进化博弈理论分析利益相关者之间的冲突参与城市垃圾焚烧的操作

文摘

本研究提出了一种进化博弈模型与潜在冲突,利益相关者之间的相互作用包括焚化厂的运作企业,当地政府,附近居民。系统动力学是用来模拟战略行动的变化对应于三个球员,为了寻求进化稳定策略。提出了一个数值例子来演示博弈论应用程序,在其中的影响政府的激励和惩罚玩家的行动研究。结果表明,行政处罚不仅是有效激励企业升级处理设施,以确保环境质量也在帮助当地政府和居民的方法占主导地位的策略。政策影响给出基于结果奠定了基础的缓和冲突。

1。介绍

快速城市化一代越来越大市政固体废物(垃圾)在发展中国家1]。中国作为一个发展中国家,人口多,每年生产超过4亿吨的垃圾,产生一个显著的问题是“废物”包围2]。减轻这样的后果,焚烧废物处理作为一个重要的选择,不仅有利于减少废物,而且对能量回收(3]。到2019年底,有418焚烧工厂建造在中国(3,4]。然而,焚烧面临来自当地社区相当强烈抗议,由于其负外部性,例如,气味排放及其烟气中二恶英,造成大量的不要在我家后院(反对者)冲突,包括公共请愿和街头散步5]。地区性冲突表明一种矛盾现象,公众可能会反对建造公共设施建设是否接近家园,尽管它的潜在好处已经承认(6]。

可能存在邻避冲突的原因是认为公众风险感知,由于知识有限和偏见意识,他们可能放大相关的影响。例如,生活质量下降和环境可能产生动机反对核电站设施的建设和运营7]。关于焚烧项目,十多个anti-incinerator活动,声称搬迁的焚化设施发生在近几十年来8]。

除了公众,地方政府被认为是另一个敏感的利益相关者参与冲突,因为其意图积极行政实践社区可能会带来的环境和社会效益,进一步降低公众风险感知9]。中国政府已经制定了一系列的法规在垃圾焚烧项目,如修订”规定中华人民共和国政府信息的披露”(10),修改后的“在城市固体垃圾焚烧污染控制标准”(11,“公众参与环境影响评价措施”(12]。这些措施的目的是提高监督焚化厂的操作。例如,污染物排放标准已经显著提高,其中一些甚至比相应的更严格的欧盟标准,以确保公众的吸引力对维护健康安全和环境质量(13]。尽管焚化厂的运营企业必须遵守这些规定,他们不愿意增加资本投资在技术升级,进一步改善环境质量对他们的工作场所。这是常见的在中国的工业废物处理和处置,因为他们被认为是公共福利部门,其收入主要来自政府补贴(14]。

鉴于上述相互作用,暗示有很多利益和公众之间的冲突,当地政府和焚化厂运作企业,形成三个玩家的游戏。为企业,盈利的动机,它是不愿意承担更多的企业社会责任行动,按照政策约束(15]。公众,尤其是附近的居民焚烧设施,环境质量感知可能改变放大他们的主观风险(16]。在任何情况下,他们还没有受益于这样一个焚烧项目,例如,工作机会,交通便利,环境的改善,它可能引发的抗议活动补偿从企业(17]。政府致力于改善环境管理批准环境不友好的行为,另一方面充分理解公众的吸引力另一方面,最终创造一个可持续发展的社会(17,18]。博弈论将允许一个战略模型通过上述动作检查,为了提供一个平衡的策略减轻可能的三个利益相关者之间的冲突。

作为一个经典游戏通常是有限的假设的完全理性参与玩家(19),本研究构建进化游戏调查玩家的战略行动的变换,从而确定适当的战略行动缓解冲突有关垃圾焚烧的操作。系统动力学(SD)是用来测试这种行为,预测他们的未来发展。进化博弈理论和系统动力学的联合应用可以最大限度地发挥其优势,这有助于平衡策略的动态变化的调查20.]。潜在的发现有望更好地理解多方利益相关者参与冲突的交互有关垃圾焚烧和提供洞察力的观点在缓解这种冲突的政策影响。一个游戏的解决方案通常是表示通过纳什均衡,这是独特的和最终的预测战略行动,每个玩家可以选择(21]。然而,动态过程等寻求一个平衡策略不能可视化,决策者可能不完全的了解游戏的发展(20.]。系统动力学填补这些差距调查游戏平衡通过改变变量来突出体现其瞬态转换特性(22,23]。本研究的贡献被指定为提出一个进化博弈模型球员的可能行为,结合SD方法与该游戏调查的行为变化和阐明对缓解冲突。

剩下的论文结构如下:部分2回顾了博弈论应用于地区性冲突和突出的贡献研究;部分3提出了一种进化游戏探索可能的战略行动涉及的球员;部分4给出了一个案例来演示博弈模型的应用程序通过使用系统动力学仿真;和部分5提出了结论和政策含义。

2。文献综述

游戏理论由约翰·冯·诺依曼和奥斯卡·摩根斯特(24)已被广泛应用于研究环境冲突,如预测所涉及的利益相关者的战略行动,协助为环境治理项目选址,识别影响战略决策的关键因素,等等。

Abdollahian et al。25)采取了高压输电项目为例,开发选址策略基于利益相关者的反应通过使用不合作博弈理论。Karmperis et al。26)也考虑到利益相关者的互动建立游戏theory-driven储存固体废物管理决策支持框架。进一步的研究是实现Soltani et al。27),结合博弈理论与成本效益理论解决冲突为都市固体废物储存网站。曹和公园(28)应用博弈理论和交易成本理论来解决这个冲突参与韩国废物处理和处置的选择植物网站。梅等。29日)专注于博弈论应用于电网的选址对电力系统控制和决策。Da-Silva-Rocha和Salomao30.)构建了一个两人混合比赛预测审计和企业之间的战略行动,排放污染物,而检查的费用被确认为关键影响因素影响比赛结果。惩罚机制的作用下,徐et al。31日]分析了战略环境服务组织的反应和排污企业,分别。他们发现,动态惩罚可能加剧的违法动机两个利益相关者。徐et al。3)进一步考虑了风险和利润分享的区域授权贸易冲突环境质量和经济收入在垃圾焚烧项目。Oftadeh et al。32]应用双人最后通牒游戏来缓解区域水环境改造和经济满意度之间的冲突,指出生态补偿是有用的协调上述两个标准,开展有效的流域水资源配置。这样的暗示进一步验证了Aghasian et al。33),他提出了一个博弈论模型的破产形式加强流域水质管理通过生态补偿激励排放交易。盛等。34)构建了一个三个球员进化博弈模型所涉及的冲突环境法规,政府的监督被确认为有效加强监管。Halkos和Papageorgiou35)基于Stackelberg微分对策探讨公共债务之间的相互作用,污染物的排放,以及税收理论。改善沿海地区的大气质量,江et al。36]构造进化游戏讨论政府获得的经济利益的冲突和航运公司在中国的排放控制政策的实施。

上述研究承认,博弈论是有用的描述可能的利益相关者之间的冲突通过使用一个代表强调数学模型中相应的战略行动回报的形式。然而,现有的研究主要局限于静态博弈与两名球员,而很少有研究考虑政府之间的权衡,核电站设施,企业和公众。此外,很少有研究讨论了垃圾焚烧项目之间的冲突。本研究提出了一种进化博弈模型探讨战略行动的多个利益相关者焚烧场景,从而影响减轻可能的冲突和促进其可持续操作。

3所示。进化博弈模型

3.1。博弈模型建设

冯·诺依曼定义的静态纳什均衡和Morgenstern无法解释动态交互利益相关者的冲突,促进进化发展的游戏(37]。采用自然选择机制而不是严格的理性假设,进化游戏可以反映不同利益相关者合理策略的演化过程,成为一个重要的和强大的工具来研究多组游戏行为的动态特性(38]。

每个玩家采取的战略行动不仅影响自己的决定,而且还受到其他玩家。对于企业来说,有两种战略选择:一个是升级和优化它的处理设施,提高环境质量(UT),包括减少气味和烟气的净化,另一个是保持不改变现有设施(坚果)。当地政府有两个战略选择,这表明一个是定期检查操作的焚化厂(RI),而另一个是实现不规则检查(IRI)。对附近的居民,他们的战略选择是歧视是否吸引到他们的生活质量和环境补偿(AC, NAC)。

根据上述战略行动,游戏提出了以下假设:(1)所有相关玩家猜测是理性经济有限理性的男人,和他们的决策是基于自身利益的最大化。(2)企业不升级的概率给出处理设施 ,同时升级的概率是 。当地政府实施定期检查的概率在焚化厂 ,和不规则检查的概率是 。居民要求赔偿的概率是多少 ,并不是要求赔偿的概率 。

专门设计的参数组成的游戏和他们的解释表1。

三名球员的回报与他们不同的战略选择如表所示2。

3.2。复制动态方程

据三名球员之间的支付矩阵, , ,和是用来表示企业的预期收益函数,政府和居民,分别为:

因此,复制动态方程相应的企业 ,政府 ,居民表示如下:

3.3。游戏理论分析

复制动态方程反映了进化速度和方向对于涉及球员(39]。当 ,游戏达到一个相对稳定的平衡状态。让 ,进化博弈的纳什均衡可以获得如下:

具体地说,的解决方案是

以上的稳定平衡点可以根据雅可比矩阵通过局部稳定性分析(40]。当平衡点满足矩阵行列式 和矩阵跟踪 ,他们被定义为渐近稳定不动点,《进化稳定策略20.,40]:

根据李雅普诺夫方法,平衡点是一个ESS,只有当所有的雅可比矩阵的特征值负实际零件(40,41]。如果所有的雅可比矩阵的特征值是正数,平衡点是视为一个不稳定的点(40,41]。如果有一个或两个正数的雅可比矩阵的特征值,平衡点是作为一个鞍点(40- - - - - -42]。在这项研究中,我们只测试平衡点来 ,三个玩家的进化游戏的解决方案通常是一个严格的纳什均衡(43]。平衡的特征值点来给出了在表3。

自 , ,和 ,平衡分 , , ,和可能是不稳定的点或鞍点。平衡分 , , ,和可能是潜在的进化稳定策略。在这些潜在的ESS,居民的吸引力的战略不补偿(NAC)是理想的稳定策略。

的平衡点ESS,什么时候 和 。的平衡点是一个鞍点,什么时候 , ,和有一个或两个正数。条件下,企业一直没有改变现有的设施(螺母)和居民的吸引力不补偿(NAC),当地政府可能采用不规则检查焚化厂的操作(IRI)。的平衡点类似的讨论。当 , ,和 ,的平衡点ESS。当 , ,和 ,的平衡点是一个不稳定的点。当 , ,和有一个或两个正数,平衡点是一个鞍点。结果表明,企业采用战略行动螺母,如果处理设施的升级成本大于行政处罚。政府强加的“定期检查”(RI)行动如果它的检验成本小于企业的行政处罚。居民选择不要求补偿(NAC)如果收到补偿小于成本。

3.4。系统动力学模型

反映战略行动的动态演化,研究采用SD调查游戏演化过程,从而寻找可能的稳定策略。研究用Vensim软件构建SD模型。本研究中的SD模型由三个子系统组成,即企业的子系统,政府的子系统,居民的子系统,分别。模型由3级变量,3流变量,10个外部变量,和21中间变量,给定的表4。变量代表的概率水平的战略行动,涉及的利益相关者可以选择,包括行为相关的企业、政府和居民。流变量代表的速度变化对应的概率的战略行动。外部变量已经声称该博弈模型的假设。中间变量可能的影响因素与利益相关者的回报,来自类似的研究和现场调查。例如,歌曲等。44)指出,污染企业应负责提供必要的环境补偿影响到附近居民减少可能的健康损害。同时,产生的居民可能察觉到潜在的环境影响企业的操作和讨价还价赔偿他们的生活质量45]。除此之外,政府监督和激励可以司机迫使企业提高环境质量,因此应对公众的关注环境卫生(34,35]。

为企业,其预期成果主要体现在是否升级设施,这是由利润从发电、垃圾焚烧的成本,成本的升级设施,和行政处罚,如图1(一)。改善环境质量的升级处理设施可能带来边际成本(46]。在这种情况下,它可能是不愿意采取这样的行动,除非可能福利支付费用;也就是说,预期收益高于0。基于上述分析,在企业中有两个关键的因果循环的子系统:加强循环:概率企业升级设施⟶健康损失⟶居民暴露在环境行政处罚⟶企业的预期回报与升级设施⟶概率企业升级设施平衡回路:概率企业升级设施⟶健康损失居民暴露在环境⟶预期回报政府定期检查⟶概率政府实施定期检查⟶概率企业升级设施

政府支付的子系统是由成本决定的政府定期检查、行政处罚的企业,大规模突发事件和紧急成本,如图1 (b)。地方政府的主要责任是推动企业遵守环境法规通过经济政策工具,包括税收优惠和补贴,或行政处分15,34,35]。与此同时,当地政府负责理解公众的呼吁改善环境质量,从而避免可能的群体冲突(47,48]。有两个关键的因果循环政府的子系统,定义如下:加强循环:预期回报政府定期检查⟶概率政府实施定期检查⟶概率企业升级设施⟶健康损失⟶居民暴露在环境行政处罚⟶预期回报的政府定期检查平衡循环:概率政府实现企业升级设施定期检查⟶概率⟶健康损失居民暴露在环境⟶预期回报政府定期检查⟶概率政府实施定期检查

附近的居民与企业讨价还价可能损害赔偿金(关于他们的感知健康42]。他们的预期回报取决于赔偿企业,可能的健康损失,和投诉的成本,如图1 (c)。居民的因果循环两个关键子系统定义如下:加强循环:概率吸引居民补偿⟶概率政府实施定期检查⟶概率企业升级设施⟶健康损失居民暴露在环境⟶预期回报吸引的居民补偿⟶概率吸引居民补偿平衡循环:概率吸引居民补偿⟶概率企业升级设施⟶健康损失居民暴露在环境⟶预期回报吸引的居民补偿⟶概率吸引居民补偿

4所示。一个数值的例子

在本节中,提供了一个数值例子来验证提出的应用三个玩家的游戏。市政焚化厂位于南充城市,中国西南部,伟大的公众关注被选中作为一个案例研究。工厂于2018年建成的最大处理能力800吨/天。根据实地调查,只有40个家庭居住在核电站周围半径1公里,其余的已经被重新安置。93%的受访者指出,他们感到沮丧焚化厂的操作,例如,担心他们的健康和农作物的气味和烟雾。SD模型的输入参数主要是通过实地调查和类似的研究,如表所示5。

5。结果与讨论

5.1。仿真结果

根据节3.3进化稳定策略的分析,当 , ,和 ,游戏最后达到进化稳定,平衡的观点对应的战略行动(螺母、RI、NAC)。在这种情况下,企业的初始概率不喜欢升级处理设施设置 ,最初的战略,政府实施定期检查 ,和最初的战略,居民对环境补偿的吸引力 ,分别。图2表明,三名球员可以按照稳定战略行动在短期内模拟(大约5到15年),表明该游戏具有稳定平衡点。

很明显,螺母的概率 ,国际扶轮的概率 ,和交流的可能性所有收敛到一个稳定的战略平衡点集(0.66,1,0),分别。这种现象意味着当地政府和居民都占主导地位的策略;,当地政府将会对企业的经营行为,定期监测居民选择不上诉补偿。

对于企业来说,有可能升级其气味排放处理设施来解决相关的问题,为其战略概率是略高于0.5(如图2(一个))。三名球员中,政府行为的概率收敛慢的(如图2 (b)),而居民的战略行动收敛速度最快的(如图2 (c))。

5.2。激励和惩罚对战略行动的影响

上面的仿真结果表明,企业的概率为0.66升级处理设施,这将进一步改善的空间。在这种情况下,本研究构建激励场景和制裁的情况下比较他们的表演战略行动的三名球员。

成本和效益是关键影响因素来驱动企业是否实施技术创新,激励场景主要集中在政府补贴给关于除臭设施升级成本。图3显示了战略行动的变化对应于三名球员。可以看出,该战略平衡点没有变化的三名球员,但他们的收敛率都明显不同。企业的行动的概率收敛速度最快的(如图3(一个))表明政府补贴激励影响企业的行为。然而,图3 (b)显示相对应的概率收敛政府的战略行动变得缓慢,补贴的原因在一定程度上减少了政府的预期回报。的概率收敛居民的行动显示了更改(如图3 (c)),表明政府的激励措施较少影响他们的决策。

此外,三名球员的均衡策略没有显著改善,暗示政府激励可能不是在帮助企业有效激励技术改造(56]。风扇和董56]发现,企业技术创新的动力性能是不确定的。事实上,一个企业是否承担技术创新不仅取决于资本投资与研发能力以及市场竞争的预测。

第二个场景是,当地政府对企业的经济制裁违法行为,例如,气味排放没有任何预防对策,迫使企业促进处理设施的升级。图4(一)显示选择升级的概率明显增加从0.66到0.82。虽然最后政府行动的概率是1,其收敛速度提高,表明当地政府将加强强度的监测,如图4 (b)。图4 (c)表明,居民的行动的概率平衡保持几乎一样的0。因此意味着钢筋检验通过提高行政处罚是一种有效的方式推动企业改善环境质量,居民可能满足其操作的不吸引人的生态补偿。类似的指示已经被魏证实和陆57),因为他们解决这方面的监管惩罚可能产生重大影响环境质量的提高。金等。58]还透露,沉重的罚款可能会抑制企业的环境不友好的行为。

5.3。讨论

游戏与有限理性理论分析表明,三名球员可以获得平衡态没有外部刺激政策。战略行动的当地政府和居民,他们将迅速转变成一对在大多数模拟时期占主导地位的策略;也就是说,政府将实施定期检查和居民不会抱怨这个项目。无论实施政策激励、行政制裁,不改变自己的战略行动。这样的结果可能意味着居民的行动并非高度相关政府决策参与地区性冲突。一个可能的原因可能是政府维护定期和严格检查焚化厂的环境管理,确保公共利益的,由居民不倾向于要求经济补偿。

第二个含义是激励和惩罚之间的战略选择。企业的决策密切相关的政府规章。大量的实证研究已经确定了激励措施的实施是有效的在推动研发企业,促进技术创新(21,59]。然而,我们的仿真结果显示无显著变化时企业的行动给予政府补贴。一个可能的原因可能是企业本身,作为一个理性的实体,是面向利润动机,将经济利益的底线(60]。在这种背景下,企业高度重视最大化的收入来维持生存,而较少关注企业的社会责任。这是著名的在废物处理和处置这些行业在中国,政府的补贴是一个重要的收入来支付操作和维护的成本61年,62年]。除非有足够的资金,企业不愿意自愿提供额外的投资在改善设施克服地区性挑战。

行政处罚似乎施加更大的影响通知企业积极响应,提高环境质量。很明显,企业的行动升级设施的概率增加了0.17,0.83。加强惩罚措施可提高违法成本在某种程度上,有一种威慑影响企业环境不友好的行为(57]。密集的惩罚可能会加速严格监测核电站项目操作,确保公共利益和减少投诉63年]。然而,制裁机制应该精心设计,以避免捕获到一个困境关于权衡经济发展和环境保护64年]。

第三个含义是,这项研究提供了一个路径来解决冲突,通过构造一个线性变换来简化复杂的三个利益相关者之间的关系。从本质上讲,这款游戏以企业的行动为桥梁,不仅对政府决策,而且还与居民的感知,如图5。政府干预是非常重要的推动企业改善其质量的操作环境中通过定期检查和严格的惩罚。居民可以感知环境质量与企业的重大变化是连续的努力,从而减少他们的风险认知和进一步降低可能的行动对投诉甚至补偿。

6。结论

本研究应用进化博弈理论结合系统动力学模型的战略行动利益相关者(焚化厂的运作企业,政府和居民)和预测其变化存在邻避冲突参与关于垃圾焚烧。政策激励措施和行政处罚的干预纳入游戏理论分析,区分他们的表演在缓解冲突。结果表明,有一对当地政府和居民的主要策略;也就是说,政府将实施定期检查焚化厂的操作和居民不会吸引补偿。与政府激励措施和制裁相比,后者的政策工具是有效帮助企业激励技术改造,提高环境质量。

这项研究可能有助于利用进化博弈理论模型之间的交互三个利益相关者,提供政策影响存在邻避冲突,在减轻例如,激励和制裁。连续激励机制可能不是有效的应对上诉运作企业和当地居民14]。特别是企业,可能很大程度上取决于操作的激励而加重政府的财政压力。尽管经济处罚有重大的推动力量缓解冲突,强度应设置在一个适当的范围内。因此,他们的组合可能保证经济和环境表现在核电站项目的操作。

这项研究有一定的局限性。首先,涉及的利益相关者的相互作用已经大大简化构建进化的游戏。第二,相应的战略行动可能不会完全反映实际的三名球员之间的冲突。未来研究将提高游戏在垃圾焚烧与案例研究的集成,探索政府之间的冲突的最优解,运作企业和居民。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(没有。41571520),四川省循环经济研究中心(nos。xhjj - 2002和xhjj - 2005),和四川科技项目(2019 jdjq0020和2020 jdtd0003号)。

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