让限水轮换表同时最小化最长断水与关键用户缺口

1 · 创新命题

中 面向旱期需要按街区轮换供水的小型公用事业，把泵站/水箱容量、最小压力、医院/学校最低服务和居民最长连续断水 同时写入可审计优化器，输出与现行先到先得或固定轮班相比最大断水更短、关键用户缺口更小的候选表，并公开每项取舍。 EN An auditable rationing scheduler for small utilities that jointly limits the longest household outage and critical-user shortfall, exposing every trade-off instead of hiding it in a black-box score.

2 · 背景与空白

EPANET 可模拟管网，WNTR 研究韧性，运筹学已有阀门/泵调度；公用事业也用固定分区轮换。笼统“AI 公平分水”既不可解释 也难落地。空白在：面向一个极具体短缺情景，把公平定义为可质疑的多个指标，并让用户看到 Pareto 前沿，而不是 由团队私自给弱势群体打权重。本题只产生决策候选，不远程控制阀门；历史停水记录可能不公开，所以必须有公开算例 降级。社会偏好由参与式情景卡采集，不把 20 人测试冒充社区授权。

3 · 可检验假设

H1 在 ≥ 3 个公开管网和 100 个需求情景中，候选表相对固定轮班使最长连续断水降低 ≥ 20%，且医院/学校最低需求 缺口不增加、总供水量相同。H2（采纳）≥ 20 名测试者中至少 75% 能从 Pareto 卡正确指出“谁因这次选择受益/受损”； 英文原句：The scheduler makes rationing trade-offs inspectable before any operator acts on them.

4 · 量化验收标准

1. 【方法学校验 · 硬门槛】 用自建优化—水力管线复现 ≥ 2 个 EPANET/WNTR 公开调度或韧性算例， 节点压力、供水缺口与参考值偏差 ≤ 5%。此条不过，后续全部结论无效。
2. ≥ 3 网络 ×100 需求/故障情景；固定轮班、按人口比例与随机可行表三基线全部保留。
3. 数值收敛：水力时间步长减半后缺口变化 < 5%；每张表质量守恒误差 < 1%，不可出现“优化出额外水”。
4. 预先锁定最长断水、关键用户缺口、最低压力违规时长和总供水量；报 Pareto 前沿，不合成一个任意总分。
5. 时间情景按完整事件划分；若使用历史序列，按时间留后并做随机划分对照量化高估。
6. **最容易犯的致命错误：把公平权重藏在目标函数里，再宣称算法客观。**所有权重必须可见且做敏感性分析。

5 · 数据与工具

用途	来源 / 工具
管网	EPANET Example Networks、WNTR Net3/Net6（具体案例需核实）
求解	EPANET/WNTR + OR-Tools/Pyomo；水力约束需自行联接，求解器不保证物理可行
需求	公开合成需求模式；真实公用事业数据若取得须去标识化
参与测试	预注册情景卡，不收政治/健康身份，只测取舍理解
对照	WNTR 论文算例与公用事业固定轮班公开表——仅用于校验与对比，不计入数据贡献

能力边界：公开网络是教学模型，不能证明某城市调度可行；医院等关键用户定义须由当地主管部门决定。 商业/采纳证据只主张“缩短形成候选表和解释取舍的时间”，不声称软件拥有配水决定权。访谈需同时包括运营者与普通用户视角，并记录冲突意见；若真实法规、阀门班次或关键用户清单不可得，所有成本与实施结论标为情景分析、需核实。

6 · 赛季执行路径

1. 第 1–2 周：复现两个公开算例和守恒硬校验；第 3 周实现固定轮班基线。
2. 第 4–6 周：建多目标求解与可行性检查；第 7 周批跑 300+ 情景并做收敛扫描。
3. 第 8 周：权重/需求敏感性，绘制 Pareto 前沿；第 9 周做极端故障压力测试。
4. 第 10 周用情景卡测试 ≥ 20 人；第 11 周请水务运营者评审；第 12 周完成简述。

7 · 新颖性边界

不声称发明多目标优化、不代表社区决定公平、不自动控制真实阀门。已有工作：EPANET/WNTR 提供水力与韧性 建模，OR-Tools/Pyomo 提供优化，运筹学已有泵阀调度；公用事业固定轮换是具名基线类型。 本项目贡献是同时展示最长断水与关键用户缺口的可审计候选工作流、物理闭合检查和权重敏感性。 护城河类型：工作流替换（D）+ 极端具体（G）；弱 IP，价值在本地规则映射和信任，不在通用算法。

8 · go/no-go

第 3 周末：若自建管线对公开算例偏差 > 10%，降级为具名 “单水箱—四分区离散时间模型”，先保证守恒， 主结论仍是多目标轮换。第 6 周末：若求解单情景 > 10 分钟或可行率 < 80%，降级为 枚举预定义轮班模板 + EPANET 筛选，不再求全局最优。第 10 周末若取舍理解正确率 < 60%，删去“公众自助”，定位为运营者会议材料。