周 帆(武警警官學(xué)院管理科學(xué)與工程系，四川成都610213)

基于地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)的中心選址

周 帆
(武警警官學(xué)院管理科學(xué)與工程系，四川成都610213)

針對(duì)應(yīng)急救援中心選址提高救援效率的問(wèn)題，依據(jù)地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)對(duì)受災(zāi)程度進(jìn)行判斷，綜合考慮地震受災(zāi)點(diǎn)的嚴(yán)重程度與道路情況，以救援時(shí)間最小化為目標(biāo)，建立應(yīng)急救援中心選址優(yōu)化模型，并運(yùn)用Dijkstra算法進(jìn)行求解.通過(guò)算例研究，獲得應(yīng)急救援的最優(yōu)選址方案，表明理論具有可行性，為中心選址提供了理論參考.

中心選址；Dijkstra算法；地震災(zāi)害；智能決策

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)地震災(zāi)害頻發(fā)，像5.12汶川地震與4.14玉樹地震等，都具有突發(fā)性與破壞性，地震的發(fā)生讓人民的生命財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重破壞與損失.在救援過(guò)程中，應(yīng)急中心庫(kù)可以對(duì)人員、藥品、食品等調(diào)撥運(yùn)輸，建立合適的應(yīng)急中心庫(kù)，能夠有效地減少救援時(shí)間，提高救援效率，有著不可替代的作用.因此，確定應(yīng)急中心庫(kù)的位置，是災(zāi)后應(yīng)急救援的一個(gè)重要課題.

在選址的研究中，應(yīng)考慮不同受災(zāi)程度，嚴(yán)重地點(diǎn)需要物資和救援力量更多且更為急迫，在救援過(guò)程中，會(huì)對(duì)受災(zāi)點(diǎn)多次進(jìn)行運(yùn)輸.近年，武警部隊(duì)開發(fā)了地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)，能夠提供震后受災(zāi)點(diǎn)的嚴(yán)重程度與本地的交通地理情況，為應(yīng)急中心的選址提供了依據(jù).選址過(guò)程中，考慮道路情況與受災(zāi)程度綜合選址，以減少救援的總時(shí)間，為救援提供參考.

1 基于地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)的選址模型分析

1.1 受災(zāi)程度分類

地震后，在地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)中輸入震級(jí)、震源深度、建筑物情況、人口密度、地震發(fā)生時(shí)間等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就能在10分鐘內(nèi)推算出死亡、重傷、腦外傷、骨折等各類數(shù)據(jù)，為救援方案的制定提供參考.同時(shí)，系統(tǒng)可以查詢展示受災(zāi)點(diǎn)的相應(yīng)信息，如公共衛(wèi)生資源、相關(guān)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息疊加、地震特點(diǎn)信息等；還可以提供實(shí)時(shí)空間定位，分析地震災(zāi)害模型并生成最佳救援路徑，綜合受災(zāi)地點(diǎn)的各類數(shù)據(jù)，快速評(píng)估災(zāi)區(qū)傷害傷情.

地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)對(duì)地震區(qū)域的所有地點(diǎn)進(jìn)行受災(zāi)程度的判斷，根據(jù)傷亡人數(shù)、地區(qū)的防災(zāi)水平、所需物資、破壞程度等對(duì)各受災(zāi)點(diǎn)的受災(zāi)程度劃分成5個(gè)等級(jí)，分別為特別嚴(yán)重，嚴(yán)重，中等，一般，輕微，根據(jù)受災(zāi)程度做出運(yùn)輸次數(shù)表：

表1 受災(zāi)程度與運(yùn)輸次數(shù)

1.2 道路分類

在地震之后，災(zāi)區(qū)的工作將以救援工作為重心，第一標(biāo)準(zhǔn)就是救援的時(shí)間，如果能縮短救援路途中所花費(fèi)的時(shí)間，就能使救援行動(dòng)更加有效.因此，在救援的實(shí)際行動(dòng)中，救援車輛將會(huì)在道路允許的情況下，行駛至最大速度.所以，依據(jù)《中國(guó)人民共和國(guó)道路交通安全法》中的第四十二條、第六十七條，《中國(guó)人民共和國(guó)道路交通安全法實(shí)施條例》的第四十五條、第七十八條，關(guān)于機(jī)動(dòng)車輛在道路行駛時(shí)的限速問(wèn)題，對(duì)所有道路類型及速度進(jìn)行劃分如下：

表2 道路類型與速度

因此，假設(shè)，救援車輛在各類道路上的行駛速度為上表所示速度.

1.3 構(gòu)建模型

建立一個(gè)救援中心，設(shè)有m個(gè)受災(zāi)點(diǎn)，n個(gè)道路節(jié)點(diǎn)，其中受災(zāi)點(diǎn)也可作節(jié)點(diǎn).利用地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)為各級(jí)道路之間的交接點(diǎn)，對(duì)受災(zāi)地區(qū)的所有道路情況進(jìn)行歸類匯總，得出各節(jié)點(diǎn)和受災(zāi)點(diǎn)之間的一步可達(dá)距離矩陣為：

單位為km，其中矩陣中的自身可達(dá)，可達(dá)距離表示為0， 兩節(jié)點(diǎn)如果不可達(dá)，則在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)表示距離為無(wú)窮大，然后根據(jù)在各類路段的行駛速度，建立各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間路段的速度矩陣為：

單位為km/h.用距離矩陣與速度矩陣進(jìn)行點(diǎn)除運(yùn)算得出各節(jié)點(diǎn)到達(dá)各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間矩陣為：

L=S./V

計(jì)算得：

表示為各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間路段所需的時(shí)間矩陣，其中單位為小時(shí).然后根據(jù)受災(zāi)程度與受災(zāi)點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，建立運(yùn)輸次數(shù)矩陣：

E={e1…em}T

(4)

運(yùn)用Dijkstra算法計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)到所有受災(zāi)點(diǎn)的時(shí)間，并建立各節(jié)點(diǎn)到各個(gè)受災(zāi)點(diǎn)的時(shí)間向量：

(5)

各節(jié)點(diǎn)到所有受災(zāi)點(diǎn)總時(shí)間矩陣

Ti=E·ti

(6)

取最小值：

Min(T)=Ti(1im+n)

(7)

i所對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)為選擇節(jié)點(diǎn)，式中tij為從i節(jié)點(diǎn)到j(luò)受災(zāi)點(diǎn)的時(shí)間，Ti為節(jié)點(diǎn)i到所有受災(zāi)點(diǎn)時(shí)間之和， 選出最佳節(jié)點(diǎn)之后，利用二分法，選擇此節(jié)點(diǎn)到下一步可達(dá)節(jié)點(diǎn)的中點(diǎn)，并對(duì)L中相應(yīng)時(shí)間信息進(jìn)行更新，令

K=L

(8)

K(i,j)=K(i,j)-1/2K(i,j)

(9)

K(i,k)=K(i,k)+1/2K(i,j)

(10)

j為i節(jié)點(diǎn)移動(dòng)方向上的相鄰節(jié)點(diǎn)，k表示與i節(jié)點(diǎn)直接相接的其他節(jié)點(diǎn).更新之后，計(jì)算總時(shí)間，取總時(shí)間最小值所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)方向路段，對(duì)所選路段進(jìn)行分段.因?yàn)闀r(shí)間單位為小時(shí)，為了減小誤差，確保時(shí)間最優(yōu)化，把變量控制在一分鐘以內(nèi)，u為路段劃分的段數(shù)

u=K(i,j)/0.01

(11)

路段有u-1個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)為i節(jié)點(diǎn)的更新點(diǎn)，更新時(shí)間矩陣信息后，求各個(gè)更新點(diǎn)到所有受災(zāi)點(diǎn)的總時(shí)間，得矩陣：

A={a1…au-1}

(12)

求最小值：

MinA=ax

(13)

如果axTi，最佳點(diǎn)為j點(diǎn).最后運(yùn)用Dijkstra算法在MATLABR2012a軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，計(jì)算出最佳點(diǎn)在所選路段的位置.

2 算例分析

設(shè)置20個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中7個(gè)受災(zāi)點(diǎn)，受災(zāi)程度分別為特別嚴(yán)重、嚴(yán)重、嚴(yán)重、中等、中等、一般、輕微，依據(jù)(6)可得：

E={100,70,70,40,40,20,5}T

因?yàn)橹簧婕耙粋€(gè)中心庫(kù)的選址，而現(xiàn)實(shí)情況下的中心庫(kù)不會(huì)只有一個(gè)，所以所設(shè)的節(jié)點(diǎn)之間的距離，距離均不大于200km，且自身可達(dá)，生成距離矩陣為：

表3 可達(dá)距離矩陣S

各道路行駛速度矩陣為：

表4 速度矩陣V

運(yùn)用MATLAB軟件和Dijkstra算法計(jì)算：

L=S./V

得時(shí)間矩陣t為：

表5 時(shí)間矩陣t

計(jì)算時(shí)間矩陣T：

Ti=E·ti

得：

表6 時(shí)間矩陣T

Min(T)=T15

Min(Tik)=T15(1)

u=87.5≈87

ax=459.1>T15=458.0

綜上所述，此次中心選址的最佳點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)15，其坐標(biāo)可通過(guò)圖上信息求得.

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要運(yùn)用Dijkstra算法，對(duì)不同受災(zāi)程度，以及現(xiàn)實(shí)道路情況下的中心選址進(jìn)行了研究，為災(zāi)后救援的中心選址提供理論參考.本文在地震災(zāi)害智能決策系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)受災(zāi)點(diǎn)的運(yùn)輸次數(shù)進(jìn)行分類，并依據(jù)災(zāi)區(qū)現(xiàn)實(shí)道路情況進(jìn)行建模，求解運(yùn)輸時(shí)間最少的最佳中心庫(kù)地址.在實(shí)際的選址過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況選擇，可能最優(yōu)點(diǎn)并不適合建立中心庫(kù)，此時(shí)需要尋求次優(yōu)點(diǎn).本文旨在通過(guò)數(shù)據(jù)分析的方式，選擇出最好的中心庫(kù)地址，以提高救援的效率，為災(zāi)后的救援行動(dòng)奠定基礎(chǔ).

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[責(zé)任編輯 范 藻]

The Central Location of the Intelligent Decision System Based on Earthquake Disaster

ZHOU Fan

(Management and Engineering Department of Officers College of PAP, Chengdu Sichuan 610213, China)

In order to improve the efficiency of emergency rescue center location problem, based on the intelligent decision-making system for earthquake disaster to determine the extent of disaster, and the severity of the road considering the earthquake disaster point, the rescue time is minimize as the goal, establish emergency rescue center location optimization model, and using Dijkstra algorithm. Through a case study, the optimal location scheme of emergency rescue is obtained, which shows that the theory is feasible, and provides a theoretical reference for the center location.

Center location; Dijkstra algorithm; Earthquake disaster; Intelligent decision

2016-12-24

周 帆(1995—)，男，湖南岳陽(yáng)人.主要從事應(yīng)急救援研究.

F259.21

A

1674-5248(2017)02-0018-04