专题_系统仿真及系统力学方法

1、专题二专题二 系统仿真及系统动力学方法系统仿真及系统动力学方法 http:/ 第一节：系统仿真概述第一节：系统仿真概述 第二节：系统动力学模型化原理第二节：系统动力学模型化原理 第三节：基本反馈回路的第三节：基本反馈回路的DYNAMODYNAMO仿真分析仿真分析 第四节：案例分析第四节：案例分析一、概念及作用一、概念及作用 1 1、基本概念、基本概念 所谓所谓系统仿真系统仿真，就是根据系统分析的目的，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关

2、系或数学方程的仿真定逻辑关系或数学方程的仿真模型模型，据此进行，据此进行试验试验或或定量分析定量分析，以获得正确，以获得正确决策决策所需的各种所需的各种信息信息。 第一节第一节 系统仿真概述系统仿真概述2、系统仿真的实质、系统仿真的实质 它是它是一种对系统问题求数值解的计算技术一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无。尤其当系统无法建立数学模型求解时，仿真技术却能有效地来处理这类法建立数学模型求解时，仿真技术却能有效地来处理这类问题。问题。 仿真仿真是一种人为的试验手段是一种人为的试验手段，进行类似于物理实验、化，进行类似于物理实验、化学实验那样的实验。它和现实系统实验的差别在于，仿真学

3、实验那样的实验。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的型以及相应的“人造人造”环境下进行的。这是仿真的主要功环境下进行的。这是仿真的主要功能。能。在系统仿真时，尽管要研究的是某些特定时刻的系统状态在系统仿真时，尽管要研究的是某些特定时刻的系统状态或行为，但仿真过程也恰恰或行为，但仿真过程也恰恰是对系统状态或行为在时间序是对系统状态或行为在时间序列内全过程进行描述列内全过程进行描述。换句话说，仿真可以比较真实地描。换句话说，仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。述系统的运行、演

4、变及其发展过程。3 3、系统仿真的作用、系统仿真的作用 仿真的过程也是实验的过程，而且还仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积是系统地收集和积累信息的过程累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。通过系统仿真，可以通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统把一个复

5、杂系统降阶成若干子系统以便于分析以便于分析。 通过系统仿真，通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略能启发新的思想或产生新的策略，还能，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。二、系统仿真方法二、系统仿真方法 系统仿真的基本方法是建立系统的结系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型，并将其转换为适构模型和量化分析模型，并将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。型进行仿真实验。 由于连续系统和离散由于连续系统和离散( (事件事件) )系统的数系统的数学模型有很大差别，

6、所以系统仿真方法基学模型有很大差别，所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。离散系统仿真方法。 在以上两类基本方法的基础上，在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统还有一些用于系统( (特别是社会经济特别是社会经济和管理系统和管理系统) )仿真的特殊而有效的方仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。法等。 系统动力学方法通过建立系统动系统动力学方法通过建立系统动力学模型力学模型( (流图等流图等) )、利用、利用DYNAMODYNAMO仿仿真语言在计算机上实现对真实系统真语言在

7、计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。功能和行为之间的动态关系。 三、系统动力学的发展及特点三、系统动力学的发展及特点 1 1、由来和发展、由来和发展 80年代以来年代以来1956年至年至60年代初年代初60年代初至年代初至70年代初年代初70年代初至年代初至80年代年代SD的出现始于的出现始于1956年，主要应用于工业企业管理，并年，主要应用于工业企业管理，并创立了创立了“Industrial Dynamics” (1959) SD思想和方法的应用范围日益扩大。思想和方法的应用范围日益扩大。“Principles of S

8、ystems”(1968)，“ Urban Dynamics”(1969)的出现的出现. 1972年美国年美国MIT的的J.W.Forrester正式提出正式提出“Systems Dynamics”。 经历了两次严峻的挑战。经历了两次严峻的挑战。SD成为一种重要的系统工程方法论和重要的模型方成为一种重要的系统工程方法论和重要的模型方法。尤其是随着国内外管理界对学习型组织的关注法。尤其是随着国内外管理界对学习型组织的关注,SD思想和方法的生命力更为强劲。思想和方法的生命力更为强劲。 2020世纪世纪7070年代以来，年代以来，SDSD经历的两次严峻挑战经历的两次严峻挑战 第一次挑战第一次挑战(7

9、0(70年代中前期年代中前期) )：7070年代初，来自年代初，来自2626个国个国家的家的7575名科学家的罗马俱乐部困惑于世界面临人口增长与名科学家的罗马俱乐部困惑于世界面临人口增长与资源日渐枯竭的前景。鉴于当时一些惯用的工具难以胜任资源日渐枯竭的前景。鉴于当时一些惯用的工具难以胜任对此复杂问题的研究，于是他们寄希望于刚刚兴起的系统对此复杂问题的研究，于是他们寄希望于刚刚兴起的系统动力学方法。其主要的标志是两个世界模型动力学方法。其主要的标志是两个世界模型( (WORLD WORLD ）( (WORLDWORLD“World Dynamics,1971,ForesterWorld Dyna

10、mics,1971,Forester”; ; WORLD WORLD - - “ The Limits to Growth,D. Meadows,1972 The Limits to Growth,D. Meadows,1972”, ,“Toward Toward Global Equilibrium D.Meadows,1974Global Equilibrium D.Meadows,1974”) ) 。这些成果引起这些成果引起了一场令人瞩目、旷日持久的论战。系统动力学正是在这了一场令人瞩目、旷日持久的论战。系统动力学正是在这一番论战中，加速壮大成熟起来。一番论战中，加速壮大成熟起来。第二次

11、挑战第二次挑战(70(70年代初到年代初到8080年代中年代中) )： ForresterForrester 教授在多方资助之下开始研究美教授在多方资助之下开始研究美国全国模型，解开了一些在经济方面长期存在、国全国模型，解开了一些在经济方面长期存在、令经济学家困惑不解的疑团，诸如，令经济学家困惑不解的疑团，诸如，7070年代以来年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长等问题的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长等问题。其最有价值的研究成果还在于揭示了美国与西。其最有价值的研究成果还在于揭示了美国与西方国家经济长波方国家经济长波( (Long Wave)Long Wave)形成的内在奥秘。由形

12、成的内在奥秘。由于在全国模型与长波理论研究方面取得成就，使于在全国模型与长波理论研究方面取得成就，使系统动力学这一门学科在理论和应用研究两方面系统动力学这一门学科在理论和应用研究两方面都取得了飞跃性进展。从此，系统动力学进入了都取得了飞跃性进展。从此，系统动力学进入了蓬勃发展时期。蓬勃发展时期。 2 2、研究对象及其结构特点、研究对象及其结构特点（1 1）研究对象）研究对象社会系统社会系统（2 2）结构特点）结构特点 抉择性抉择性具有决策环节（人、信息）具有决策环节（人、信息） 自律性自律性具有反馈环节具有反馈环节 非线性非线性具有延迟环节具有延迟环节（3 3）SDSD将社会系统当作将社会系统

13、当作非线性（多重）信息反非线性（多重）信息反 馈系统馈系统来研究来研究3 3、模型特点、模型特点 （1 1）多变量）多变量 （2 2）定性分析与定量分析相结合）定性分析与定量分析相结合（3 3）以仿真实验为基本手段和以计算机为工）以仿真实验为基本手段和以计算机为工 具具 （4 4）可处理高阶次）可处理高阶次多回路多回路非线性的时变非线性的时变复杂系统问题复杂系统问题4 4、工作程序、工作程序认识认识问题问题界定界定系统系统要素及其因要素及其因果关系分析果关系分析建立结建立结构模型构模型建立数建立数学模型学模型仿真仿真分析分析比较与比较与评价评价政策政策分析分析（流图）（流图）（DYNAMOYD

14、YNAMOY方程）方程） 第二节系统动力学模型化原理第二节系统动力学模型化原理一、基本原理一、基本原理 决策决策信息信息行动行动系统系统状态状态速率变量速率变量水准变量水准变量信息信息 流流（行动）（行动）(Rate)(Level)四个基本要素四个基本要素状态、信息、决策、行动状态、信息、决策、行动两个基本变量两个基本变量水准变量（水准变量（L L）、）、速率变量（速率变量（R R）一个基本思想一个基本思想反馈控制反馈控制因果图因果图流程图流程图二、因果关系图和流（程）图二、因果关系图和流（程）图1 1、因果关系图、因果关系图 ( (1)1)因果箭：因果箭：连接因果要素的有向线段。箭尾始连接因

15、果要素的有向线段。箭尾始于原因，箭头终于结果。于原因，箭头终于结果。因果关系有正负极性之分。正因果关系有正负极性之分。正(+)(+)为加强，负为加强，负(-)(-)为削弱。为削弱。因果链：因果链：因果关系具有传递性。用因果箭对具有因果关系具有传递性。用因果箭对具有递推性质的因素关系加以描绘即得到因果链。递推性质的因素关系加以描绘即得到因果链。因果链极性的判别标准：因果链的符号与所含因因果链极性的判别标准：因果链的符号与所含因果箭符号的乘积符号相同。果箭符号的乘积符号相同。 (2)(2)因果因果( (反馈反馈) )回路回路 原因和结果的相互作用形成原因和结果的相互作用形成因果关系回路因果关系回路

16、( (因果反因果反馈回路、环馈回路、环) )。它是一种特殊的。它是一种特殊的( (即封闭的、首尾相接的即封闭的、首尾相接的) )因果链。如图因果链。如图4 43(a)3(a)、(b)(b)和和( (e)e)所示。社会系统中的因所示。社会系统中的因果反馈环是社会系统中各要素的因果关系本身所固有的果反馈环是社会系统中各要素的因果关系本身所固有的。正反馈回路，起到自我强化的作用，负反馈回路具有。正反馈回路，起到自我强化的作用，负反馈回路具有“内部稳定器内部稳定器”的作用。的作用。多重因果多重因果( (反馈反馈) )回路：社会系统的动态行为是由系回路：社会系统的动态行为是由系统本身存在着的许多正反馈和

17、负反馈回路决定的，从而统本身存在着的许多正反馈和负反馈回路决定的，从而形成多重反馈回路。如图形成多重反馈回路。如图4 43(c)3(c)、(d)(d)、(f)(f)所示。所示。 SDSD认为，系统的性质和行为主要取决于系认为，系统的性质和行为主要取决于系统中存在的反馈回路，系统的结构主要就是指系统中存在的反馈回路，系统的结构主要就是指系统中反馈回路的结构。因果关系图举例见图统中反馈回路的结构。因果关系图举例见图5 53 3，其中包含了因果箭、因果链、因果反馈回路和，其中包含了因果箭、因果链、因果反馈回路和多重因果反馈回路等。多重因果反馈回路等。利息利息(元元/年年)银行银行货币货币利率利率+(

18、+)(a)库存量库存量订货量订货量库存差额库存差额+-（ -）(b)期期望望库库存存出生出生人口人口人口人口总量总量死亡死亡人口人口（平均）出生率（平均）出生率（平均）死亡率（平均）死亡率（ -）-+（+）+(c)投资投资(元元/年年)工业工业资本资本折 旧折 旧 (元元/年年)平均资本投资率平均资本投资率平均资本折旧率平均资本折旧率（ -）-+（+）+(d)对服务质对服务质量的重视量的重视程度程度有效的读有效的读者意见者意见读者意见读者意见+-（ -）(e)偏见偏见人口分配生产消费流通消 费水平资源消耗或占用量资 源存量+-+-(-)(-)(f)图43 因果关系例图 （1 1）流图符号）流图

19、符号 流流 实物流实物流信息流信息流 速率变量速率变量 水准变量水准变量 L1 辅助变量辅助变量 A1 。R1R1( )。2 2、流、流( (程程) )图图 参数（量）参数（量） （常量）（常量）（初值）（初值） 源与汇源与汇 信息的取出信息的取出 L1。A1。 （2 2）流图绘制程序和方法）流图绘制程序和方法 明确问题及其构成要素；明确问题及其构成要素； 绘制要素间相互作用关系的因果关系图。注意一定绘制要素间相互作用关系的因果关系图。注意一定要形成回路；要形成回路； 确定变量类型（确定变量类型（L L变量、变量、R R变量和变量和A A变量）。将要素转变量）。将要素转化为变量，是建模的关键一

20、步化为变量，是建模的关键一步。在此，应考虑以下几个具体在此，应考虑以下几个具体原则：原则： a. a. 水准（水准（L L）变量是积累变量，可定义在任何时点；而速率（变量是积累变量，可定义在任何时点；而速率（R)R)变变量只在一个时段才有意义。量只在一个时段才有意义。 b. b. 决策者最为关注和需要输出的要素一般被处理成决策者最为关注和需要输出的要素一般被处理成L L变量。变量。 c. c. 在反馈控制回路中，两个在反馈控制回路中，两个L L变量或两个变量或两个R R变量不能直接相连变量不能直接相连 。 d. d. 为降低系统的阶次，应尽可能减少回路中为降低系统的阶次，应尽可能减少回路中L

21、L变量的个数。故在实变量的个数。故在实际系统描述中，辅助（际系统描述中，辅助（A A）变量在数量上一般是较多的。变量在数量上一般是较多的。 绘制绘制SDSD流图。流图。 在绘制流图时，应特别注意形成正确的回路和用好信息在绘制流图时，应特别注意形成正确的回路和用好信息连接线，并注意不要把不同的实物流直连在一起连接线，并注意不要把不同的实物流直连在一起( (参见下例参见下例) )。WFSXFS（分到新房户数）分到新房户数）YMS（已买家俱新房户数）已买家俱新房户数）WMSFFL(FFL(分房数量分房数量) )XSL(家俱数量家俱数量)（未分到新房户数未分到新房户数 ）（未买家俱户数未买家俱户数）

22、错误错误 XFSYMSWFSWMS正确 （3 3）举例）举例 L1R1（利息1）C1(利率)IR1(订货量)库存量DY(期望库存)（库存差额）PR1R2(出生人口)(人口总量) (死亡人口)C1（出生率）C2（死亡率）组织改善组 织绩 效组织缺陷。 SDSD结构模型建模举例结构模型建模举例商店库存模型商店库存模型订货商店工厂销售产品商店库存问题的对象系统界定商店订货工厂生产商店销售商店库存工厂未供订货生产能力预定产量R1R2A1A2L1L2R3+ +()()+ + + + + +()()商店库存问题的因果关系图及变量类型商店库存问题的因果关系图及变量类型D1D3L1L2S2A1S1A2D23Y

23、R1R3R2D1:D1:期望的完成期望的完成未供订货时间未供订货时间 D2:D2:调整生产时间调整生产时间D3:D3:商店订货商店订货平滑化时间平滑化时间S1:S1:平均销售量平均销售量S2:S2:库存差额库存差额Y: Y: 期望库存期望库存商店库存问题的流商店库存问题的流( (程程) )图图DTDTJKKL前一时刻前一时刻现在时刻现在时刻下一时刻下一时刻变量类型：变量类型：状态变量（流位变量）：状态变量（流位变量）：变化率（流率变量）：在决策方程式左边定义的变量变化率（流率变量）：在决策方程式左边定义的变量 辅助变量辅助变量增补变量：增补变量：初始条件变量：初始条件变量：表变量：表变量：变量

24、的时间标注：变量的时间标注： 决策方程式右边没有固定形式，根据建模思路决策方程式右边没有固定形式，根据建模思路归纳出六种基本形式。归纳出六种基本形式。CONST LEVEL. K形式形式表示状态变量的增加会导致变化率成比例地增加。表示状态变量的增加会导致变化率成比例地增加。 LEVEL. K/LIFE 形式形式其中，其中，LIFE表示时间，代表物质流在某一状态中平均停留时表示时间，代表物质流在某一状态中平均停留时间，或者说是事物处于某一状态的平均间，或者说是事物处于某一状态的平均“ 寿命寿命”。例如：城市商业网点拆毁速率例如：城市商业网点拆毁速率RD（个（个/年）年）R RD. KL=RB.

25、K/ALRB 其中，其中，RB为商业网点数量（个），为商业网点数量（个），ALRB为商业网点平均为商业网点平均使用年限（年）使用年限（年）（GOAL. K LEVEL. K） ADJTM常数常数ADJTM表示调整时间，在这段时间内，决策机构企图表示调整时间，在这段时间内，决策机构企图消除状态值与期望值之间的偏差。消除状态值与期望值之间的偏差。描述了最典型决策的一般结构。描述了最典型决策的一般结构。目标或期望状态目标或期望状态GOAL；系统状态的观察值系统状态的观察值LEVEL；期望值与系统状态观察值之间的偏差期望值与系统状态观察值之间的偏差GAOLLEVEL；根据偏差如何决策的描述，即努力使根

26、据偏差如何决策的描述，即努力使系统的实际状态接近期望状态系统的实际状态接近期望状态偏差偏差决策决策期望期望状态状态系统状态系统状态观察值观察值AUX. K LEVEL. K和和LEVEL. K AUX. K把常数推广到变量把常数推广到变量NORM. KEFFECT. K 形式形式将变化率构造为某些正常的或参考的变化率乘上或加上一个将变化率构造为某些正常的或参考的变化率乘上或加上一个或多个影响来调整这一参考变化率或多个影响来调整这一参考变化率NORM. K EFFECT. K 形式形式EFFECT. K表示一个或几个影响因子来调整参考变化率。如表示一个或几个影响因子来调整参考变化率。如果某个影响

27、因子不起作用，则取值为果某个影响因子不起作用，则取值为1；如果影响因子使变；如果影响因子使变化率从正常值提高化率从正常值提高30，则取值为，则取值为1.3；减少；减少15，则取值，则取值为为0.85，等等。，等等。输给存储器输给存储器计算计算S 方程方程计算计算R 方程方程计算计算A 方程方程计算计算L 方程方程DT 进位进位 仿真结束？仿真结束？开始开始是是C、T 方程置值方程置值输出仿真结果输出仿真结果计算计算N 方程方程结束结束 重复运行？重复运行？是是否否否否图图 DYNAMO仿真顺序仿真顺序主要有：主要有：L，R，A，S，N，C，PRINT，PLOT，RUN，NOTE等。等。DYNA

28、MO中，数字用十进制表示，可以使用到中，数字用十进制表示，可以使用到8位，位，+、- 号和小数点也号和小数点也各算一位。各算一位。二、几种典型反馈回路及其仿真计算二、几种典型反馈回路及其仿真计算1 1、一阶正反馈回路、一阶正反馈回路 年人口增 加人 口数（+）P +PR PR PC1（人口年自然增长率0.02）。L PK=PJ+DT*PRJKN P=100R PRKL=C1*RKC C1=0.02 PPR0100211022.042104.042.0808p1000一阶正反馈（简单人口问题）系统输出特性曲线2、一阶负反馈回路一阶负反馈回路 库存量库存差额订货量+()R1DI+期望库存Y1000

29、 Z（订货调整时间，5）I R1D Y（6000）。L IK=IJ+DT*R1JKN I=1000R R1KL=DK/ZA DK=Y-IKC Z=5C Y=6000 IDR10100050001000120004000800228003200640It10000 一阶负反馈（简单 库存控制）系统输 出特性曲线3、简单库存控制系统的扩展简单库存控制系统的扩展 库存量入库量途中存货量订货量库存差额I（）+（）GR2+R1+。Z（5）Y（6000） I G100001000R1 R2DW（10）L GK=GJ+DT*(R1KL-R2JK)L IK=IJ+DTR2JKR R1KL=D/ZA D=Y-I

30、KC Y=6000C W=10,Z=5C I=1000C G=1000060001000t二阶负反馈系统输出特性曲线I延迟时间延迟时间del期望库存期望库存dsinvSMOOTH平 均 发 货平 均 发 货率率DELAY3交交 (到）到）货率货率库存库存测试函测试函数输入数输入正常发货正常发货（销售（销售）率）率 （销售率）（销售率）发货（销售）率发货（销售）率 订货率订货率 ordersStepRampPulseSinNoise 发货率发货率testnshipavshipinvadjinvship平滑时间平滑时间tas库存调整时库存调整时间间tat库存库存调解率调解率(平均销售平均销售率率)

31、第四节案例分析第四节案例分析荥经县农业生产系统的动态仿真分析荥经县农业生产系统的动态仿真分析 一、仿真思路仿真思路 根据系统动力学原理，结合荥经县现根据系统动力学原理，结合荥经县现时存在的问题及动态协调分析结果，来设时存在的问题及动态协调分析结果，来设计荥经县农业结构优化动态仿真模型，其计荥经县农业结构优化动态仿真模型，其思路如下：思路如下： 以反馈控制理论为基础，把农业生产系统中以反馈控制理论为基础，把农业生产系统中的生命系统（如人、畜禽、作物和林草）和无生的生命系统（如人、畜禽、作物和林草）和无生命系统（如土地、社会经济信息等）都作为信息命系统（如土地、社会经济信息等）都作为信息反馈机制系

32、统，并认为存在着信息反馈机构。以反馈机制系统，并认为存在着信息反馈机构。以粮食的供需平衡作主反馈环，首先设计对种植业粮食的供需平衡作主反馈环，首先设计对种植业粮食生产的发展规模及其内部的粮经饲作物的用粮食生产的发展规模及其内部的粮经饲作物的用地比例；再着眼于现时系统中的结构不合理性，地比例；再着眼于现时系统中的结构不合理性，以此作副反馈环跟踪主反馈行为，设计主导产业以此作副反馈环跟踪主反馈行为，设计主导产业（种植业）与非主导产业（林、牧、渔业）的发（种植业）与非主导产业（林、牧、渔业）的发展规模及相应的结构。展规模及相应的结构。 充分利用自然资源和一切可利用资源，充分利用自然资源和一切可利用资

33、源，发挥资源在提高经济效益和人民生活水平方发挥资源在提高经济效益和人民生活水平方面的潜力。面的潜力。 以提高系统整体效益为目标，结合经济以提高系统整体效益为目标，结合经济效益高的项目不拘于现状，实行开放性约束，效益高的项目不拘于现状，实行开放性约束，以增加资金的内流强度。以增加资金的内流强度。 以反映实际系统特征的结构模型为基础，以反映实际系统特征的结构模型为基础，建立各元素及子系统间的因果关系和量化关建立各元素及子系统间的因果关系和量化关系的动态仿真模型，通过模拟实验、方案比系的动态仿真模型，通过模拟实验、方案比较和可行性分析以达到结构优化目的。较和可行性分析以达到结构优化目的。 二、系统的

34、模块设计与基本结构二、系统的模块设计与基本结构 本模型在不影响系统整体性并基本反映客观实际的前提下，设置本模型在不影响系统整体性并基本反映客观实际的前提下，设置了种植业、畜牧业、林业、人口和土地五个子模块。了种植业、畜牧业、林业、人口和土地五个子模块。人口模块。人口增长对粮食、肉、蛋、奶产品需求增多，促进农林人口模块。人口增长对粮食、肉、蛋、奶产品需求增多，促进农林牧渔业的发展，但土地承载力限制人口发展。牧渔业的发展，但土地承载力限制人口发展。农业生产用地模块。土地资源总量、土地适宜性、非农业生产用地农业生产用地模块。土地资源总量、土地适宜性、非农业生产用地的侵占和未利用地的开垦，导致农用地的

35、波动，同时控制和协调种植的侵占和未利用地的开垦，导致农用地的波动，同时控制和协调种植业用地、林地、人工草地的动态变化和发展。业用地、林地、人工草地的动态变化和发展。种植业模块。粮田面积随粮食需求量和单产而变化，同时受经济作种植业模块。粮田面积随粮食需求量和单产而变化，同时受经济作物面积和饲料作物面积比例的协调。单产受农田基本条件、经营方式、物面积和饲料作物面积比例的协调。单产受农田基本条件、经营方式、施肥、灌溉等因素的影响。经作面积和饲料绿肥面积根据荥经县经济施肥、灌溉等因素的影响。经作面积和饲料绿肥面积根据荥经县经济植物资源和畜牧业发展的需要，同时结合国家结构调整要求的合理粮植物资源和畜牧业

36、发展的需要，同时结合国家结构调整要求的合理粮经饲比例进行。园地面积主要受退耕面积的影响。经饲比例进行。园地面积主要受退耕面积的影响。林地模块。林地面积主要受宜林地和退耕面积的控制。林地模块。林地面积主要受宜林地和退耕面积的控制。牧业模块。其发展受控于人口肉蛋奶需求、饲料粮供给、饲草面积牧业模块。其发展受控于人口肉蛋奶需求、饲料粮供给、饲草面积和退耕还草面积的比例等因素。其它的社会经济效益则贯穿于农林牧和退耕还草面积的比例等因素。其它的社会经济效益则贯穿于农林牧渔各子模块中，生态效益主要体现在森林覆盖率、植被覆盖度等方面。渔各子模块中，生态效益主要体现在森林覆盖率、植被覆盖度等方面。三、模型流图

37、及构造方程三、模型流图及构造方程 在明确模型基本结构后，根据系统动在明确模型基本结构后，根据系统动力学中福瑞斯特（力学中福瑞斯特（Forrester.J.W）构图原）构图原理，绘制了荥经县农业生产系统结构优化理，绘制了荥经县农业生产系统结构优化动态仿真流程图动态仿真流程图（图（图5）。根据流图，设计。根据流图，设计了了DYNAMO计算程序计算程序，该程序有，该程序有16个状态个状态变量、变量、20个流率变量，个流率变量，194个辅助变量，个辅助变量，346个计算方程式。个计算方程式。 四、模型方案的设计四、模型方案的设计 本研究在设计方案时，一方面尽量让本研究在设计方案时，一方面尽量让模型朝着

38、最优方向，另一方面又力求与生模型朝着最优方向，另一方面又力求与生产实际相吻合。在经过计算机的反复调控产实际相吻合。在经过计算机的反复调控后，设计了六种不同方案，以此来预测和后，设计了六种不同方案，以此来预测和分析未来农业生产发展的变化。分析未来农业生产发展的变化。 方案方案1（趋势型）：模拟当前的经济发展速度和生态指标变化趋势，以（趋势型）：模拟当前的经济发展速度和生态指标变化趋势，以此为依据预测未来农业生产系统的变化趋势。即保持现有的种植结构此为依据预测未来农业生产系统的变化趋势。即保持现有的种植结构（粮：经：饲播面比为（粮：经：饲播面比为7：2.5：0.5）和耕地变化趋势（不退耕）。）和耕

39、地变化趋势（不退耕）。方案方案2（稳粮扩经增饲型）：响应退耕还林政策，从（稳粮扩经增饲型）：响应退耕还林政策，从19982020年退年退耕耕5647公顷，将现有公顷，将现有250以上坡耕地按国家政策完全退掉，其中前十以上坡耕地按国家政策完全退掉，其中前十年（年（2010年前）每年退年前）每年退258公顷，后十年每年退公顷，后十年每年退40公顷；在种植业结公顷；在种植业结构上重点突出以草养畜的方针，力图发展生态畜牧业经济，同时使种构上重点突出以草养畜的方针，力图发展生态畜牧业经济，同时使种植结构保持粮：经：饲播面比为植结构保持粮：经：饲播面比为5：3：2。方案方案3：退耕面积与方案二一致，在种植

40、结构上遵循现有种植结构。：退耕面积与方案二一致，在种植结构上遵循现有种植结构。方案方案4：退耕面积与方案二一致，在种植结构上提高经济作物和饲料绿：退耕面积与方案二一致，在种植结构上提高经济作物和饲料绿肥作物的比重，使种植结构保持粮：经：饲播面比为肥作物的比重，使种植结构保持粮：经：饲播面比为5.5：3.5：1。方案方案5：在：在250以上坡耕地完全退掉的基础上，进一步扩大退耕面积，以上坡耕地完全退掉的基础上，进一步扩大退耕面积，使生态环境进一步得到改善。即退耕使生态环境进一步得到改善。即退耕6518公顷，将目前占总耕地公顷，将目前占总耕地40%的中低产田土中不太适宜的耕地退掉，其中前十年（的中

41、低产田土中不太适宜的耕地退掉，其中前十年（2010年前）每年年前）每年退退258公顷，后十年每年退公顷，后十年每年退123公顷；在种植结构上遵循现有种植结构。公顷；在种植结构上遵循现有种植结构。方案方案6：退耕面积与方案五一致，在种植结构上保持粮：经：饲播面比：退耕面积与方案五一致，在种植结构上保持粮：经：饲播面比为为5.5：3.5：1。 五、主要参数的确定五、主要参数的确定 1粮食单产增长趋势粮食单产增长趋势参照荥经县参照荥经县952001年粮食单产增长幅度在年粮食单产增长幅度在43.461.4的实际，而同期国家的标准在的实际，而同期国家的标准在60公斤公斤/公顷公顷.年，再参照年，再参照国家在国家在20002030 年增长趋势为：年增长趋势为：20002005年年均增年年均增长长36公斤，公斤，20052015年年均增