固体废物综合管理系统演化与调控模型研究

论文摘要

固体废物综合管理系统是一种新型的固体废物管理发展模式,是固体废物管理系统提高资源利用效率,解决环境污染问题,实现可持续发展的必由之路。在固体废物管理的实践中人们逐渐认识到固体废物管理系统是一个内部各子系统相互作用相互联系的复杂系统,必须以整体观来看待固体废物管理系统。传统的固体废物管理系统决策模型是基于“还原论”和静态的模型,对系统的认识具有局限性。固体废物管理系统是一个复杂的、开放的技术经济系统,具有复杂系统和复杂适应系统的一切特征。对固体废物管理系统这样的复杂系统,人们需要一个能对其进行预测、模拟、优化和调控分析的辅助决策工具,帮助人们作出科学决策。这样的决策系统应该是整体的和全面的方法,符合复杂系统内部运行机制,能描述复杂系统运行规律的方法,而不是片面的和还原论的方法。本文分别从宏观层次和微观层次出发,将复杂反馈系统、复杂适应系统理论及其建模方法引入到固体废物管理系统动态演化模型的研究中,完善废物管理系统优化调控的基础分析理论和基于系统演化机理的建模方法。追踪固体废物管理系统模型的最新进展,以复杂系统模型为基础综合现有的各种有效分析方法和模型,为最终建立一个完整全面的固体废物管理决策支持系统打下基础。基于以上分析,本文从以下几个方面进行了研究：以复杂系统理论为指导对固体废物综合管理系统的复杂系统特性进行了定性分析,奠定了固体废物综合管理系统的复杂系统理论基础。从复杂反馈系统的观点出发,把城市居民固体废物源头调控政策、居民的废物分类行为与固体废物处置管理系统看成动态演化的反馈系统。在固体废弃物从量收费政策和法规政策影响下,采用系统动力学模型分析居民参与废物管理的行为对整个废物管理系统的动态影响。用开发的昆明城市固体废物系统动力学模型对3种设定的政策情景进行了仿真。应用复杂适应系统理论对区域固体废物综合管理系统的特性进行了分析,证明固体废物管理系统是一类复杂适应系统。论文以复杂适应系统理论为指导,通过基于主体(Agent)的模型仿真来探究固体废物管理系统的演化的过程和发展规律,并以此指固体废物综合管理系统的实践。固体废物管理系统的演化发展实际上是大量主体自主决策、交互作用的结果,固体废物综合管理系统本质上是复杂适应系统。由此论文提出了自下而上,从微观到宏观的固体废物管理系统演化的研究思路。并且开发了适合固体废物管理系统的基于Agent的仿真模型,并以此作为论文的研究方法。在这个模型中,针对废物处理企业Agent的设计难点,给出了一种结合系统动力学模型的企业Agent设计的新思路。为有效解决区域固体废物的可持续管理问题提供新的研究方向和思维方式,奠定了区域固体废物管理的科学理论基础。研究了基于Agent的CAS建模机理和仿真方法；探讨了基于Repast平台的复杂适应系统建模机理和仿真方法；进一步研究了基于Agent的复杂适应系统建模仿真方法的关键技术。为了深入了解城市固体废物管理系统中各参与主体之间复杂的交互关系及其上体现出来的系统行为,特别是居民行为与公共政策之间的动态演化关系,需要先进的建模和仿真方法来对固体废物管理系统随时间演化的系统行为以及居民响应不同价格机制的过程进行建模。这种方法对评价不同情景下政策的制定是非常有用的,不仅能帮助人们识别有效的政策调控点,而且能帮助设计和讨论成功的政策。一种新的有前景的建模方法就是从复杂适应性系统理论出发,把固体废弃物管理系统作为一个虚拟人工社会,用基于Agent的建模方法进行模拟。开发了一个基于Agent的固体废弃物管理人工社会,对模型中涉及的所有Agent及其交互进行了详细的设计和描述。研究了该模型是如何作为一个虚拟的政策实验室,在控制的条件下为了考虑“如果,那么”问题,对不同的价格和激励调控政策进行了测试。研究表明模型是有效和成功的。最后指出了需要进一步研究的内容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 循环经济与固体废物管理
• 1.2 固体废物综合管理及其体系结构
• 1.2.1 固体废物综合管理及其思想演变
• 1.2.2 固体废物综合管理体系结构
• 1.2.3 固体废物综合管理系统的动态演化与调控机制
• 1.3 固体废物综合管理系统的复杂性分析
• 1.3.1 复杂系统研究综述
• 1.3.2 复杂性与复杂系统
• 1.3.3 固体废物综合管理系统的复杂性分析
• 1.4 复杂系统研究方法
• 1.4.1 复杂系统的研究方法
• 1.4.2 复杂系统的计算机仿真方法
• 1.5 固体废物综合管理系统规划与决策模型研究进展
• 1.5.1 基本决策模型国内外研究进展
• 1.5.2 国内外研究中存在的问题
• 1.6 研究意义、内容和方法
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 研究技术路线
• 1.6.3 研究内容
• 1.7 研究创新点
• 2 固体废物综合管理系统动力学模型与政策调控仿真分析
• 2.1 引言
• 2.2 固体废物综合管理系统动力学理论与建模方法
• 2.2.1 系统动力学理论基础
• 2.2.2 系统动力学模型的特点
• 2.2.3 系统动力学模型的表达方式
• 2.2.4 利用系统动力学建模的步骤
• 2.2.5 固体废物综合管理系统动力学模型研究现状
• 2.3 固体废物综合管理的系统动力学模型与政策仿真分析
• 2.3.1 昆明市固体废物的管理现状与策略
• 2.3.2 城市固体废物综合管理系统和政策调控的系统动力学模型框架
• 2.3.3 城市固体废物管理系统政策调控系统动力学模型设计
• 2.3.4 城市固体废物综合管理政策调控模拟与分析
• 2.4 本章小结
• 3 固体废物综合管理复杂适应系统理论分析
• 3.1 引言
• 3.2 固体废物综合管理复杂适应系统理论基础
• 3.2.1 复杂适应系统理论的基本观点和概念
• 3.2.2 CAS理论的主要特点
• 3.3 固体废物综合管理系统的复杂适应系统理论分析
• 3.3.1 固体废物综合管理系统CAS特点分析
• 3.3.2 固体废物综合管理系统CAS演化分析及启示
• 3.4 本章小结
• 4 基于Agent的复杂适应系统建模方法
• 4.1 引言
• 4.2 基于Agent的复杂系统建模建模思想
• 4.2.1 主体（Agent）
• 4.2.2 Agent与多Agent
• 4.2.3 基于Agent的建模思想
• 4.3 基于Agent的复杂系统建模仿真形式化描述
• 4.3.1 消息
• 4.3.2 Agent
• 4.3.3 基于Agent的复杂系统建模仿真形式化描述
• 4.4 基于Agent的复杂系统建模仿真的方法与步骤
• 4.4.1 复杂系统分析方法
• 4.4.2 复杂系统信息流分析
• 4.4.3 复杂系统中Agent的建模
• 4.4.4 完善系统整体行为与仿真结果的评价
• 4.5 基于Agent的复杂系统建模仿真的特点
• 4.5.1 传统建模方法与基于Agent的建模方法的比较
• 4.5.2 基于Agent的复杂系统建模仿真的特点
• 4.6 基于Agent的复杂适应系统模型的关键技术
• 4.6.1 Agent模型设计
• 4.6.2 Agent之间的交互
• 4.6.3 基于Agent复杂适应系统模型的涌现结果分析方法
• 4.7 本章小结
• 5 基于Agent的固体废物综合管理的复杂适应系统演化仿真模型
• 5.1 引言
• 5.2 基于Agent的计算机建模Repast平台建模机理
• 5.2.1 基于Agent的计算机建模平台比较
• 5.2.2 基于Agent的计算机建模平台Repast建模机理
• 5.3 基于Agent的固体废物综合管理的复杂适应系统演化仿真模型
• 5.3.1 固体废物综合管理系统CAS演化模型的功能
• 5.3.2 IWM-CAS-Model仿真模型框架
• 5.3.3 IWM-CAS-Model仿真模型各类Agent的模型设计
• 5.3.4 IWM-CAS-Model仿真流程
• 5.4 Agent和SD方法结合的固体废物管理系统演化仿真模型设计
• 5.4.1 Agent与SD结合的必要性
• 5.4.2 Agent和SD方法结合的固体废物管理系统演化仿真模型设计
• 5.5 本章小结
• 6 基于Agent的区域固体废物分类管理人工社会模型实现与政策调控仿真分析
• 6.1 引言
• 6.2 基于Agent的区域固体废物分类管理人工社会方法
• 6.2.1 人工社会及其研究进展
• 6.2.2 固体废物源头分类管理对固体废物综合管理系统的影响
• 6.2.3 固体废物源头分类管理调控政策及其研究方法
• 6.3 基于Agent的区域固体废物分类管理人工社会模型框架
• 6.4 家庭固体废物分类的社会心理决策模型与影响因素分析
• 6.4.1 计划行为理论
• 6.4.2 社会规范理论
• 6.4.3 经济学效用理论
• 6.4.4 动机/能力/机会废物分类模型
• 6.5 基于Agent的区域固体废物分类管理人工社会模型与决策分析
• 6.5.1 基于Agent的区域固体废物分类人工社会模型及机理
• 6.5.2 人工社会模型的Agent设计
• 6.5.3 模型的Repast实现与运行交互流程
• 6.5.4 模型的模拟结果与决策分析
• 6.6 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 进一步的工作与建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 作者在攻读博士学位期间发表的论文