经济学仿真（精选9篇）
经济学仿真 篇1
过去的教学观点认为, 经济学较难进行实验课程的设置, 只能依靠课堂上教师对经济学理论和现象的讲解以及逻辑上的分析来进行日常教学。学生单纯的通过教师课堂的讲解和课后的习题, 很难对于经济问题的形成、环境和发展的过程有一个清楚、直观的了解。所以如何更有效地进行经济学课程的教授是摆在大学教育面前的重大问题。实验经济学 (Experimental Economics) , 是一种将实验手段运用于经济学研究的方式, 西方有关实验经济学的研究由来已久。史密斯于1962年发表了称之为实验经济学奠基石的文章《竞争市场行为的实验研究》, 也因为对实验经济学研究的重要贡献获得了2002年的诺贝尔经济学奖, 这表明实验经济学已经得到经济学界的认可。计算机仿真 (Computer Simulation) 成为一种实验的重要方式和手段, 是利用计算机科学技术的成果, 建立被仿真系统的计算机模型, 并在一定的实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性的技术。两者都通过实验的方式来验证经济学原理, 在方法、作用和结构上是一致的, 但是在实施的方式、参与的对象等方面有较大的区别。如何运用两者的优势作用于经济学的实验教学中, 是继续深化大学素质教育以及培养创新性人才的重要途径, 也是学校经济学课程教学改革的重要方向之一。
一、计算机仿真的发展和应用
迅速发展的计算机仿真技术, 可以包容和显化行为者的有限理性, 是研究经济制度的偏好演化和政策评估的一个有效的工具。它运用了编程思想, 将经济模型转换为计算机模型, 通过计算机仿真程序运行实现, 将结果与预计进行比较, 还可以通过改变一些参数和设置来重新改变结果, 以观察在不同情况下的不同结果。仿真的具体方法一般是先建立关于仿真的基本框架模型, 然后进一步的量化、具体化, 通过软件设计和程序设计编写转化成计算机语言, 设计各种不同的、有意义的环境运行仿真。相对于单纯的理论分析或者复杂耗时的实物实验来讲, 仿真实验具有经济、可重复、耗时短、可控性等多方面的优点。仿真研究需要合理的行为设定, 通过不同的设定来运行得到各种可能的数据结果。
二、实验经济学的理论和方法
实验经济学是一种将实验手段运用于经济学研究的方式, 它是在可以控制的实验环境中, 针对一些经济理论或者经济现象, 通过人为地设置各种条件和假设来改变实验的环境和制度, 以此观察实验运行的方式和实验对象的各种不同行为, 最后分析解释各种实验结果和现象, 以达到剖析、检验和进一步完善经济理论并在一定情况下提供政策抉择的研究方法。实验实施的研究是一个较为复杂的过程, 需要认真评估其存在的大量的主观因素和客观因素, 有时还需要较长的时间完成。实验的方法论是需要全面的考虑和评估研究对象的所有方面。在进行实验的不同阶段时, 经常会出现客观性和真理性不一样的情况, 所以需要研究人员使用合适的方法选择正确、客观、真实的数据信息。科学客观的认识事物, 经历从整体到个体, 再从个体回归到整体的过程。在建立模型时, 也有可能模型并不能代表整体, 而只是特殊, 所以一定要把握相对性的存在, 建立研究人员和研究对象的辩证存在的关系。
三、实验经济学与计算机仿真的联系和区别
通过对实验经济学和计算机仿真的解释和分析, 可以发现两者的基本目的相同, 都是通过各种手段和工具对经济学理论做相关检验和研究。实验经济学和计算机仿真在模型设计的整个阶段中, 都要遵守经济学的基本理论要求。所以说两者在方法论、基本结构、以及研究目的上是类似的。但是两者也有一定的差别, 具体表现为:
1. 实验过程侧重点的不同。
计算机仿真的侧重点偏向于如何运用计算机技术模拟经济模型运行的整个过程, 对于软件的编制和计算机的应用有较高的要求。实验经济学侧重于实验过程中人员的组织、安排。计算机仿真的实现是学科交叉应用的结果。它需要经济学的知识来建立经济模型和数学模型, 又需要计算机方面的知识将数学模型转变为计算机模型。对于实验经济学来说, 根据验证模型的实际情况, 可以不需要计算机方面的应用, 可以直接采用人工组织和控制的方式, 实现整个过程。
2. 实验过程中的参与者截然不同。
计算机仿真通过计算机算法和程序的编制, 在仿真的整个过程中来模拟人的行为方式。实验经济学是在一定的群体中, 通过实验规定条件和要求进行筛选。虽然在很多经济学试验中, 也使用了计算机仿真来处理非抉择性的某些中间过程, 并进行数据的搜集、处理和分析;但是在进行关键性的抉择的时候, 还是以参与的人做出的反应为结果。
3. 可控性和可重复性的不同。
实验的可控性和可重复性非常重要。对于计算机仿真来说, 程序一旦生成、封装, 多次重复进行实验是非常简单的事情。重复一次实验, 甚至只需要根据要求, 修改程序的参数后直接点击程序运行即可。而一般的经济学实验的重复进行, 还是需要实验的再次组织。实验的最终结果在某些因素的影响下, 也可能发生较大差异。所以实验的可重复性和可控性要弱于计算机仿真。
四、计算机仿真与实验经济学的应用方法
史密斯认为每一个完整的经济实验, 都由实验的环境、所处的体系和参与者的行为3个因素组成。在进行实验的不同阶段时, 经常会出现客观性和真理性不一样的情况, 所以需要研究人员使用合适的方法选择正确、客观和真实的数据信息。要把握相对性的存在, 建立研究人员和研究对象的辩证存在的关系。根据以上原则, 将实验经济学和计算机仿真理论和方法应用到高校的实验教学中, 需要教师在深入了解和掌握两者的方法和实验技术的基础上, 选择合适的实验内容, 规范实验的整个过程。具体应用方法包括以下几点。
1. 选择合适的理论点进行实验课程设置。
课程内容结合实验经济学和计算机仿真方法, 选择合适的内容进行实验教学。每学期做6~7个实验, 每次实验的时间控制在两个课时以内。确定在实验中是否需要利用计算机仿真的方法来进行辅助, 如果需要计算机仿真方法, 还需要分析和决定在哪个环节进行设置。实验环境和制度的规范化对于实验的最终会产生的结果至关重要。要详细设计实验的参与者、实验的讲解内容和方式、实验的地点和持续时间、报酬的设计、实验的物理条件等。在设计实验的过程中, 应该做到比较基准清晰化。必须考虑到实验运行过程中产生的数据的保密性。实验室交易制度应该明确的规定参与者之间的交流方式、交流程度、交流时间和采取的行动, 以及行为和收益的关系。明确买家之间、卖家之间或者买卖彼此是否可以产生信息的流通。也就是: (1) 制度规定语言, M= (M1…Mn) 。它包括信息元素m= (m1, m2, …, mn) 。其中M是由行为者i传送的行动信息集; (2) 一个制度还规定了一组分配规则h= (h1 (m) , h2 (m) …hn (m) ) 。hi (m) 是分配给第i个行为者的支付; (3) 一组成本估算规则C= (C1 (m) , C2 (m) …, Cn (m) ) 。Ci (m) 是由行为者i给出的支付, 二者共同构成了行为者的信息函数。对于参与者报酬的设定是一个非常关键的环节。参与者充分了解决策与报酬之间的所有关系, 但是参与者的报酬是私有信息。实验的设计需要使得报酬超过做出不同抉择或者达成交易的主观成本。作为日常的大规模且多班级的经济学实验课程, 在一定程度上不可能都采用货币激励作为主要手段, 而可以采用课堂学分和本章学分的形式, 对于完成实验较好 (取得效用较大或者表现合适) 的同学给以较好的学分。减少参与者行为的变异性和随意性, 尽可能的降低随机行为带来的实验不确定性。对于学生来说学分的奖励非常具有诱惑性, 可以将参与者面对其他报酬表现出来的消极态度降到、压缩到较低。在有一些经济学实验中, 应该设计参与者的不同边际行为, 所获得的报酬水平也有很大的差别。例如, 在市场实验中, 成本高比成本低的卖家所获得的报酬应该少。
2. 利用比较和分析的方法评估实验的结果。
实验完成后, 教师应该根据实验的发展过程和结果对实验予以比较和评估, 判断实验是否达到预期的要求, 验证理论的真实性。如果失败, 需要分析失败的原因, 找出需要改进的因素, 为下一次实验做出准备。而效率可以作为一种比较的标准和比较相互竞争理论的依据, 史密斯在实验中将效率设为付给参与者的报酬和可能的最多报酬的比率。通过效率来考虑改进模型标准。
五、两者对经济学实验教学的意义
1. 在一定程度上有效的提高教学质量。
实验经济学和计算机仿真, 可以根据具体情况, 有机结合起来。在实验过程中, 适当运用计算机仿真, 提高教师和学生对新方法、新工具的掌握和使用。在课堂实验较为简单并且运算量不大的情况下, 学生的亲身参与更加具有直观的感受, 对于理论的认识也会更好, 更适合采用人工处理的方式。所以经济实验的教学, 学习新的技术和方法, 注重教学实际, 根据情况合理利用各种资源和方法, 有效提高课堂实验教学质量。
2. 激发学生的研究热情, 帮助学生掌握新的研究方法和研究工具。
实验经济学和计算机仿真在某种程度上来说, 是一种有效的研究工具。经济学的很多理论都可以通过它来检验, 发现它的运行前提和环境。在环境改变的情况下, 观察它的不同结果和现象。通过引导学生观察这些现象的相同和不同, 要求学生对结果、过程中产生的数据和现象进行分析比较, 得出自己的想法和观点, 使得学生成为知识的发现者和创造者, 而不是教科书的被动接受者。
3. 教学方式新颖, 教师与学生互动性强。
在教学过程中, 学生作为经济活动中的多个主体来参与到教学中来, 使他们亲自体验到市场交易的不同过程。学生通过亲自动手操作, 观察数据的变化, 了解变换的原因, 最后掌握经济现象的本质。将经济学的教学从被动的理解, 提升到将学生置身于模拟的经济环境中去参与、思考、解决问题。这种教学的形式和内容充分、生动, 赋予了学生真实的感受, 帮助学生了解理论和现象产生的全部过程, 引发学生的学习兴趣。
摘要：实验经济学与计算机仿真快速发展的同时, 为高校经济学教学提供了新的思路和方法。作为一个以本科教育为主的高校, 根据实际情况, 系统科学地引入实验经济学和计算机仿真的思维和研究方法, 可以在一定程度上解决经济学实验教学方式存在的实践环节薄弱、学生参与性不强等问题。
关键词：实验经济学,计算机仿真,实验教学
参考文献
[1]葛新权, 王国成.实验经济学引论:原理方法应用[M].北京:社会科学文献出版社, 2006:80-82.
[2]金雪军, 杨晓兰.实验经济学[M].首都经济贸易大学出版社, 2006:103-110.
[3]刘向华.关于金融工程专业实验教学的思考[J].金融教学与研究, 2009, (5) :88-110.
[4]留岚兰.实验课程设置与创新型人才培养[J].实验技术与管理, 2007, 24 (1) :123-125.
经济学仿真 篇2
摘要：结合国家级经济管理虚拟仿真实验教学中心建设实践，对经济管理虚拟仿真实验教学平台建设进行探析，构建了“过程仿真+O2O协同”的实验实训实战研发一体化虚拟仿真教学平台，拓宽了经济管理虚拟仿真实验教学空间，提升了学生的实践和创新能力。
关键词：虚拟仿真;经济管理;实验教学;O2O协同
虚拟仿真实验教学平台体现了信息技术与学科专业融合带来的实验教学创新,能够从根本上提升实验教学质量。为了加强虚拟仿真实验教学建设，重庆工商大学经济管理虚拟仿真实验教学中心以培养学生能力为导向搭建了“经济管理+创新创业”虚拟仿真实验教学平台，使学生在虚拟世界里实验经济管理、在仿真环境中实践创新创业，切实提升了学生的综合能力。
一、经济管理虚拟仿真教学平台建设思路
经济管理类专业以培养具有扎实的专业知识和较强的实践能力、创新精神的高素质应用型人才为目标。虚拟仿真实验教学平台的建设应将理论知识与能力培养相结合，遵循能力导向原则，通过多主体建设、多层次推进、全过程培养，将经济管理多学科专业知识和技能融入虚拟仿真教学，提升学生的实践和创新能力。
1.建设主体多元化。经济管理虚拟仿真实验教学平台的建设应实施多主体驱动，将经济管理学科专业知识和技能作为虚拟仿真实验的第一融入者，为开展虚拟仿真实验提供项目孵化思想，通过实体实验为虚拟仿真项目落地提供动力，通过科研机构为科研成果向创新创业项目转化提供平台，通过校企合作为虚拟仿真实验提供方向和支撑。
2.建设内容层次化。按照“基础虚拟仿真—综合虚拟仿真—创新创业综合商务虚拟仿真”的层次关系，建设学科专业开放实验平台、跨学科综合实训及竞赛平台、创新创业实战仿真商务平台和实验教学研发平台，通过各层次内部及相互间线上与线下、虚拟与实体、指导与操作的有机衔接，共同构成互联互通的经济管理虚拟仿真实验教学平台。
3.建设内涵全程化。通过“双对接”构建虚拟仿真实验教学平台。即一端对接实验课程和实体课堂，实现经济管理学科专业对创新创业的引领，一端对接地方政府和企业，将大学生创业者和创新创业公司输送到创新创业孵化园、“众创空间”和创新创业基地，形成分工明确、循序递进、涵盖从经济管理到创新创业全过程的虚拟仿真实验教学平台。
二、经济管理虚拟仿真教学平台建设内容
重庆工商大学经济管理虚拟仿真实验教学平台以培养提升学生的分析力、创造力、领导力及创新创业能力为宗旨，以“过程仿真+O2O协同”为理念，借助虚拟现实、多媒体、人机交互等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，形成由学科专业开放实验平台、跨学科综合实训及竞赛平台、创新创业实战仿真商务平台、实验教学研发平台组成，教学与研发相融合、基地与平台相结合、线上与线下一体化的“实验—实训—实战—研发”虚拟仿真教学平台，使学生的综合竞争力在从虚拟到仿真的全过程中得到提升。
1.学科专业开放实验平台。利用“项目超市”开放实验项目平台，对原有的独立实验项目和实验课程内含项目进行整合。按照“分以自主搭配实现‘菜单式’自选实验、合以知识点为脉串成实验课程”的原则合理重构，形成自选开放实验项目库，并基于项目库构建学科专业开放实验平台。在该平台中，学生可以按照已有的学科专业导向选修课程和项目，也可以根据自身需求自由组合课程和项目，形成满足自己需要的课程模块，真正实现了时间、空间、项目的全面开放，有效提高了学生的学习积极性。
2.跨学科综合实训与竞赛平台。通过将跨学科综合实训与学科竞赛相结合，实现以训备赛，以赛促学，切实提升学生跨学科、跨专业的综合能力。该平台依托信息技术虚拟仿真经济环境、政务环境和公共服务环境，为学生营造与真实经济活动相近的实战情景，提供角色演练、指导训练、讨论答疑等全过程实训环境。同时，利用各级学科竞赛平台，鼓励学生利用实验室资源和网络平台参加竞赛，实现“教赛学”一体化培养。
3.创新创业实战仿真商务平台。以专业能力训练、创新思维训练、创业项目训练和公司经营实战为主要内容，实现虚拟仿真与创新创业的有效结合、专业实验与创业实践的有机融合。该平台按照“3+X”模式构建，依托“经济管理创新创业实训基地”、“大学生创新创业孵化基地”、“大学生创业经营集团有限公司”，采用专业公司型、跨境电商型、集团控股型等模式培育孵化大学生创新创业实战仿真公司。同时，利用该平台培育孵化“大学生创新创业训练计划项目”，组织指导学生参加创新创业大赛，实现“教赛学创”一体化发展。
4.虚拟仿真实验教学研发与交流平台。以实验教学研究所和创新创业研究所为基础，依托长江上游经济研究中心、重庆市发展信息管理工程技术研究中心、成渝经济区城市群产业发展协同创新中心，实现虚拟仿真实验教学研发与科学研究的有机融合。目前，该平台自主研发了《宏观经济运行虚拟仿真》、《大学生创业仿真与小微企业成长》等虚拟仿真实验课程，出版了系列实验教材、专著，定期出版《经管实验创新论坛》，举办《启智学创论坛》，为经济管理虚拟仿真实验教学改革与创新提供智力支撑。
三、经济管理虚拟仿真实验教学平台建设特色
1 .基于云技术打造虚拟仿真实验教学平台。运用分布式和虚拟化技术，促进数据中心云化，形成独立的云计算数据中心，将教学资源、软件、实验教学管理与服务、虚拟仿真实验教学资源交互共享管理等数据和管理系统存放在云存储系统中，实现各种教学活动在云计算数据中心的运行，通过虚拟化共享提升资源的利用率，提升教学交流与互动功能。
2.基于信息化手段实现虚拟仿真实验教学资源共享。构建基于信息化环境和网络平台的实验教学资源共享架构，按照线上、线下的不同需求，将能在网络上实现的资源共享和教学活动放到网络上完成，不能在网络上实现的放在线下完成，实现了实验课程、项目、软件、数据库、案例库及其他资源的.有机协同，实现实验教学资源线上线下一体化的平台互动。
3.结合课程特点打造虚拟仿真实验教学环境。依据经济管理虚拟仿真实验教学的特殊性，依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，根据每个实验项目的实验学时、类型、内容、流程的不同特点，通过虚拟实验设备，构建了虚拟要素、虚拟场景、虚拟空间和过程仿真、模型仿真、情景仿真、角色扮演、O2O操练等虚拟仿真实验教学环境。
4.借助仿真手段构建高度仿真的虚拟实验对象。深入经济社会发展和企业管理实际，将行业、企业发展与市场经营的真实数据和案例融入实验教学，赋予实验资源真实内涵，构建以真实的区域行业、企业和市场发展数据为驱动、可进行过程再现和角色扮演、能够根据各种模型进行分析决策仿真的虚拟仿真实验对象，使学生在虚拟环境中实验，在实战仿真中提升能力。
参考文献：
[1]伟杰,靳春华.仿真实验在国家级实验教学示范中心建设中的作用[J].实验室科学,2010,(2):109-111.
[2]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索,2013,(12):5-8.
[3]周世杰,吉家成,王华.虚拟仿真实验教学中心建设与实践[J].计算机教育,2015,(9):5-11.
[4]韩芝侠,魏辽博,韩宏博,等.仿真虚拟实验教学的研究与实践[J].实验技术与管理,2006,(2):63-65.
经济学仿真 篇3
关键词 模拟 虚拟 仿真 模拟仿真 虚拟现实
中图分类号：TP3 文献标识码：A
1 模拟与仿真
模拟经常采用虚拟具体假想情形的方法，也经常采用数学建模的抽象方法。利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。这里所指的模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型。所指的系统也很广泛，包括电气、机械、化工、水力、热力等系统，也包括社会、经济、生态、管理等系统。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，一般采用模拟的方式来完成。
仿真是一种特别有效的研究手段。仿真的重要工具是计算机。仿真与数值计算、求解方法的区别在于它首先是一种实验技术。仿真的过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。仿真技术的实质也就是进行建模、实验。现代仿真技术的发展是与控制工程、系统工程及计算机技术的发展密切相关联的。控制工程和系统工程的发展促进了仿真技术的广泛应用，而计算机出现及计算技术的迅猛发展，则为仿真提供了强有力的手段和工具。因此，计算机仿真在仿真中占有越来越重要的地位。一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。
模拟侧重于软件，强调过程。仿真则侧重于硬件，仿真的重要工具是计算机、模拟器。无论模拟还是仿真都与实验相关，整个实验叫仿真，而实验过程应该叫模拟，所以模拟仿真不可分割，发展到今天统称为模拟仿真。
2 模拟与虚拟
模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，以及模拟的重现度和有效性。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。虚拟是对真实的模仿，对训练过程的假想。
3 虚拟现实与模拟仿真
虚拟现实（VirtualReality，简称VR），是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影響，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。虚拟现实是高度发展的计算机技术在各种领域的应用过程中的结晶和反映，不仅包括图形学、图像处理、模式识别、网络技术、并行处理技术、人工智能等高性能计算技术，而且涉及数学、物理、通信，甚至与气象、地理、美学、心理学和社会学等相关。
概括地说，虚拟现实是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。我们可以举一个烟尘干扰下能见度计算的例子来说明这个问题。在构建分布式虚拟环境基础信息平台应用过程中，经常会有由燃烧源产生的连续变化的烟尘干扰环境能见度的计算，从而影响环境的视觉效果、仿真实体的运行和决策。某些仿真平台和图形图像生成系统也研究烟尘干扰下的能见度计算，仿真平台强调烟尘的准确物理模型、干扰后的能见度精确计算以及对仿真实体的影响程度；图形图像生成系统着重于建立细致的几何模型，估算光线穿过烟尘后的衰减。而虚拟环境中烟尘干扰下的能见度计算，不但要考虑烟尘的物理特性，遵循烟尘运动的客观规律，计算影响仿真结果的相关数据，而且要生成用户能通过视觉感知的逼真图形效果，使用户在实时运行的虚拟现实系统中产生亲临等同真实环境的感受和体验。
虚拟现实技术是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术，是由计算机硬件、软件以及各种传感器构成的三维信息的人工环境——虚拟环境，用户投入这种环境中，就可与之交互作用、相互影响。它融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而也大大推进了计算机技术的发展。目前，虚拟现实技术已在建筑、教育培训、医疗、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用，渐已成为21世纪广泛应用的一种新技术。
模拟仿真是一种物理模拟技术的应用，它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境，来培养单兵或小范围作战编组的作战技能。
模拟训练，所用的模拟器可能比它所模拟的真实装备还要贵。为了解决部队训练问题，美国国防部高级研究计划局l983年开始实施模拟器联网计划，把分散在各地的训练器用计算机联成网络，形成分布式交互仿真，实现异地联通与互操作。美军已研制的虚拟现实模拟系统可以在视觉、听觉和触觉等方面逼真地显现未来战争可能出现的各种情况，可以使没有打过仗的指挥官身临其境般地体验战争，可以使驻扎在世界各地的部队通过互联网络同时演练同一想定，可以在同一模拟系统上演练在不同国家、不同地形、不同气候、不同作战对象的各种战争行动。如美海军陆战队的模拟网络可将分布在全球执行各种任务的陆战队特遣队司令部连接起来。一支远征部队陆战营可与4800公里之外的另一支远征部队的团级司令部进行诸军兵种联合演练。
经济学仿真 篇4
1 模型设置
设N个依序排列的行为外部不经济水平初态无序且邻域耦合的自适应社会成员形成一个一维点阵(类似于振子点阵)。每个社会成员的行为外部不经济水平用一个三参数函数F来模拟(三个特征指标),它们随一个共同的自变量n(如时间参数等)变动。(n=0,1,2,…):
X(j)=F(A(j),W(j),Q(j);n)(j=1,2,…N)
其中A(j)、W(j)、Q(j)是社会成员行为外部不经济水平结构参数;设:
A(j)的所有可能取值:0.05,2×0.05,…,20×0.05;
W(j)的所有可能取值:0.05,2×0.05,…,20×0.05;
Q(j)的所有可能取值:0.05,2×0.05,…,20×0.05;
设自变量n每变化r=60步,社会成员行为外部不经济水平结构参数变化m=1步:下一步每个社会成员行为外部不经济水平的结构参数值,随其邻域各社会成员行为外部不经济水平结构参数这一步的最可几值而变化(社会成员行为外部不经济水平从众趋同机制的一种模型表述);每个社会成员的不对称邻域定义为以这社会成员为参照,其右侧80个社会成员、左侧20个社会成员的100个社会成员的集合;每个社会成员的对称邻域定义为以这社会成员为参照,其左侧50个社会成员、右侧50个社会成员的100个社会成员的集合;若邻域伸展到边界外,不存在的邻域社会成员用随机选取整个点阵上任一社会成员来替代。
设点阵的初态是无序态:各个社会成员行为外部不经济水平结构参数均匀随机分布于其所有可能值。
2 计算机仿真不对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵的自组织过程
初态m=0时,一维点阵所有N=1000个不对称邻域耦合自适应社会成员的社会成员行为外部不经济水平结构参数均匀随机取值分布,以及这些结构参数在其所有可能态上的均匀随机填布。
一维点阵演化进行到m=3步时,所有N=1000个邻域耦合自适应行为外部不经济水平函数结构参数取值分布,以及结构参数在其所有可能态上的填布。
一维点阵演化进行到m=20步时,所有N=1000个邻域耦合自适应社会成员行为外部不经济水平结构参数取值分布,以及结构参数在其所有可能态上的填布。
一维点阵演化进行到m=50步时,所有N=1000个邻域耦合自适应社会成员行为外部不经济水平结构参数取值分布,以及结构参数在其所有可能态上的填布。
由另一无序初态出发,从m=1到m=50每一步,一维点阵系统1000个社会成员行为外部不经济水平的结构参数所占据的其可能态的个数。
总结与上述仿真演化过程相类似的大量结果,我们得出如下结论:行为外部不经济水平初态无序不对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵,当每个社会成员行为外部不经济水平演化的下一步其结构参数取值,随着其不对称邻域中诸社会成员行为外部不经济水平的这一步的最可几取值而变异时,经过多步仿真演化,点阵自组织趋于所有社会成员行为外部不经济水平同步振荡的单一相。
3 计算机仿真对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵的自组织过程
由行为外部不经济水平无序初态出发,从m=1到m=50每一步,对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵系统所有1000个社会成员行为外部不经济水平的结构参数,所占据的其可能态的个数,如图1。
从m=1到m=50每一步,一维点阵系统所有1000个社会成员行为外部不经济水平的结构参数所占据的其可能态的个数
初态无序对称邻域耦合自适应社会成员行为外部不经济水平一维点阵演化进行到m=50步时,所有N=1000个邻域耦合自适应社会成员行为外部不经济水平结构参数取值分布,以及结构参数在其所有可能态上的填布。
重复进行与上述自组织演化同类的仿真,显示如下结论:
对于初态无序对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵系统,当每个社会成员行为外部不经济水平演化的下一步其结构参数取值,随着其对称邻域中诸社会成员行为外部不经济水平的这一步的最可几取值而变异时,经过多步仿真演化,系统的熵(与系统宏观态所包含的微观态个数的自然对数成正比)在此过程中递减;点阵自组织演化至分区同步振荡稳定态,不同的无序初态演化出不同的最终分区同步振荡稳定态,但这分区个数的可能值(一维点阵均匀相的个数)存在一个确定的规律:小于或等于点阵尺度(1000)与耦合邻域尺度(100)之比。这一结论可以看作初态无序对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵系统的相律。
4 小结
这里设置的行为外部不经济水平初态无序的对称和不对称邻域耦合自适应社会成员形成的一维点阵模型系统,是一个自组织演化系统。不对称邻域耦合机制将使系统自组织演化至所有社会成员同步振荡的单相系;对称邻域耦合机制将使系统自组织演化至分区均匀同步振荡的多相系,且这多相系相个数小于等于一维点阵尺度与耦合邻域尺度之比。
这一研究可以用来理解,每个个体只要与其邻域群体形成从众趋同的耦合机制(受行为外部不经济水平的从众心理驱使),即,下一步每个个体的结构参数值,随其邻域各个体结构参数这一步的最可几值而变化,则初态无序的复杂系统就会演化至分区同步或整体同步的自组织态。这解释了社会成员行为外部不经济水平自组织现象。
参考文献
经济学仿真 篇5
燃油经济性属于汽车各种性能中最基本、最重要的性能之一,它不仅关系到开发过程中发动机的选择、变速器各档传动比等参数的确定,更决定了汽车运输过程中的经济成本[1]。
为了降低整车的综合油耗,各个厂家纷纷通过改进发动机的办法来实现。然而,改进设计的发动机虽然一般会提高整车性能,但对整车综合油耗的具体贡献数值却往往需要通过试验来验证,所需的试验周期长,成本高。若能在实验验证之前通过仿真分析来预测改进后的发动机对整车性能的影响,将无疑大大降低费用及时间。
本文选取CRUISE软件进行动力系统建模仿真,对同一系列两款发动机(压缩比为9且不带冷却EGR与压缩比为1且带冷却EGR的基本结构参数相同的两款发动机)匹配同一车辆的燃油经济性进行了对比分析。
1、整车参数及性能指标
1.1 原车主要结构参数
本文所需的整车基本参数如表1所示:
1.2 原车主要性能指标
由道路试验所得原车的性能参数如表2所示:
2、仿真计算与结果分析
2.1 利用Cruise建立整车模型
根据该车前置前驱的传动系布置方式,利用CRUISE建立如图1所示的整车仿真模型[2]。
2.2 仿真结果分析
原车匹配两款发动机的性能仿真结果如表3所示:
这两台发动机的万有特性对比如图2所示,从图中可以看出,采用压缩比为10且带冷却EGR的技术后,油耗水平整体改善,250g/k W.h的等油耗圈基本覆盖压缩比为9且不带冷却EGR发动机260g/k W.h的等油耗圈;这主要是由于采用冷却EGR的技术后,能够在一定程度上抑制了发动机的爆震,可以增大点火提前角以及提高压缩比的原因。
虽然万有特性的对比图可以在定性方面反映这两款发动机经济性的优劣,但对整车NEDC循环的燃油经济性却无法给出定量的对比,而运用CRUISE软件的仿真模拟弥补了这方面的不足。
计算结果显示,在动力性相当的情况下,当匹配压缩比为10且带冷却EGR的发动机时,整车NEDC循环综合性油耗为7.65 L/100km,当匹配压缩比为9且不带冷却EGR的发动机时,整车NEDC循环综合性油耗为7.8 L/100km。
从结果可以看出,与压缩比为9且不带冷却EGR的发动机相比,采用压缩比为10且带冷却EGR的发动机在NEDC循环油耗方面能够节省燃油0.15 L/100km,基本上节约了1.9%的燃油。
3、结论
利用Cruise软件进行整车动力学计算,不仅计算结果与实际测量结果十分相近,而且整车建模便捷、仿真时间较短、整车和部件的参数配置清晰直观。可见,采用CRUISE软件对整车燃油经济性可以起到较好的预测效果。
摘要：通过试验获得某乘用车的动力性及燃油经济性数据,拟研究该车型搭载另外一款同平台开发的发动机后的燃油经济性。文章利用AVL CRUISE软件建立整车仿真模型,进行动力性、经济性仿真,通过对比来分析冷却EGR技术对整车燃油经济性的影响。
关键词：燃油经济性,动力性,EGR
参考文献
[1]余志生.汽车理论(第三版)[M].北京:机械工业出版社,2000.
经济学仿真 篇6
一、经济仿真实验及其在初级宏观经济学教学中的优势
(一) 经济仿真实验简介
经济仿真是以现实世界中的经济环境和经济代理人行为的特点为原型, 将经济系统抽象成为程序模型, 在计算机中进行运算, 模拟现实经济运行的方法。它借助于计算机强大的计算能力, 允许研究者建立非常复杂的虚拟经济系统, 并分析经济主体在其中活动的结果, 在一定程度上克服了社会科学研究无法重复实验的困难。目前在我国经济学教学中, 应用仿真实验的还不多, 主要局限于证券市场、议价行为、拍卖行为、公共产品、演化经济理论和产业组织理论等方面, 特别是对在初级宏观经济学教学中运用仿真实验的研究还非常缺乏。
运用经济仿真实验辅助教学的基本步骤是:一是将有关经济理论, 经过初步的定性分析和定量分析转化为经济数学模型。二是运用合适的仿真软件将经济数学模型转化为经济实验模块。三是将制作好的仿真经济实验模块运用于相应的教学内容当中。前面两个步骤由授课老师完成, 而最后一个步骤由教师和学生共同完成。在最后一个步骤中, 教师首先要对实验模型进行解释和演示;然后让学生对模型进行自由探索, 通过亲自尝试来获得对模型运行结果的感性认识;待学生能够熟练操控实验模块之后, 可以安排相应的练习, 让学生观察修改模型结构和参数带来的结果的差异, 并引导其进行解释;最后, 部分感兴趣的学生可在教师指导下, 基于该实验模块设计更为复杂的模型, 验证自己的猜想。
(二) 经济仿真实验在初级宏观经济学教学中的优势
与其他教学手段相比, 经济仿真实验在初级宏观经济学教学中具有许多独特优势:一是教学内容具体。教师可以用仿真软件将模型做成相应的实验模块, 把抽象的教学内容具体化为直观的教材。二是节约了板书时间, 加大信息量。计算机具有高运算速度和高存储容量两大特点, 所以在经济仿真模型中可以实现一些多主体多周期的大型实验, 而不需要教师在黑板上进行长时间的演算, 节约教学时间。同时, 大量的经济学实验结果通过计算机以数据列表和图形曲线等方式展示和导出, 可以形成一个全新的图文并茂、声像结合的生动直观的教学环境, 从而大大增加教学信息量, 提高学习效率, 有效地刺激了学生的形象思维。三是学生可以直接参与。学生可以直接操控模型, 进行参与式学习, 并且可以通过修改模型的机构和参数获得对经济理论和模型更加深入的理解, 从记忆与知识建构角度来说其对学习效率的影响都优于传统教学方法与案例教学方法。
二、经济仿真实验在初级宏观经济学教学中的适用性
(一) 适应中国高等教育发展的新要求
进入新世纪后, 社会经济的发展和科学技术的进步对高等教育提出了新的发展要求:一是高等教育需要有效率地与广泛的运用信息科技。经济类专业本科教育更要适应社会的发展, 将信息技术引入到教育领域, 加强财经专业知识与信息技术的融合。二是高等教育要提高人才培养素质, 培养有学习能力、实践能力、创新能力的高级专门人才。《国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010-2020年) 》指出, 要着力培养信念执著、品德优良、知识丰富、本领过硬的高素质专门人才和拔尖创新人才。这就要求在教学上必须采用理论与实践相结合的方式, 改革教学手段和教学方法, 强化实验教学环节, 从而提高学生的综合素质。运用经济仿真实验辅助宏观经济学教学, 不仅能够有效地将信息科技运用于教学之中, 而且有助于培养学生的创新能力, 符合高等教育在新形式下对教学新要求的需要。
(二) 适应初级宏观经济学课程的教学特点
与其他经济管理类课程相比, 初级宏观经济学教学存在以下一些特点:
第一, 授课对象是没有太多经济学背景知识的本科低年级学生。初级宏观经济学的授课对象一般是各高校经济管理类专业 (有些高校甚至将其作为社会科学领域通识教育课程开设) 的一年级新生。这些学生在学习该课程之前大多未系统学习过经济类前期课程, 而且年龄总体偏小, 缺乏社会经验和社会观察力。由于受到知识结构的限制, 只是单纯给学生进行经济理论的讲解与模型的推导, 其所接受的刺激难以与自身已有的知识经验联系, 因此, 学生记忆、理解难度较大, 难以达到很好的学习效果, 灵活运用的能力也较差。
第二, 课程内容抽象, 且理论性较强。在经济学中, 微观部分是比较贴近现实的, 微观经济学的每一个原理, 几乎都可以通过生活中的故事来形象地阐释。相比之下, 宏观经济学则是一门理论性很强的学科, 它的“宏大叙事”对刚刚从应试教育的重围中杀将出来的大学生而言, 大部分像“天方夜谭”, 要真正理解其理论体系和实质问题并不容易。教学过程中常常要通过大量的图形、表格、数学论证来加以分析和说明, 让学生感到抽象枯燥且难以掌握。
第三, 理论中数学的支撑性强, 模型多。数学对经济学理论的支撑性较强。而大多数经济管理类学生的人文知识丰富, 数学基础则相对薄弱, 这一知识架构的特点导致学生普遍对定性分析感兴趣, 而对定量分析方法不愿深入, 对教学中的经济学案例感兴趣, 而对逻辑推导、图表、公式、数学证明不习惯接受。这也导致了学生在宏观经济学理论学习中只知其“然”而不知其“所以然”, 不能很好地锻炼学生对抽象复杂经济问题的理性分析和研究能力。
第四, 课程的主要目的是使学生掌握宏观经济的基本理论和基本知识, 训练学生的经济学思维方式。对低年级学生而言, 学习宏观经济学的主要目的不在于马上在实际生活中应用, 而是掌握其基本概念、分析方法以及基本理论模型, 因此, 在教学中使用案例分析等方法对于学生深入理解模型本身来说, 帮助是有限的, 而借助经济仿真实验恰恰能够弥补这一缺憾。
总之, 将经济仿真实验引入初级宏观经济学的教学适应了该课程教学的特点, 将有助于低年级本科学生加深对理论性较强的经济模型的理解, 从而达到该课程的教学目的。
(三) 符合授课对象的认知规律
建构主义学习理论可以比较好地说明人类学习过程的认知规律。对于学习的含义, 建构主义学习理论认为, 知识不是通过教师传授得到, 而是学习者在一定的情境即社会文化背景下, 借助学习是获取知识的过程其他人的帮助, 利用必要的学习资料, 通过意义建构的方式而获得。建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。获得知识的多少取决于学习者根据自身经验去建构有关知识的意义的能力, 而不取决于学习者记忆和背诵教师讲授内容的能力。
在初级宏观经济学教学中开展经济仿真实验是随着计算机性能的提升和计算机及网络应用的普及而使建构主义理论在高等教育中得以应用的体现, 符合了授课学生的认知规律, 能有效地促进学生的认知发展。就“情境”而言, 经济仿真教学正是为学生创设了一个模拟现实经济运行的情境, 这个环境有利于学生理解所面临的学习任务, 有利于将未知的知识融入自己的认知结构中去。就“协作”而言, 协作发生在学习过程的始终。协作对学习资料的搜集与分析、假设的提出与验证、学习成果的评价直至意义的最终建构均有重要作用。在利用仿真软件学习时, 教师和学生之间存在诸如学习内容的布置, 学习材料的分配之类的协作, 在学生之间也会发生搜集资料, 合作实验、分析问题的协作, 也有老师对学生、学生之间的相互评价等协作, 这些协作对于学生学习知识, 掌握技能, 提高能力都有重要的作用。就“会话”而言, 在仿真教学或学习过程中, 由于各种协作的存在, 必然会因此而产生各种会话, 包括教师和学生之间的会话和学生之间的会话, 也包括学生和电脑之间和互联网之间的会话。这种会话, 将加速意义在学生认知结构中的建构。就“意义建构”而言, 在仿真教学中, 通过创设的仿真情境、师生之间学生之间的会话和协作, 逐步理解问题情境中的知识, 达成意义的建构, 也就是将新的知识整合到学习者已有的知识结构中, 转化成个人的能力。
三、经济仿真实验在初级宏观经济学教学中的作用和意义
(一) 能够有效激发学生的求知欲, 提高学生对宏观经济学课程的兴趣
通过经济仿真实验将本来抽象的理论模型具体化为过程可操作、结果可直观的实验模块, 让学生直接操控模型, 进行参与式学习, 能够激发学生的求知欲, 调动学生的积极性, 活跃课堂气氛, 使经济学成为一门生动的、可亲近的学问。
(二) 有利于丰富理论教学的手段, 深化教学内容
利用经济仿真实验使学生参与到模型的教学中, 能够增加学生对模型的感性认识, 符合学生学习经济学的认知特点, 从而降低理论学习的难度。同时, 在经济仿真实验中, 学生可以通过改变一些参数的设置, 模拟现实生活中某些经济变量的改变, 观察和比较程序运行结果, 从而加深对这些基本的宏观经济理论模型的认识和理解。
(三) 有利于培养学生的创新能力, 提高学生的综合素质
在进入大学校门之前, 学生多接受的是升学教育, 接受的知识是灌输性的, 独立思考与创造能力还有待培养和开发。将经济仿真实验引入宏观经济学的教学之中, 能促使学生积极参与, 勤于思考, 充分发挥主体性, 这将有利于培养学生的创新能力。学生参加经济仿真实验不仅能对宏观经济理论得到更深入的理解, 而且也获得了一种提出问题-正式表述-提出猜想-验证猜想的一般研究方法的训练, 有利于提高学生的综合素质。
(四) 有利于丰富教学资源, 促进教学相长的良性循环
在学生进行研究性理论学习和开发性实践学习之后, 要按照教师的要求提交实验报告、研究论文或开发作品, 教师也可以将这些作品存储充实到教学资源库中作为后续教学的案例, 实现了在教学过程中不断丰富教学资源, 教师与学生教学相长, 教与学相互促进的动态良性循环。
总之, 经济仿真这一崭新的研究手段应该在初级宏观经济学的教学中发挥积极的作用。
参考文献
[1]、曹士龙.借助经济仿真实验开展宏观经济模型教学的设想[J].高等教育与学术研究, 2008 (10) .
[2]、任韬.实验经济学与经济仿真[J].理论与当代, 2007 (2) .
经济学仿真 篇7
关键词：区域铁路物流,系统动力学,工业经济
1 引言
区域物流与区域经济发展密切相关, 区域物流是区域经济增长的前提条件, 对其起着支撑作用, 而区域经济的增长促进区域物流的发展。在经济较为发达的地区, 其区域物流发展越快, 物流体系相对越完善, 区域物流就越显重要。国外学者很早就开始了关于区域物流与区域经济的研究。Danuta Kisperka-Moron (1994) 以波兰经济转型为例研究了经济与物流的关系, 指出:“在经济过渡期, 物流问题是经济中的重要问题。不同经济时期的库存反映了物流变化。”[1]Melelldez于2002年利用拉丁美洲市场相关的统计数据分析了区域物流基础设施的建设、物流一体化与地区经济发展的关系[2]。Tage Skjott-Larsen等 (2003) 学者根据1994年丹麦和瑞典两国共同建立的Oresund大桥为例, 分析了区域性物流基础设施对经济区域发展起了重要作用[3]。Wei-Binzhang (2007) 研究了作为物流重要环节的运输条件对区域经济的影响, 指出运输能力在一定程度上能反映区域物流与区域经济之间的内在作用[4]。国内学者张文杰 (2002) 运用区域经济与交易理论, 分析了区域物流与经济之间的协作作用, 从区域物流发展可以降低交易成本、优化区域产业结构、促进区域市场形成和发展三个方面说明区域物流对区域经济的促进作用[5]。冯凌云, 葛云 (2003) 对江苏货运周转量和多个经济指标进行回归分析, 最后得出物流能力对江苏GDP增长的贡献率为36.77%[6]。桂寿平等 (2003) 利用系统动力学, 对现代物流和经济增长之间的关系作了全面研究并以广州为例建立相应的模型进行实证分析, 研究了广州市现代物流发展的方向[7]。潘瑞玉 (2006) 采用Granger因果检验分析浙江省物流业发展对宏观经济增长的作用, 指出浙江省的物流业产值与GDP之间存在着互动关系以及负反馈性[8]。姜华, 陈功玉 (2006) 指出区域物流具有“带动效应”和“扩散效应”, 并在“涓滴效应”和“极化效应”的共同作用下, 区域物流水平的提高可以拉动区域经济的发展[9]。李兆磊等 (2007) 等从区域物流与区域经济相互制约和相互影响的角度, 提出了一些衡量区域经济和区域物流业均衡发展的指标体系[10]。国内外学者研究了区域物流与区域经济之间的内在作用, 提出的指导建议更多地侧重于增加物流投资比例来促进物流供给能力的提高, 进而促进区域经济发展。本文通过模型仿真结果并结合内蒙古区域实际情况, 提出了一种经济政策思路:不能一味扩大物流投资比例, 应注重投资效果, 将投资由粗放型投资向集约型投资、外延型投资向内涵式投资转变。
近年来, 内蒙古自治区经济快速发展, 2002—2010年连续10年GDP增速居全国首位, 并成为西部第一个人均收入超过1万美元的省份。2012年实现生产总值15988.34亿元, 同比增长11.3%, 高于全国平均3.9个百分点。其中, 工业经济迅猛发展, 工业生产总值达7962.19亿元, 占全年GDP的49.8%。内蒙古地区矿产资源丰富, 2012年原煤产量达10.8亿吨, 已成为第一产煤大省。由于我国自然资源和工业基地的错位分布, 决定了原煤等矿产资源需由西向东、由北向南运输, 这也决定了位于中国西北部的内蒙古物流主要是以资源输出为主的单向物流。以原煤等为主体的工业产品主要为大宗货运, 这些产品对铁路物流的需求和依赖性强, 为内蒙古地区的铁路物流创造了有利条件。本文拟用系统动力学理论, 建立内蒙古铁路物流模型, 并运用Vensim PLE软件对其进行仿真分析。
2 系统分析
系统动力学可根据区域物流系统与经济两个之间的因果反馈关系来构造模型, 且系统动力学模型的特有之处在于其结构, 而不是数据, 这是其他方法所不能比拟的, 本文采用系统动力学的方法来构建区域物流模型。
2.1 系统边界
清晰界定系统的边界是模型成功与否的关键步骤。界定系统的边界必须紧紧围绕建模目的以及研究对象, 真正将关注点放在核心问题上, 可以考虑忽略非重要的因素[11]。因此, 首先需要确定系统边界, 其次分析系统内部因素的因果反馈关系, 最后建立系统动力学模型。区域物流系统是一个复杂的社会系统, 涉及农业生产, 工业生产, 批发零售业、交通运输业等整个经济体系, 对物流业发展的影响因素包括经济发展水平、国家产业政策、产业布局、消费环境等多种因素。区域物流与区域经济之间作用机理是基于系统各个因素的相互作用而体现的。本文研究的对象是工业经济与铁路物流体系, 包含经济和铁路物流两个子系统以及工业生产总值、铁路货运实际发生量、铁路货运供给能力3个状态变量。系统构成要素如表1所示。
2.2 系统因果关系图
系统因果关系图是模型构造的基础与关键, 本文结合内蒙古工业经济与铁路物流的诸多要素构造了如图1所示的因果关系反馈图:
因果反馈图中包含很多因果链, “→+”表示正因果链, 即箭头指向的变量会随着箭头前段的变量值增加而增加, 反之亦然。“→-”表示负因果链, 即箭头指向的变量会随着箭头前段的变量值增加而减少。因果链构成了反馈环, 该机制存在3个主要反馈环:
(1) 工业生产总值→+货运生成量→+铁路货运需求量→+铁路物流短缺→-工业生产总值 (负反馈)
(2) 铁路供给能力→+铁路货运发生量→+铁路企业收入→-铁路物流投资量→+铁路物流供给能力 (正反馈)
(3) 工业生产总值→+物流人才投入→+铁路物流管理效益→+铁路物流供给能力→-铁路物流短缺→+工业生产总值 (负反馈)
(4) 工业生产总值→+铁路物流投资量→+铁路物流供给能力→-铁路物流短缺→+工业生产总值 (负反馈)
2.3 系统流程图构建
本文以Vensim PLE为平台, 在对工业经济与铁路物流系统进行分析的基础上, 构建了系统流程图。
模型主要涉及的方程设置如下:
工业生产总值=INTEG (工业增长-工业阻碍)
铁路货运发生量=INTEG铁路增长
铁路货运供给能力=INTEG (供给增长-供给消耗)
货运生成量=EXP (8.257+LN (工业生产总值) ×货运生成系数)
铁路货运需求量=货运生成量×铁路货运需求系数
铁路物流短缺缺口=铁路货运需求量-铁路货运供给能力
铁流物流短缺固定延迟=DELAY FIXED (铁路物流短缺缺口, 2, 0)
国家铁路固定资产投资量=铁路物流投资比例×工业生产总值
铁流企业自投资量=铁路自投资比例×铁路企业收入
铁路企业收入=铁路货运发生量×收入率
投资效果=投资效果系数× (国家铁路固定资产投资量+铁流企业自投资量+物流管理人才效益)
投资固定延迟=DELAY FIXED (投资效果, 1, 28.72)
物流管理人才效益=工业生产总值×管理效益转换率
供需比=铁路货运供给能力/铁路货运需求量
3 内蒙古地区工业与铁路物流系统动力学仿真
3.1 参数的确定
本模型共有变量34个, 其中水平变量3个, 速率变量5个, 辅助变量12个, 参数12个, 还有表函数2个。
关于系统动力学模型, 人们一般关心和存疑最多的地方是模型参数的选取, 而实际上系统动力学的反馈系统对参数变化是不敏感的, 其模型的行为模式和结果主要取决于模型的结构而不是参数的精确度。对于参数, 本文采用实际经验、数据计算和反复实验调试来确定参数的取值, 主要参数变量详见表2。
数据来源:《内蒙古统计年鉴》
模型系统时间边界为2005—2020年, 以2005年作为仿真模拟的初始年。考虑专家意见及内蒙古经济发展经验值, 在对模型进行反复调试后, 本文对参数进行赋值:本模型中铁路物流短缺对工业阻碍系数的影响为0.003亿元/万吨;铁路企业自投资比例为0.2;铁路企业收入率为0.008;铁路货运需求系数是铁路需求量占总货运量的比例。因内蒙古工业产品占社会物流总量比例高, 且工业产品大多为大宗货物, 使用铁路运输大宗货物是最经济、成本最低的运输方式, 故本文设定铁路货运需求系数为0.6。投资效果系数, 即为影响投资效果的因子, 由于专项资金投入的中间消耗, 其不能100%用于物流投资, 故本文设定投资效果系数为0.7;投资效果转换系数表示投资能转换为物流供给的能力, 它与区域物流规划、政府宏观调控能力、铁路部门管理水平等多个因素有关, 对其赋值为20万吨/亿元;物流供给能力消耗系数设为固定交通运输设施的折旧率, 取值0.033;货运总生成量系数、铁路固定资产投资系数利用《内蒙古统计年鉴》数据计算算术平均值及回归分析计算得出;对于工业自然增长系数、铁路货运系数需随时间变化的变量则根据《内蒙古统计年鉴》数据用表函数予以表示。在系统动力学流图中输入以上的初始数据、常量以及全部公式进行系统仿真。
3.2 模型运行结果分析
仿真试验时间从2005年到2020年, 步长为1年。运行模型, 得到2005—2020年的模型数据, 将2005—2020年模拟数据与实际发生的工业生产总值数据对比, 如表3所示, 我们发现其误差控制在2%以内, 属于可接受范围, 说明本模型仿真与实际情况较为吻合。现对模型生成的数据进行分析:工业产值、铁路货运完成量、铁路货运供给能力、铁路物流短缺缺口在2005—2020年的变化曲线分别如图3~图6所示。
从图3~图6中, 我们可以看出, 工业生产总值、铁路货运完成量、铁路货运供给能力在15年间基本呈平稳增长趋势。到2020年工业生产总值将达到22549.00亿元, 铁路货运完成量将达到94817.90万吨、供给能力将达到83442.00万吨。铁路物流短缺缺口在2005—2013年将持续增大, 并于2013年达到最大值32145.20万吨, 2012—2020年随着铁路物流供给能力的增强, 短缺缺口逐渐缩小。
数据来源:《内蒙古统计年鉴》及模型仿真
政府可以通过宏观调控来减小铁路物流短缺, 主要可以从两方面来考虑:增大物流投资量和优化投资效果。本文通过保持其他参数不变, 分别增大铁路物流投资比例和改变投资转换系数来进行仿真, 仿真结果如表4所示。
数据来源:Vensim PLE软件模型仿真
从表4我们可以看到, 增大铁路物流投资比例与增加投资效果转换系数均能推动工业经济发展, 从数据上看, 它们对工业生产总值的促进作用和缩小铁路物流短缺缺口作用并不是立竿见影的, 是具有时滞性的, 且促进工业经济发展需较长时间才能体现出来, 从表4后4列数据我们看到, 优化投资效果的工业经济发展和缓解铁路物流短缺作用都是随着时间而持续增强的。若增加铁路物流投资比例1%, 铁路物流短缺将在2020年得以解决。
4 对策分析
近年来, 内蒙古工业生产总值占GDP比重逐年上升, 在社会物流总量中, 工业产品也是占比最大的。国际经验表明, 当工业产值每增长1%、铁路货运量增长0.5%, 即二者之比 (弹性系数) 为1∶0.5时, 铁路货运供给能力比较适应国民经济发展的需求。[11]2000—2011年内蒙古工业产值增长率为1600%, 根据国际经验, 11年间货运量的增长率应达800%, 铁路货运供给能力才能适应经济的发展, 而货运量的增长率仅为345%, 铁路货运短缺缺口严重。对于铁路运输短缺, 公路运输可在一定程度上替代铁路运输, 但铁路与公路的运输成本之比约为1∶5, 且工业产品多为大宗货物需长距离运输, 所以公路运输的替代作用是有限的。
我们应将聚焦点由单纯扩大路网规模的“外延式”整合方式向以效率为切入点、以提高资源利用率为关键点的“内涵式”整合方式转变。促使经济增长由主要依靠增加资源投入带动向主要依靠提高资源利用效率带动转变。铁路物流投资效果主要与铁路物流资源整合程度息息相关, 铁路物流资源整合可以从宏观物流政策到微观物流要素的整体作为整合对象。具体可以从物流组织网络、物流基础设施网络和物流信息网络三方面出发来进行优化, 使三者有机结合, 促进铁路物流产业发展。
4.1 铁路物流组织网络
长期以来铁道部政企不分, 铁道部既是铁路运输的经营者也是监管者。我国铁路网络按地区分为16个铁路局和2个铁路公司, 造成铁路网络的人为分割, 组织效率不高。2013年3月国务院取消了铁道部, 实行铁路政企分开, 由中国铁路总公司统一调度指挥铁路运输, 实行全路集中统一管理, 这为提高铁路物流组织效率提供了平台。铁路总公司下一步还应优化运输组织如实行站段资源整合、优化列车运行图、铁路与其他交通资源整合等方式使网络的各个部分有机结合。
4.2 物流基础设施网络
政府职能部门应发挥宏观调控能力, 结合区域实际情况, 合理规划物流系统, 重点关注主要中转节点及物流线路的设计布局, 将现有的铁路物流节点划分为铁路物流园区、铁路物流中心、铁路物流配送中心三个不同的层次。还应有效利用技术设备如:研究开发重载机车及重载线路技术, 着重改进重载机车, 配置大载重专用的机车等来实现重载运输的集约化和规模化。
4.3 物流信息网络
铁路物流信息资源整合优化就是要实现铁路物流信息化, 将通信、信息、控制技术运用于铁路运输组织与经营管理的各项活动中。在我国铁路信息建设初具规模的同时, 还应学习借鉴发达国家铁路信息化建设的成熟经验, 学习其他行业信息平台建设成功模式, 紧密结合铁路运输需要, 实现信息化发展。
本文分析了区域经济与区域物流体系之间的关系, 并以此建立了以内蒙古地区为实例的工业经济与铁路物流系统动力学模型。利用Vensim PLE软件进行仿真模拟, 模拟结果表明, 在保持物流投资比例不变的情况下, 通过优化物流投资转换效果可以促进工业经济的发展、减小铁路物流短缺缺口。
参考文献
[1]Danuta KisPerka-Moron.Logistics change during the transition period in the Polish economy[J].International Journal of Production Economies, 1994, 35 (1-3) :23-28.
[2]Melendez O., Maria Fernanda.The logistics and transportation problems of Latin American integration efforts:The Andean Pact, a case of study[J].The University of Tennessee, 2001:246.
[3]Tage Skjott-Larsen, Sten Wandel, Ulf Paulsson.Logistics in the Oresund Region after the Bridge[J].European Journal of Operational Research, 2003 (1) :247-256.
[4]Wei-Bin Zhang.Economic geography and transportation conditions with endogenous time distributionamongst work, travel and leisure[J].Journal of Transport Geography.2007, 12 (2) .
[5]张文杰.区域经济发展与现代物流[J].中国流通经济, 2002 (1) :7.
[6]卢仁山, 赵海峰.现代物流产业与区域经济核心竞争力[J].北方经贸, 2006 (256) :113-114.
[7]桂寿平, 何秋.区域物流系统动态学模型的建立与合理性检验[J].交通与计算机, 2002 (3) :30-33.
[8]潘瑞玉.物流业对区域经济增长的实证分析[J].经济论坛, 2006 (5) :22-24.
[9]姜华, 陈功玉.基于物流的区域经济竞争力研究[J].东南学术, 2006 (5) :70-74.
[10]李兆磊, 张雅琪.区域物流系统适应性评价指标体系研究[J].物流技术, 2007 (7) :9-11
经济学仿真 篇8
抽水蓄能电站 (抽蓄) 在电力负荷处于低谷期时从电网吸收电能采用抽水工况进行蓄能, 当负荷处于高峰期时采用发电工况将电能送回到电网中[1]。即将电网负荷低估时段的富余电能通过蓄能后转换为负荷高峰时期需求的具有更高价值的电能, 从而实现了对负荷的“移峰填谷”作用[2]。
目前, 对抽蓄的移峰填谷效益分析主要体现在通过减少火力发电机组的启停与调峰次数来提高机组负荷率、减少燃料和检修维护等费用以及污染物的排放[3]。为了更清晰直观地分析抽蓄带来的移峰填谷效益的大小, 本文通过建立抽蓄移峰填谷效益模型进行仿真计算实现定量分析。
本文提出了抽蓄移峰填谷带来的节煤降耗经济效益量值的概念:抽蓄处于抽水工况是耗电的增加了电网的能耗, 而当抽蓄处于发电工况是又减少了电网的能耗。由于在抽蓄抽水工况时是将较低能耗的火电厂发电电能利用起来了, 而在发电工况时替代了较高能耗火电发电厂发出的电能, 因此会带来节煤降耗效益[4]。抽蓄移峰填谷带来的节煤降耗经济效益的定量值定义为有无抽蓄参与负荷分配时电网总的耗煤量的差额。
1 抽蓄移峰填谷经济效益数学模型
抽水蓄能电站移峰填谷效益, 是指抽水蓄能电站参与调峰情况下的节煤经济效益。主要采用“有无对比法”进行研究分析。煤耗计算是以节能经济调度为前提的, 即有功功率负荷在各类型电厂之间的最优经济分配[5]。考虑含有火电、核电、水电、抽蓄机组的电力系统, 除去无调节水电厂出力、核电出力以及强迫出力, 电力系统中有功功率的经济分配实际上就是有功功率在火力发电厂、可调节水力发电厂的可调功率和抽蓄等各类电站之间的最优分配。以典型日96点负荷曲线的经济分配为例进行建模说明, 该数学模型主要组成部分包括:目标函数和约束条件[6], 如下所示。
1.1 抽蓄机组不工作情况下负荷最优分配模型
抽蓄机组不运行时, 负荷最佳分配实际上是系统总功率在火力发电厂、可调节水力发电厂的可调发电功率之间的最佳分配问题。
(1) 负荷最优分配目标函数
优化目标应该要满足96点日负荷曲线的火电机组总燃煤消耗最小, 即:
其中, F1为某典型日的总煤耗, n火为根据机组组合确定了火力发电机组的开机数目, p火ki为第k台火力发电机组在第i个负荷点的实际输出功率, gk是第k台发电机组的煤耗曲线函数。
(2) 约束条件
约束条件主要包括有功功率约束、水流量约束、火力发电厂出力功率约束、水电出力功率约束。
有功功率约束表达式如下:
其中, p火ki为第k台火力发电机组在第i个负荷点的实际有功出力。P水ji为第j台水电机组在第i个负荷点的实际有功出力, n水为水电机组的开机台数。PL1、PL2、、PL96为典型日96个时刻点除去无调节水电厂出力、核电出力以及强迫出力后的实际负荷。
水量约束条件表达式如下:
其中, W为典型日水力发电机组总水流量。
火电输出功率约束条件数学表达式如下:
其中:p火kmin为第k台火电机组的最小输出有功功率, p火kmax为第k台火电机组的最大输出有功功率。
水电机组发电功率约束条件数学表达式如下:
其中:p水jmin为第j台水电机组的最小输出有功功率, p水jmax为第j台水电机组的最大输出有功功率。
1.2 抽水蓄能机组运行情况下负荷最优分配数学模型
抽蓄机组工作时, 负荷最优分配实际上是有功功率的在火电厂、有调节水电厂的可调功率和抽水蓄能水电厂这三类电站的分配。增加了抽蓄相关约束。约束条件中的有功功率约束增加了抽蓄机组参与负荷分配, 表达式如下, 式中:P抽ri为第r台抽蓄机组在第i个负荷点的实际输出有功功率, n抽为抽蓄的开机台数。
抽蓄能效约束表达式如下:
式中, s为抽蓄机组处于发电状态的时刻点集合, P抽s为在发电负荷点所有抽蓄机组的总有功出力;t为抽蓄机组处于抽水状态的时刻点集合, P抽t为在抽水负荷点所有抽蓄机组的总有功出力。η为抽蓄电站效率。
抽蓄机组输出有功功率约束数学表达式如下:
其中, s为抽蓄机组处于发电状态的时刻点, t为抽蓄机组处于抽水状态的时刻点。P抽rmax为第r台抽蓄机组的最大有功出力。
1.3 移峰填谷总效益数学计算模型
抽蓄削峰填谷效益为抽蓄不工作与抽蓄工作情况下全网火电机组消耗标煤量的差值, 即:
2 模型求解
抽蓄移峰填谷带来的节煤降耗经济效益的定量值定义为有无抽蓄参与负荷分配时电网总的耗煤量的差额。各类机组之间的有功负荷分配是以节能经济调度为原则的基于等耗量微增率实现负荷的最优经济分配[7]。因此在本章节先求取不同类型火电机组煤耗特性曲线, 以供在采用二次规划法进行负荷分配求取时进行目标函数计算。
2.1 火电机组煤耗特性
不同装机容量的火力发电机组的发电能耗值见下表:
可以看出, 机组发电为单位电量 (1 k Wh) 时, 相同开度对应机组装机容量越大其耗煤量越小;相同装机容量的机组其耗煤量随着开度增加而减小[8]。
不同装机容量火电机组其煤耗率特性曲线也各不相同。从大量火力发电机组的测试数据可以总结出其煤耗特性满足二项式关系[9]。即有:
其中:x为火力发电机组的实际出力, y为总煤耗, a、b、c分别为与火力发电机组的特性相关的参数。
基于最小二乘法的不同容量火力发电机组煤耗特性曲线的二次曲线表达式拟合结果见表2:
根据各容量机组煤耗特性二次曲线表达式绘制的机组能耗曲线见图1:
从图1可以看出拟合煤耗特性与实际情况相符合。
2.2 火电机组归一化
当某电网火力发电机组结构给定时, 采用等微增率原则通过二次规划方法进行各类机组的最优负荷分配。由于火电机组构成已给定, 故可以将火电机组归一化为一个机组, 这样可以实现提高计算抽水蓄能机组经济效益计算速度的目的。
归一化的具体思想为:根据历年火力发电机组的有功出力变化范围总结出其出力大小的变化区间。在出力变化区间范围内, 以一定的负荷梯度生成负荷序列, 负荷序列中每个负荷点对每个机组进行最优经济负荷分配, 同时解出对应当前负荷值时火力发电机组的总耗煤量。最后把负荷序列中每个负荷点对应火力发电机组的耗煤量都求取出来, 结合这组负荷序列数据以及对应的耗煤量采用最小二乘法拟合得到归一化后火力发电机组的煤耗特性曲线。
2.3 求解方法
采用最小二乘法[10]确定归一化后机组出力与燃煤消耗量之间关系, 求解出归一化后机组的煤耗特性表达式。用矩阵的形式表示如下:
其中, B为机组的燃煤消耗量;A=[P^2fact, Pfact, V], Pfact为实际出力, V为常数向量。根据matlab命令x=BA, 便可以求得拟合的煤耗特性系数的值。
利用二次规划方法及等耗量微增率准则进行最优负荷分配。二次规划是一种特殊类型的非线性规划, 它的特征是具有二次目标函数以及线性约束条件[11]。一般表达式如下所示:
其中, G为实对称矩阵, D为多个半空间的交集形成的多面体。
3 算例仿真分析
某电网火力发电机组、水力发电机组、核电机组、抽蓄机组总装机容量为181386.0MW, 各类型机组的装机容量占比为:60%、35%、3%、2%。通过仿真计算抽蓄机组丰水期典型日的节煤降耗经济效益。丰水期典型日的负荷最大值为117344MW, 负荷最小值为78552MW, 抽蓄装机容量为4200MW。该电网丰水期典型日负荷特性曲线如2图所示:
与丰水期典型日对应的有调节水库水电厂的来水量为丰水期水量。从节能经济调度角度考虑为避免弃水水电厂往往优先投入。故由火力发电机组承担调峰任务。如果抽蓄配合火电厂调峰, 则会带来较大的经济效益。
丰水期水期典型日抽蓄不工作时各类机组出力见图3:
据图3抽蓄不工作时, 核电承担基荷, 出力保持稳定;水电厂为了减少弃水也保持出力稳定, 此时水电厂不参与调峰, 由火电厂参与调峰, 由机组有功输出曲线图可以看出火电厂的出力曲线跟负荷曲线的趋势保持一致。
抽蓄工作时各类机组出力见图4:
据图4抽蓄工作时, 核电仍然承担基荷, 出力保持稳定;水电厂出力也保持稳定;在负荷高峰时抽水蓄能机组发电, 在负荷低谷时抽水, 对负荷进行移峰填谷。
抽蓄工作和不工作两种情况下各负荷点火电机组煤耗微增率对比图见图5:
据图5可以看出抽蓄不工作时火电机组高峰负荷时段的微增率曲线与负荷曲线趋势一致。抽蓄工作时将火电机组高峰负荷的微增率削平, 火力发电机组低谷负荷时段的微增率被平稳提高了。
丰水期典型日模拟运行结果中部分指标进行统计见表3所示:
可以看出, 该电网丰水期典型日抽蓄移峰填谷带来的节煤经济效益为:节约标煤42.46吨, 减少系统平均供电煤耗0.35 (g/k Wh) 。火电机组增发电量0.018亿k Wh, 火电机组的增发电量是由于抽蓄的综合效率小于1带来机组的电量增发。
4 结论
本文建立了抽水蓄能机组经济效益数学模型, 以等微增率为准侧进行机组负荷最优分配, 同时对火电机组进行归一化处理。最后通过算例仿真计算了抽蓄进行移峰填谷带来的丰水期典型日的节煤降耗经济效益。算例说明抽蓄具有较好的经济环保效益与应用前景。
参考文献
[1]文秋香, 李蓉蓉, 吴耀武, 等.考虑环境效益的抽水蓄能电站日运行方式优化[J].南方电网技术, 2015, 9 (5) :71-75.Wen Qiuxiang, Li Rongrong, Wu Yaowu, et al.Daily Operation Optimization of Pumped Storge Power Station Considering Environmental Benefits[J].Southern Power System Technology, 2015, 9 (5) :71-75.
[2]王冲, 徐群.抽水蓄能电站经济运行方式的分析[J].华北水利水电学院学报, 2006, 27:45-48.Wang Chong, Xu Qun.Analyzing and Discussing the Economic Operation of the Pumped storage Power Station[J].Journal of North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power, 2006, 27:45-48.
[3]张滇生.抽水蓄能在南方电网中的作用研究[J].水力发电, 2010, 36:1-3.Zhang Diansheng.Study on the Role of Pumped Storage Power Station in China Southern Power Grid[J].Water Power, 2010, 36:1-3.
[4]黄蕾, 李丰伟, 秦俊宁.基于效益分析的抽水蓄能电站运行工况优化调度[J].电力系统保护与控制, 2009, 37:94-98.Huang Lei, Li Fengwei, Qing Junning.Optimal dispatching of pump-storage power station based on benefits analysis[J].Power System Protection and Control, 2009, 37:94-98.
[5]张雪雯, 李艳君.基于自调节粒子群算法的电力系统经济负荷分配[J].电网技术, 2006, 30 (18) :8-13.Zhang Xuewen, Li Yanjun.Self-Adjusted Particle Swarm Optimization Algorithm Based Economic Load Dispatch of Power System[J].Power System Technology, 2006, 30 (18) :8-13.
[6]陈洁, 杨秀, 朱兰, 等.微网多目标经济调度优化[J].中国电机工程学报, 2013, 33 (19) :57-66.Chen Jie, Yang xiu, Zhu Nan, et al.Microgrid Multi-objective Economic Dispatch Optimization[J].Proceedings of the CSEE, 2013, 33 (19) :57-66.
[7]张宁, 陈慧坤, 骆晓明, 等.广东电网节能发电调度计划模型与算法[J].电网技术, 2008, 32 (24) :11-15.Zhang Ning, Chen Huikun, Luo Xiaoming, et al.Model and Algorithm of Energy-Conservation Based Generation Dispatching for Guangdong Power Grid[J].Power System Technology, 2008, 32 (24) :11-15.
[8]缑新科, 崔乐乐, 巨圆圆, 等.火电厂机组煤耗特性曲线拟合算法研究[J].电力系统保护与控制, 2014:85-89.Wei Xinke, Cui Lele, Ju Yuanyuan, et al.Study on curve fitting algorithm for thermal power plant units coal consumption[J].Power SystemProtection and Control, 2014:85-89.
[9]张岩, 黄恒孜, 彭道刚, 等.基于变步长动态规划的火电机组负荷优化分配研究[J].华东电力, 2014, 42.Zhang Yan, Huang Hengzi, Peng Daogang, et al.Thermal Power Unit Load Optimal Distribution Based on Varialbe Step-size Dynamic Programming[J].East China Electric Power, 2014, 42 (1) .:185-188.
[10]贾小勇, 徐传胜, 白欣.最小二乘法的创立及其思想方法[J].西北大学学报:自然科学版, 2006, 36:507-511.Jia Xiaoyong, Xu Chuansheng, Bai Xin.The invention and way of thinking on least squares[J].Journal of Northwest University (Natural Science Edition) , 2006, 36:507-511.
经济学仿真 篇9
1社会经济可持续发展的水利需求系统结构
1.1经济社会可持续发展系统框架
南京市社会经济可持续发展对水利的需求系统, 其本质是一个由多个子系统组成的大系统, 子系统包含人口、资源、社会、经济等。根据大系统分解——协调原理, 可以将南京市社会经济可持续发展系统分解为:社会、水资源、环境、经济四个子系统。南京市经济社会可持续发展系统的目标可以表达为:
G=f (T, V, W, P, Q) , (T>0, V>0, W>0, P>0)
约束条件为:T=fi (t1, t2, ……, tn) 、V=fi (v1, v2, ……, vn) 、W=fi (w1, w2, ……, wn) 、P=fi (p1, p2, ……, pn) 。
式中:G为南京市经济社会可持续发展系统目标;T为社会子系统发展水平变量;V为资源子系统发展水平变量;W为环境子系统发展水平变量;P为经济子系统发展水平变量;Q为并联向量。
1.2水利需求系统的基本特征
第一, 水利需求系统结构复杂。
包括人口、城市化进程、南京GDP、产业结构、区域经济发展以及南京生活用水, 以及农业用水和工业用水多因素。众多因素之间存在相互影响而又相互制约的关系, 使得南京水利需求结构错综复杂。
第二, 水利需求系统中呈现出明显的非线性关系, 是一个动态的过程。
也正因为系统变量之间的非线性关系, 因而本文选择系统动力学来建水利需求系统模型, 从供需两个方面来分析南京本地水资源的缺口, 并预测以后水资源供需缺口, 算出每年需要引用的客水量。
第三, 水利需求系统是一个充满不确定性因素、变化复杂的系统。
在这个系统里, 工业、农业和生活用水量变化存在不确定性, 各用水高峰期多变。其中, 生活用水量与城市规模大小、生活条件、生活水平、生活习惯、生活环境和城市气候等因素有关;工业用水量则与城市企业发展状况、工业结构等因素密切相关;农业用水量与季节、气候、农作物生长状况等条件密切相关。水利需求系统既受气候、地形、地貌、土壤、植被、地质构造、水文地质条件等自然因素的影响, 也随人类经济活动 (灌溉、排水、人畜、工副业用水等) 的改变而改变。同时, 各子系统之间的耦合作用存在不确定性及外部干扰的不确定性等。
第四, 水利需求系统是一个典型的开放复合系统。
水利需求系统是由水资源自然分系统和人工分系统合成的复杂系统, 反映在系统的自然性与社会性两个方面:与自然界的生态、环境有着天然的渊源, 与人类社会和经济发展有着密切的关系。
2可持续发展水利需求系统动力学模型设计
2.1南京市可持续发展水利需求系统流程图
根据社会经济可持续发展与水资源的关系, 依据系统动力学的基本原理和方法[2,3,4], 设计出水利需求系统简化流程图, 见图1, 流程图中各个变量的含义见表1, 相关数据来源见参考文献[5,6,7,8]。
2.2水利需求系统动力学模型有效性检验
有效性检验的主要内容包括:模型结构的适应性检验、模型结构与实际系统的一致性检验、模型行为与实际系统的一致性检验。
南京市社会经济可持续发展水利需求系统可分为:城市化、工业化对水利需求, 产业结构对水利需求、区域经济对水利需求以及水资源承载力四个子系统, 这些子系统很好的反映了经济社会可持续发展对水资源系统的实际需求情况, 而且各个子系统之间规模适中, 边界清楚, 很好的满足了本次建模需要。
系统动力学模型的行为时间特性与现实系统可观测到的现象没有显著差异。主要仿真结果与实际统计数据见表2、表3和表4。
从表2可以看出, 总用水量误差控制在-0.10%到1.89%之间;农业需水量实际值与仿真值在-1.59%到0.93%之间;而工业用水量误差更小, 在-0.17%到0.9%之间, 仿真度非常高;第三产业用水量误差较大, 在-8.81%到10.54%之间, 这主要是因为统计数据过程中, 水资源公报中没有单独的第三产业用水, 为了计算方便就把除掉农业和工业之外的用水全部核算到第三产业。主要是城市生活用水和农村生活用水, 在统计上可能存在偏差。但总体而言, 用水量仿真度较高。
从表3可以看出, 人口仿真和真实数据仿真控制率在-1.55%到0.00%之间, 误差率非常低, 可信度较高。
从表4可以看出, 从1984年到2003年, 南京市GDP仿真值与真实值误差在-0.0216%到0.00%, 误差率较低。2004年到2006年, 由于中国整个经济处于过热中, 南京经济实际发展速度超过了规律发展水平, 系统以外的因素导致真实数据超过仿真数据。但总体而言, 仿真度较高。
2.3水利需求系统动力学模型子系统流程图
图1是南京市水利需求系统图, 包含多个子系统。图2是工业需水子系统流图, 图3是农业需水子系统流图, 图4则是区域经济需水子系统流图。
3仿真结果分析
3.1人口增长与城市化发展水平预测人口在南京市社会经济可持续发展中起着重
要作用, 控制人口也是我国经济及社会可持续发展的一项长期国策, 仿真运行的南京市人口发展趋势及城市化水平如表5所示。
根据南京“十一五”规划, 预期到2010年, 南京城市化率达到80%。到2010年, 全市人口总量控制在775万人左右;年平均人口自然增长率控制在1.7‰～3‰;到2020年, 人口总量控制在955万人左右。人口增长与城市化水平预测正是基于南京“十一五”规划仿真, 其中自然增长率按照3‰计算。
从表5可知, 到2010年预计人口614.55, 比2006年的607.23人口多7.32万人;城市化率80%;2020年南京市人口为633.23万, 比2006年的607.23多26万人。城市化率达到90%。南京人口的增加, 城市化进程的高速度, 势必会对南京水资源的水量以及水质产生影响, 给南京城市供水以及污水治理和防洪带来更大的压力。
3.2经济发展预测
经济发展主要通过南京市国内生产总值 (GDP) , 人均GDP以及三次产业结构比例反映, 仿真结果见表6所示。从表6可以看出, 2010年南京GDP为4799万元, 2020年增长到18382万元。2010年人均GDP为8万元, 2020年为29万元。2010年, 三大产业比重为2∶51∶47, 到2020年将变成1:45.3∶53.7。其中, 农业2010年后按照规划发展以7%的增速发展, 2010年后将加快发展第三产业, 2010—2020年, 第三产业按照16.20%的速度发展, 工业则以12.71%的速度发展。
3.3水资源供求发展趋势
水资源需求中, 农业用水量基本保持不变, 工业用水量2010年规划下降30%, 生活用水量根据人口规划和近几年历史人均用水算出。由于南京水资源公报上没有第三产业用水分类, 本文把生活用水归结到第三产业用水。生活用水量根据人口以及人均用水控制得出, 工业用水量通过万元工业产值用水量算出, 具体见表7。南京本地水资源供给能力比较稳定, 取近几年平均水平, 为26.62亿吨。供给与需求的缺口通过客水引入得到。
3.4城市化水平、工业化进程与水资源需求量
随着南京市经济的不断发展, 城市化、工业化进程将不断加快, 城市生活用水量、工业用水量将不断增加, 其变化趋势分别如表8。表8中的趋势反映出2008—2020年城市生活用水量, 其中人均用水量保持在161吨/人。
工业用水, 2010年上升到36.71亿吨, 2020年增加到39.14亿吨。虽然工业产值在增加, 但工业用水量增长幅度不大, 这主要是因为工业万元产值用水量下降, 2010年下降了30%。
3.5可持续发展模式分析
可持续发展模式中参数调控的基本思路是:最大限度地降低人口指数, 以减轻人口增长对资源和环境的压力;合理调节产业结构, 大力发展第三产业, 以减少生产对水资源和水环境的压力;加大水利投资, 强化节水措施, 提高水资源利用效益;加大环境治理力度;优化经济结构, 提高经济效益。
可持续发展模式模拟结果见表9, 从中可以看出, 南京市人口增长速度缓慢, 经济发展速度较快, 水资源供需缺口主要通过引用客水资源。因此, 水资源利用方面应该加强引入客水资源, 提高水资源利用效率, 从而缓解用水紧张。
参考文献
[1]顾强生, 郑垂勇.水利经济与国民经济联动性的模糊分析[M].水利经济, 2001 (3) .
[2]王其藩.系统动力学理论与方法的新进展[J].系统工程理论方法应用, 1995 (2) :6-12.
[3]申碧峰.北京市宏观经济水资源系统动力学模型[J].北京水利, 1995 (2) :14-16.
[4]福雷斯特.系统原理[M].北京:清华大学出版社, 1986.
[5]南京市统计局.南京市统计年鉴 (1996—2005) [M].南京:江苏人民出版社, 2006.
[6]南京市水利局.南京市水资源公报 (1996—2005) [Z].2006.
[7]南京市水利局.南京市水利发展“十一五”规划[Z].2005.