一种生态产业共生系统稳定性的仿真判定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种生态产业共生系统稳定性的仿真判定方法，其主要步骤包括：将产业共生系统的主体分为两类，利用资源进行生产并排出污染物的企业Ⅰ和对企业Ⅰ产生的污染物进行循环利用的企业Ⅱ；确定产业共生系统仿真判定的前提条件；利用Ｓｔａｒｌｏｇｏ软件模拟仿真企业的投入产出和污染物的排放来判断产业共生系统的稳定性。从而使得判定生态产业共生系统稳定性有相应的依据，本发明专利技术经过检验，其准确度高，仿真性强。可以将本发明专利技术应用到生态产业园的建设中。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及产业生态学中系统稳定性的判定方法，具体地说，是利用生态产 业共生系统实现在动态连续的环境下的仿真来判定生态产业共生系统的稳定性的 方法。
技术介绍
生态产业的理论基础是产业生态学(IE， Industrial Ecology)。产业生态学 的基本思想是仿照自然界生态系统中物质流动的方式来重新规划工业生产、消费 和废物处置系统，它追求系统内从原料、中间产物、废物到产品的物质循环，从 而达到资源、能源、投资的最优利用，减轻人类活动对自然环境的影响。产业生 态学研究与运用主要在三个层次，即企业层次、区域层次和国家层次。在企业 层次，要求企业减少产品和服务的原材料、能源消耗，减排有毒物质，加强物质 循环，最大限度、可持续地利用再生资源，不断提高产品的质量。在区域层次， 通过代谢分析、资源分析工具的运用，掌握区域内部的物质、能量的流动状况， 在此基础上建立区域内部物质、能量、信息的集成，建立企业间废物的输入输出 关系。生态产业园便是这个层面上最有前景的发展方向。面向环境的设计，不仅 仅单纯对产品的质量、性能进行考虑，它还对产品生产阶段和使用阶段的能耗， 使用后的拆卸、回用等方面提出新的要求。生命周期评价，是指对一个产品从原 材料采掘、制造、销售、使用、回收、废弃与处置等过程的资源与环境影响进行 综合评价，并寻求改善的途径。目前，DfE并没有一个通用的模式可以套用，还 处于探索阶段。发达国家的工业界和研究机构在DfE的实质性开发和研究方面 较为活跃。在生态学上，共生是指不同物种以不同的相互获益关系生活在一起，形成对 双方或一方有利的生存方式。在工业生态学语境下，产业共生是指在一定的区域 内，分属不同产业的经济实体(主要是工业企业，有时也包括农业部门、居民社区等成员)通过副产品交换、能量和水的逐级利用、基础设施共享等方式进行合 作，形成一个生态系统，共同提高实体的生存及获利能力，同时实现对资源 的节约和对环境的保护。工业系统与生态系统在结构和功能上既存在相似性，也存在差异性。这一领 域在工业生态学萌芽和诞生初期就成为研究的焦点。Thomas和Graedel等人从 个体和系统两个层次上对自然生态系统和工业生态系统进行了比较，认为个体相 似性包括独立性，具有生长、繁殖能力和一定寿命，废物代谢，应激性及在系统 中充当一定角色；系统相似性包括两个系统都可分为线形、准循环和全循环三个 类型。在区别方面，Boons和Baas从管理学分析入手，指出自然生态系统是按 照食物链关系依赖于有规律的再生产和适应性来运作，而工业共生则由竞争优势 驱动。StarLogo软件平台是由麻省理工大学多媒体实验室开发的一个可编程的建 模环境，用于研究分散系统的运行机制。该软件采用的是基于主体的建模方法 (ABM)。其中，主体是一只只的海龟，可以通过并行控制数千只海龟，同时 也可以为它们制定不同的行为模式。而这些主体所处的环境则是用布丁来表 现的，数千个布丁拼成一块大的背景，代表着主体所处的大环境系统。StarLogo 允许对海龟和布丁进行编程，这使得海龟和海龟所处的环境都具有了自己的变化 方式。海龟具有一些固有的属性位置、方向、颜色和一只画笔。程序运行时所 有的海龟和布丁都以系统规定的时间步进并行运转。这一点非常贴近现实世界。 在这里，海龟和布丁之间的交互作用体现了主体与环境的关系，海龟与海龟 之间的相互影响则体现了主体之间的关系。另外，StarLogo允许对海龟进行分类， 例如，我们可以创建两类海龟狼和兔子，然后对这两类海龟分别定义它们的属 性和行为。这一点对于仿真现实世界来说非常必要，因为即使是在一个很小的系 统内，也常常存在着多种具有不同属性和行为方式的角色。海龟的类别并不是在 整个生存期内都固定不变的，如果情况发生变化，可以像设置其他属性那样重新 设置海龟的breed值。StarLogo中主要包括三种角色类型1.海龟(turtles); 2.布丁 (patches)。布丁并不完全是被动的，而是同样能执行StarLogo命令并对海龟和 其它布丁发生作用。每一个布丁对应于StarLogo图形接口上的一个方格；3.观察者(observer)观察者鸟瞰海龟和布丁。它能产生新的海龟以及监控现有海 龟和布丁的行动。
技术实现思路
1. 专利技术要解决的技术问题本专利技术提供了一种生态产业共生系统的稳定性的判定方法，为将生态产业共 生系统稳定性和企业的稳定性建立联系的桥梁，以进一步分析生态产业系统中各 企业的相互关系和生态产业共生系统稳定性，从而为判定生态产业共生系统的稳 定性提供依据。2. 技术方案在本专利技术中将产业共生系统的主体分为两类，利用资源进行生产并排出污染 物的企业(以下简称企业I )和对企业I产生的污染物进行循环利用的企业(以 下简称企业II)。本专利技术的技术方案如下一种生态产业共生系统稳定性的仿真判定方法，其步骤包括-(A) 将产业共生系统的主体分为两类，利用资源进行生产并排出污染物的企业I 和对企业I产生的污染物进行循环利用的企业II ;(B) 确定产业共生系统仿真判定的前提条件企业某一时刻的产出Qt和该时刻 的投入Kt符合幂律关系，企业某一时刻的产出Qt和其前一时刻的污染物排放 Fw符合负幂律；企业投入中所有符合相同指数幂律关系的用同一个变量K表示，所有不符合相同指数幂律关系变量统一归一到一个常数A中。这样，方便考虑企业投入中符合相同指数幂律关系的单变量；某一时刻的污染物的排放Fw和该时刻的产出Qw存在线性相关，这个线性相关系数为常数入，上述四个关系用数学方程描述见下面三个式子，<formula>formula see original document page 7</formula>其中A:常数，指系统中所有和Kt不符合相同指数幂律关系的量； Id.t:节点处企业I的所有符合相同指数幂律关系的变量的乘积； K2.t:节点处企业II的所有符合相同指数幂律关系的变量的乘积；调整系数，考虑到企业II对污染物循环利用时，相对企业I对资源的 直接利用而言，其企业II资金或技术等因素的投入会更大，相应的，在相同投 入的情况下，企业II对污染物循环利用的产出率小于企业I对资源利用的产出率；入企业污染物产生量和企业产出的线性相关系数；a和0分别是计算企业生态效率时的相关指数，a反映了输入和产出的 幂关系，e反映了污染物和产出的负幂的关系； Op ;K,义,a,々p 1 Qw:企业I在某一时刻的产出； Q2,t:企业II在某一时刻的产出；； (C)仿真过程i .用产出Qt来反映节点处企业I和企业II的生态效率；ii. 通过节点处企业I和企业II的行为的描述，反映产出Qt表示的生态效率 中各要素的作用机理；iii. 用starLogo软件的plot功能输出整个仿真期间内时间序列的系统生态 效率、系统生态效率的时间均值和系统生态效率时间序列的标准差；根据上述iii， plot功能输出的三个值用方程描述如下QA， t: t时刻系统单位输入的产出；N: —个仿真期间内的离散取样个数，它用QA， t值的输出个数表征;04: —个完整的仿真期间内，QA， t对时间的代数平均值； U: QA, t在整个仿真期间的标准差，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生态产业共生系统稳定性的仿真判定方法，其步骤包括：　　　　（Ａ）将产业共生系统的主体分为两类，利用资源进行生产并排出污染物的企业Ⅰ和对企业Ⅰ产生的污染物进行循环利用的企业Ⅱ；　　　　（Ｂ）确定产业共生系统仿真判定的前提条件：企业某一时刻的产出Ｑ↓［ｔ］和该时刻的投入Ｋ↓［ｔ］符合幂律关系，企业某一时刻的产出Ｑ↓［ｔ］和其前一时刻的污染物排放Ｆ↓［ｔ－１］符合负幂律；企业投入中所有符合相同指数幂律关系的用同一个变量Ｋ表示，所有不符合相同指数幂律关系变量统一归一到一个常数Ａ中。这样，方便考虑企业投入中符合相同指数幂律关系的单变量；某一时刻的污染物的排放Ｆ↓［ｔ－１］和该时刻的产出Ｑ↓［ｔ－１］存在线性相关，这个线性相关系数为常数λ，　　　　上述四个关系用数学方程描述见下面三个式子，　　　　＊＊＊　　　　其中：Ａ：常数，指系统中所有和Ｋ↓［ｔ］不符合相同指数幂律关系的量；　　　　Ｋ↓［１，ｔ］：节点处企业Ⅰ的所有符合相同指数幂律关系的变量的乘积；　　　　Ｋ↓［２，ｔ］：节点处企业Ⅱ的所有符合相同指数幂律关系的变量的乘积；　　　　γ：调整系数，考虑到企业Ⅱ对污染物循环利用时，相对企业Ⅰ对资源的直接利用而言，其企业Ⅱ资金或技术等因素的投入会更大，相应的，在相同投入的情况下，企业Ⅱ对污染物循环利用的产出率小于企业Ⅰ对资源利用的产出率；　　　　λ：企业污染物产生量和企业产出的线性相关系数；　　　　α和β分别是计算企业生态效率时的相关指数，α反映了输入和产出的幂关系，β反映了污染物和产出的负幂的关系；　　　　０ｐγ，λ，α，βｐ１；　　　　Ｑ↓［１，ｔ］：企业Ⅰ在某一时刻的产出；　　　　Ｑ↓［２，ｔ］：企业Ⅱ在某一时刻的产出；　　　　（Ｃ）仿真过程：　　　　ｉ．用产出Ｑｔ来反映节点处企业Ⅰ和企业Ⅱ的生态效率；　　　　ｉｉ．通过节点处企业Ⅰ和企业Ⅱ的行为的描述，反映产出Ｑｔ表示的生态效率中各要素的作用机理；　　　　ｉｉｉ．用ｓｔａｒＬｏｇｏ软件的ｐｌｏｔ功能输出整个仿真期间内时间序列的系统生态效率、系统生态效率的时间均值和系统生态效率时间序列的标准差；　　　　根据上述ｉｉｉ，ｐｌｏｔ功能输出的三个值用方程描述如下：　　　　＊＊＊　　　　其中：　　　　ＱＡ，ｔ：ｔ时刻系统单位输入的产出；　　　　Ｎ：一个仿真期间内的离散取样个数，它用ＱＡ，ｔ值的输出个数表征；　　　　＊↓［Ａ］：一个完整的仿真期间内，ＱＡ，ｔ对时间的代数平均值；...

【技术特征摘要】
1.一种生态产业共生系统稳定性的仿真判定方法，其步骤包括(A)将产业共生系统的主体分为两类，利用资源进行生产并排出污染物的企业I和对企业I产生的污染物进行循环利用的企业II；(B)确定产业共生系统仿真判定的前提条件企业某一时刻的产出Qt和该时刻的投入Kt符合幂律关系，企业某一时刻的产出Qt和其前一时刻的污染物排放Ft-1符合负幂律；企业投入中所有符合相同指数幂律关系的用同一个变量K表示，所有不符合相同指数幂律关系变量统一归一到一个常数A中。这样，方便考虑企业投入中符合相同指数幂律关系的单变量；某一时刻的污染物的排放Ft-1和该时刻的产出Qt-1存在线性相关，这个线性相关系数为常数λ，上述四个关系用数学方程描述见下面三个式子，<math-cwu><![CDATA[<math> <mfenced open='{' close=''><mtable> <mtr><mtd> <msub><mi>Q</mi><mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>t</mi></mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>A</mi> <mo>&times;</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>K</mi><mrow> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>t</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mi>&alpha;</mi> </msup> <mo>&times;</mo> <msup><mi>e</mi><mrow> <mo>-</mo> <mi>&beta;</mi> <msub><mi>F</mi><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub></mrow> </msup></mtd> </mtr> <mtr><mtd> <msub><mi>Q</mi><mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>t</mi></mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>A</mi> <mo>&times;</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>&gamma;</mi> <msub><mi>K</mi><mrow> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mi>t</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mi>&alpha;</mi> </msup> <mo>&times;</mo> <msup><mi>e</mi><mrow> <mo>-</mo> <mi>&beta;</mi> <msub><mi>F</mi><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub></mrow> </msup></mtd> </mtr> <mtr><mtd> <msub><mi>F</mi><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub><mi>Q</mi><mrow> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>&times;</mo> <mi>&lambda;</mi></mtd> </mtr></mtable> </mfenced></math>]]></math-cwu><!--img id=icf0001 file=A2007101308060002C1.gif wi=249 he=115 img-content=drawing img-format=tif/-->其中A常数，指系统中所有和Kt不符合相同指数幂律关系的量；K1，t节点处企业I的所有符合相同指数幂律关系的变量的乘积；K2，t节点处企业II的所有符合相同指数幂律关系的变量的乘积；Y调整系数，考虑到企业II对污染物循环利用时，相对企业I对资源的直接利用而言，其企业II资金或技术等因素的投入会更大，相应的，在相同投入的情况下，企业II对污染物循环利用的产出率小于企业I对资源利用的产出率；λ企业污染物产生量和企业产出的线性相关系数；α和β分别是计算企业生态效率时的相关指数，α反映了输入和产出的幂关系，β反映了污染物和产出的负幂的关系；0pγ，λ，α，βp1；Q1，t企业I在某一时刻的产出；Q2，t企业II在某一时刻的产出；；(C)仿真过程i.用产出Qt来反映节点处企业I和企业II的生态效率；ii.通过节点处企业I和企业II的行为的描述，反映产出Qt表示的生态效率中各要素的作用机理；iii.用starLogo软件的plot功能输出整个仿真期间内时间序列的系统生态效率、系统生态效率的时间均值和系统生态效率时间序列的标准差；根据上述iii，plot功能输出的三个值用方程描述如下<math-cwu><![CDATA[...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，戴明忠，韩尚富，王远，陆根法，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]