影响因子，第二治污主体的排放量和治污动作，以及水质的轨迹输入第二治污主体成本模型中，得到第二治污主体的成本；
将第一治污主体的排放量输入至第一收益函数，得到第一治污主体的收益；相应地，将第二治污主体的排放量输入至第二收益函数，得到第二治污主体的收益；
将第一治污主体的利润、第一治污主体的成本以及第一治污主体的收益输入至第一治污主体福利函数，得到第一微分博弈模型；将第二治污主体的利润、第二治污主体的成本以及第二治污主体的收益输入至第二治污主体福利函数，得到第二微分博弈模型；利用最优控制理论，求解所述第一微分博弈模型和第二微分博弈模型，得到第一治污主体的最优排放量和治污动作，以及第二治污主体的最优排放量和治污动作。


2.根据权利要求1所述的疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法，其特征在于，所述将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，得到水质的轨迹，具体包括：
将第一治污主体的排放量和治污动作，以及第二治污主体的排放量和治污动作输入水质随机微分方程，利用数值模拟法得到水质的轨迹；其中，所述水质随机微分方程为：



E(0)＝E0，E(t)≥0；
其中，qi(t)表示第一或第二治污主体的排放量(i＝1或2)，ei(t)表示第一或第二治污主体的治污动作(i＝1或2)，E(t)表示时刻t的水环境质量，λ1表示治污动作敏感系数，λ2表示排放量敏感系数，λ3表示自然降低率，E0表示表示初始水质，表示水质的随机干扰项系数，Bt为标准的维纳过程。
所述水质的轨迹，具体为：



Ω＝λ1ei(t)-λ2qi(t)；
其中，ξ(t)～N(0,1)，ξ(t)是独立且同分布的标准正态随机变量，Θ表示时间步长为0.001。


3.根据权利要求2所述的疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法，其特征在于，所述以水质为标的物设计虚拟货币，构建基于“水质—币”的市场转换模型，具体为：
Bi＝w(e2-e1)P(E(t))s；
其中，i＝1或2，B1表示第一治污主体的利润，B2表示第二治污主体的利润，w表示交易因子影响主体交易行为，s表示交易数量，P(E(t))表示交易价格，e1表示第一治污主体的治污动作，e2表示第二治污主体的治污动作。


4.根据权利要求3所述的疫情控制下跨界水生态综合补偿系统设计方法，其特征在于，所述第一治污主体成本模型，具体为：
F1＝2ε1Z(q2)+ε1D(E(t))+C1(e1)；
其中，F1表示第一治污主体的成本，Z(q2)表示第二治污主体排放量所带来的环境成本，Z(q2)＝b2q2，b2表示第二治污主体排放量的环境影响系数，q2表示第二治污主体的排放量；D(E(t))表示排放量损害成本，D(E(t))＝δE(t)，δ表示水质对环境效益的敏感系数；C1(e1)表示第一治污主体的治污动作成本：C1(e1)＝k1e12/2，k1表示第一治污主体的治污动作成本敏感系数，e1表示第一治污主体的治污动作；ε1(0≤ε1≤1)表示第一疫情影响因子，ε1＝0表示疫情处于防控阶段，0<ε1<1/2表示疫情处于初步控制但未结束阶段，ε1＝1/2表示没有疫情发生的阶段，1/2<ε1≤1表示疫情处于结束后短期的恢复阶段；
所述第二治污主体成本模型，具体为：
F2＝Z(q1)+(1-2ε2)Z(q2)+(1-ε2)D(E(t))+C2(e2)；
其中，F2表示第二治污主体的成本，Z(q1)表示第一治污主体排放量所带来的环境成本，Z(q1)＝b1q1，b1表示第一治污主体排放量的环境影响系数，q1表示第一治污主体的排放量；Z(q2)表示第二治污主体排放量所带来的环境成本，Z(q2)＝b2q2，b2表示第二治污主体排放量的环境影响系数，q2表示第二治污主体的排放量；D(E(t))表示排放量损害成本，D(E(t))＝δE(t)，δ表示水质对环境效益的敏感系数；C2(e2)表示第二治污主体的治污动作成本：C2(e2)＝k2e22/2，k2表示第二治污主体的治污动作成本敏感系数，e2表示第二治污主体的治污动作；ε2(0≤ε2≤1)表示疫情影响因子，ε2＝0表示疫情处于防控阶段，0<ε2<1/2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴德胜，宋景秀，边远，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京;11