亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于多周期目標(biāo)的海上救助船配置優(yōu)化

        2022-03-07 03:04:24陳曉旭鐘銘
        水運(yùn)管理 2022年1期
        關(guān)鍵詞:配置

        陳曉旭 鐘銘

        【關(guān)鍵詞】 救助船;救助站點(diǎn);配置;多周期;多目標(biāo)蟻群算法

        0 引 言

        在海上交通流量不斷增加的同時(shí)海上事故數(shù)量也在增加。交通運(yùn)輸部海上搜救中心的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,每個(gè)月都有近百起各種類型各種等級的海上事故。據(jù)統(tǒng)計(jì),2017―2020年,我國海域共計(jì)發(fā)生事故起,平均每年發(fā)生約起。這些事故不僅造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,而且對社會和海洋環(huán)境也造成了極大的破壞。事故發(fā)生的數(shù)量與位置是隨著時(shí)間的變化而變化的,以不變的救助船配置計(jì)劃應(yīng)對時(shí)刻變化的事故是不科學(xué)的,在一定程度上會影響救助效果,造成資源的閑置與浪費(fèi)。因此,本文研究多周期目標(biāo)救助船動態(tài)配置方案,以保證救助船配置在每一時(shí)期都能達(dá)到最優(yōu),提高救助效率。

        近年來,國內(nèi)外專家和學(xué)者在海上救助船配置方面作了許多深入研究。但這些研究的主要不足之處是:(1)多著重于考慮船舶類型、響應(yīng)時(shí)間以及救援成本等對救助船進(jìn)行靜態(tài)配置,未充分研究如何對救助船進(jìn)行動態(tài)配置;(2)多周期目標(biāo)配置模型會產(chǎn)生調(diào)度成本,有的學(xué)者在研究中會設(shè)定一個(gè)固定值,而現(xiàn)實(shí)中調(diào)度救助船要考慮很多因素的影響,比如距離、救助船的類型等;(3)忽視了救助船的可用性及救助能力對救助船配置的影響。針對這些不足,筆者根據(jù)海上事故發(fā)生規(guī)律,擬定幾個(gè)周期,對每個(gè)周期的每個(gè)站點(diǎn)的救助船進(jìn)行配置,使得每個(gè)周期的救助船配置達(dá)到最優(yōu),并在周期間調(diào)度船舶,確保事故需求區(qū)域在任何時(shí)候都能得到良好的覆蓋。本文構(gòu)建多周期的救助船配置模型,目標(biāo)是最大化救助站點(diǎn)覆蓋的事故數(shù)量以及最小化救助船調(diào)度的成本,并使用多目標(biāo)蟻群算法求解模型,以渤海海域?yàn)槔?yàn)證模型與算法的有效性。

        1 問題描述與建模

        本文所要研究的問題是考慮到事故發(fā)生的時(shí)變性(即事故發(fā)生的數(shù)量和位置隨時(shí)間不斷變化的特性)與救助船的不可獲得性,如何對海上救助船進(jìn)行多周期配置??紤]在不同周期的每個(gè)時(shí)期內(nèi),從候選救助站點(diǎn)中選擇合適的救助站點(diǎn),并配置不同類型的救助船數(shù)量,以使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)解。

        為方便對海上應(yīng)急救助船進(jìn)行多周期配置優(yōu)化,筆者作出如下假設(shè):

        (1)每次發(fā)生事故造成的人員傷亡數(shù)量不同,產(chǎn)生的救助需求也不同,根據(jù)事故等級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,隨機(jī)產(chǎn)生每起事故的遇險(xiǎn)人數(shù)表示每起事故的需求。

        (2)綜合考慮海上事故發(fā)生規(guī)律,以一年為一個(gè)規(guī)劃期對救助船進(jìn)行規(guī)劃。

        (3)按救助船就近調(diào)度原則,避免在各地點(diǎn)之間對同一救助船重復(fù)往返調(diào)度。由于海上事故與陸上事故不同,為方便計(jì)算,不考慮正在執(zhí)行救助任務(wù)的救助船,調(diào)度成本只考慮距離因素。

        多周期的救助船配置模型的目的是在所有的周期t∈T(T={1,2,…,n})內(nèi)從候選的救助站點(diǎn)中決定救助站點(diǎn)配置的救助船數(shù)量,從而使救助船能夠在標(biāo)準(zhǔn)救助時(shí)間內(nèi)到達(dá)所有的事故需求區(qū)域,即最大化救助站點(diǎn)覆蓋事故數(shù)量和最小化調(diào)度救助船的成本。

        相關(guān)參數(shù)說明如下的數(shù)學(xué)符號表示:

        (1)集合。K為救助船類型集合,k∈K; T為所有周期的集合,t∈T; I為救助站點(diǎn)集合,i∈I; J為事故區(qū)域點(diǎn)集合,j∈J;Ka為能夠響應(yīng)a等級事故的船舶類型集合,k∈Ka; ?K 為t時(shí)期能在r時(shí)間內(nèi)從救助站點(diǎn)j到達(dá)事故區(qū)域點(diǎn)i的救助船類型集合,k∈K ; K 為t時(shí)期不能在r時(shí)間內(nèi)從救助站點(diǎn)j到達(dá)事故區(qū)域點(diǎn)i的救助船類型集合,k∈K ; J 為t時(shí)期能在r時(shí)間內(nèi)從到達(dá)事故區(qū)域點(diǎn)i的救助站點(diǎn)集合, j∈J ; ?Iw為高風(fēng)險(xiǎn)事故區(qū)域點(diǎn)集合,i∈I ; A為事故風(fēng)險(xiǎn)等級集合,a∈A。

        (2)參數(shù)。 為事故區(qū)域點(diǎn)i在t時(shí)期發(fā)生的a等級事故的次數(shù);vk為k型救助船的速度;為在t時(shí)期k型救助船從救助站點(diǎn)j到救助站點(diǎn)j'的距離;nK為救援系統(tǒng)中最大救助船數(shù)量;njK為救助站點(diǎn)j允許??康淖畲缶戎瑪?shù)量;nk為k型救助船的最大數(shù)量;nt為t時(shí)期可用的救助船數(shù)量;s為k型救助船在t時(shí)期的供給能力; 為在t時(shí)期事故區(qū)域點(diǎn)i發(fā)生的a等級事故的救助船需求量;bk為k型救助船單位距離產(chǎn)生的燃油成本。

        (3)決策變量。 為在t時(shí)期在救助站點(diǎn)j布置k型救助船時(shí), =1,否則 =0; 為在t時(shí)期救助站點(diǎn)j的k型救助船能夠覆蓋事故區(qū)域點(diǎn)i時(shí), =1,否則 =0; 為在t時(shí)期在救助站點(diǎn)j配置的k型救助船數(shù)量; 為從t時(shí)期至t+1時(shí)期內(nèi),從救助站點(diǎn)j' 調(diào)度到備選救助站點(diǎn)j的k型救助船數(shù)量。

        式(1)、式(2)表示模型的目標(biāo)函數(shù),式(1)要求在不同周期間調(diào)度救助船的成本最小,式(2)表示最大化所有站點(diǎn)能夠覆蓋的事故數(shù)量。式(3)表示t時(shí)期在救助站點(diǎn)j的k型救助船到達(dá)事故區(qū)域點(diǎn)i的距離要小于在規(guī)定時(shí)間內(nèi)在救助站點(diǎn)j的k型救助船能夠到達(dá)的最遠(yuǎn)距離。式(4)表示在t時(shí)期內(nèi)救助站點(diǎn)j部署的k型救助船是否能夠覆蓋事故區(qū)域點(diǎn)i,到事故區(qū)域點(diǎn)i的最大時(shí)間要小于規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間。式(5)表示t時(shí)期在r時(shí)間內(nèi)能夠到達(dá)事故區(qū)域點(diǎn)i的救助站點(diǎn)合集。式(6)全覆蓋約束:保證每一時(shí)期所有事故區(qū)域點(diǎn)i能在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)被覆蓋。式(7)多重覆蓋約束:在每一時(shí)期內(nèi),高風(fēng)險(xiǎn)事故區(qū)域點(diǎn)i能在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)被覆蓋兩次以上,保證了高風(fēng)險(xiǎn)事故區(qū)域點(diǎn)能夠有2艘以上的救助船響應(yīng)。式(8)表示所有站點(diǎn)分配的救助船數(shù)量不能超過該類型救助船的總可使用數(shù)量。式(9)表示每個(gè)時(shí)期分配給各個(gè)救助站點(diǎn)的救助船數(shù)量應(yīng)當(dāng)小于該時(shí)期可用的救助船數(shù)量。式(10)表示當(dāng)救助站點(diǎn)j的k型救助船不能覆蓋事故區(qū)域點(diǎn)i時(shí),在救助站點(diǎn)j的k型救助船數(shù)量為0。式(11)表示在每個(gè)救助站點(diǎn)放置的救助船數(shù)量不能超過該救助站點(diǎn)可放置的最大救助船數(shù)量。式(12)多周期配置數(shù)量約束:表示經(jīng)歷救助船的調(diào)度后救助站點(diǎn)j的救助船數(shù)量變化,t+1期的救助船數(shù)量等于t時(shí)期的救助船數(shù)量加上從別的救助站點(diǎn)到救助站點(diǎn)j的救助船數(shù)量再減去從救助站點(diǎn)j到別的救助站點(diǎn)的救助船數(shù)量。式(13)供求約束:表示在每個(gè)時(shí)期內(nèi)配置的救助船所提供的供給能力要大于該時(shí)段各個(gè)需求區(qū)域產(chǎn)生的不同等級的需求。式(14)、式(15)變量約束:x 、x 為0-1變量。

        2 算法設(shè)計(jì)

        由于蟻群算法中蟻群的正反饋機(jī)制能夠在較快的時(shí)間內(nèi)獲得最優(yōu)解,且多周期救助船配置模型是一個(gè)非確定性難題(NP-Hard),難以在有限的時(shí)間和資源下得出精確解;因此,本文在經(jīng)典的蟻群算法的基礎(chǔ)上,根據(jù)多周期多目標(biāo)救助船配置模型的特點(diǎn)設(shè)計(jì)多目標(biāo)蟻群算法求解。此外,多周期模型的求解規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單一時(shí)段的求解規(guī)模,直接利用蟻群算法編碼多周期的解會使計(jì)算規(guī)模呈指數(shù)增長,降低解的精確性。結(jié)合貪婪算法的思想,利用蟻群算法尋求每一時(shí)段的最優(yōu)解,再通過對時(shí)段循環(huán)迭代得到最優(yōu)解。

        (6)進(jìn)入下一個(gè)周期p=p 1,在每個(gè)周期都重新初始化該周期對應(yīng)的事故需求數(shù)量和空間分布以及救助船不可獲得率。

        (7)得到所有周期的優(yōu)化結(jié)果,計(jì)算救助船調(diào)度的成本與救助站點(diǎn)覆蓋的事故數(shù)量。

        3 實(shí)例驗(yàn)證及結(jié)果分析

        3.1 數(shù)據(jù)收集

        本文以渤海海域的數(shù)據(jù)為例,首先對渤海海域2017―2020年的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,獲得渤海海域事故發(fā)生規(guī)律,并以此為依據(jù)選擇劃分的周期。對收集的數(shù)據(jù)使用k-means算法獲得事故區(qū)域中心坐標(biāo)(見表1)。結(jié)合渤海海域船舶部署現(xiàn)狀與事故分布現(xiàn)狀,選擇的候選救助站點(diǎn)坐標(biāo)(見表2)。渤海海域現(xiàn)有專業(yè)救助船信息見表3。

        3.2.1 不同周期下的站點(diǎn)選擇結(jié)果分析

        以2017―2020年的數(shù)據(jù)為參考依據(jù),對一整年的專業(yè)救助船進(jìn)行多周期配置。多周期配置中不同的周期劃分得到的優(yōu)化結(jié)果不同。周期的劃分必須符合事故發(fā)生的周期性規(guī)律。雖然海上事故在每周、每天甚至每小時(shí)發(fā)生的數(shù)量與位置都存在一定的周期性,但數(shù)量較少,以較短的時(shí)間作為一整個(gè)周期會產(chǎn)生較大的成本,不符合經(jīng)濟(jì)性原則。因此,以渤海海域事故發(fā)生規(guī)律為依據(jù),劃分以半年(T=2)、季度(T=4)、月度(T=12)為間隔的3種不同的周期對救助船進(jìn)行動態(tài)配置與調(diào)度,分析不同周期下的配置結(jié)果與一整年的配置結(jié)果的差異。

        分析算法運(yùn)行得到的配置結(jié)果,可獲得在不同周期下每個(gè)救助站點(diǎn)被選中的概率,得到在多周期優(yōu)化配置中每個(gè)救助站點(diǎn)的重要程度,從而為決策者是新建應(yīng)急救助基地還是配置更多救助船提供參考依據(jù)。由不同的周期中救助站點(diǎn)被選中的概率(見圖1)可以看出,0、1、3、4、6、11、13這7個(gè)救助站點(diǎn)在不同周期中被選中的概率較高,在劃分的每個(gè)周期內(nèi)被選中的概率都在90%以上。這是由于在這些救助站點(diǎn)附近海域發(fā)生的事故數(shù)較多,需要較多的救助船類型和數(shù)量,同時(shí)在這些救助站點(diǎn)部署救助船,能夠在較短的時(shí)間內(nèi)啟動事故響應(yīng)機(jī)制,達(dá)到更好的救助效果。選中概率較低的救助站點(diǎn),說明在該站點(diǎn)附近海域發(fā)生的事故數(shù)量較少,在該救助站點(diǎn)配置救助船能夠覆蓋的事故數(shù)較少以及該救助站點(diǎn)距離其他事故區(qū)域較遠(yuǎn),不能實(shí)現(xiàn)多重覆蓋。從另一方面來看,被選中概率較低的救助站點(diǎn)也是不可或缺的:只要救助站點(diǎn)被選中的概率大于0,就說明在某個(gè)時(shí)期該救助站點(diǎn)附近海域發(fā)生了事故,產(chǎn)生了需求;如果忽略這些需求可能會造成人員的生命財(cái)產(chǎn)損失。因此,可以考慮在某些選中概率較低的救助站點(diǎn)周期性地配置救助船,實(shí)行24 h值班,預(yù)防事故的發(fā)生,保障在事故發(fā)生時(shí)及時(shí)響應(yīng)。

        從不同周期下的配置結(jié)果(見表4)可以發(fā)現(xiàn),如果對救助船進(jìn)行多周期的配置,每個(gè)時(shí)期所得到的最優(yōu)的救助船配置數(shù)量不同,符合由于不同時(shí)期事故的波動性造成的需求不同而導(dǎo)致的配置結(jié)果不同這一規(guī)律。

        3.2.3 不同周期下的救助效果分析

        從不同周期下的救助效果對比(見表5)可以看出,隨著周期的增加,救助船調(diào)度的次數(shù)及數(shù)量隨著周期內(nèi)的需求變動也在增加,調(diào)度的成本也會增加。雖然調(diào)度產(chǎn)生了成本,但多周期的配置所能達(dá)到的救助效果也會提升,各個(gè)救助站點(diǎn)對事故區(qū)域點(diǎn)的覆蓋次數(shù)和覆蓋率也有所提升。在對事故的響應(yīng)時(shí)間方面:T=0時(shí),對事故的平均響應(yīng)時(shí)間為1.25 h;T=2時(shí),平均響應(yīng)時(shí)間縮短到了0.83 h,提升33.6%;T=4時(shí),平均響應(yīng)時(shí)間為0.71 h,提升43.2%。說明多周期的對救助船配置確實(shí)提升了救助船的應(yīng)急救助響應(yīng)時(shí)間。從覆蓋次數(shù)及多重覆蓋率來看,T=2比T=0多覆蓋了124起事故,在救助覆蓋率上也增加了8%。在救助船的調(diào)度方面,隨著周期的增加,救助船調(diào)度的次數(shù)必然會增加,同時(shí)由于快艇與小船的數(shù)量較少,對事故應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間較短,被選中的概率就高,小船與快艇的調(diào)度次數(shù)要比大船的調(diào)度次數(shù)多。不同周期劃分情況下T=12的救助效果最好,但產(chǎn)生的調(diào)度成本最高,調(diào)度次數(shù)最多。

        4 結(jié) 語

        本文針對海上救助船配置問題,建立了考慮事故時(shí)變性與救助船可用性的多周期多重覆蓋模型,并運(yùn)用多目標(biāo)蟻群算法進(jìn)行求解。以渤海海域?yàn)槔M(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證,證實(shí)了模型及算法的有效性,得出以下3點(diǎn)結(jié)論:

        (1)多周期多重覆蓋模型考慮了救助船的船型、速度、救助能力、可獲得性及事故的時(shí)變性等因素,雖然增加了問題的復(fù)雜性以及求解的難度,但更加貼近實(shí)際;

        (2)多周期配置模型,能夠改善平均應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間、救助站點(diǎn)覆蓋的事故數(shù)量以及多重覆蓋率;

        (3)隨著周期的增加,對救助船的調(diào)度次數(shù)就一定會增加,相應(yīng)的調(diào)度成本也會增加。

        此外,由于海上救助情況較為復(fù)雜,本研究尚有不足之處:為了便于計(jì)算救助船的移動成本,只考慮了由于距離產(chǎn)生的成本,對救助資源的多周期移動和配置可以同時(shí)考慮救助飛行隊(duì)。之后的研究也可以考慮多周期對救助船移動產(chǎn)生的成本和多周期配置能夠提升的救助水平的權(quán)衡。

        猜你喜歡
        配置
        關(guān)于生態(tài)園林設(shè)計(jì)中植物的配置研究
        電網(wǎng)無功補(bǔ)償科學(xué)配置與優(yōu)化控制的一體化研究
        淺析企業(yè)員工招聘中存在的主要問題及對策研究
        草坪在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
        簡析電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)及配置應(yīng)用
        中國市場(2016年41期)2016-11-28 05:35:27
        一種智能家居系統(tǒng)自學(xué)習(xí)免配置方法
        世界主要國家軍民融合式發(fā)展財(cái)力資源配置的啟示
        商情(2016年39期)2016-11-21 10:03:22
        論高校網(wǎng)絡(luò)防火墻的配置與管理
        計(jì)算機(jī)Linux網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)特點(diǎn)及服務(wù)器配置研究
        試論人力資源配置及其作用與模式
        日韩美女av一区二区| 中文字幕在线免费| 国产精品98视频全部国产| 精品国产麻豆免费人成网站| 午夜视频在线观看视频在线播放| 久久成人国产精品| 欧美一级在线全免费| 亚洲天堂免费成人av| 亚洲偷自拍国综合第一页| 国产特级毛片aaaaaaa高清| 综合无码综合网站| 亚洲女同精品一区二区久久| 亚洲成a∨人片在线观看无码| 国产亚洲av无码专区a∨麻豆| 秋霞日韩一区二区三区在线观看| 少妇特殊按摩高潮对白| 色偷偷色噜噜狠狠网站30根| 少妇无码一区二区三区| 免费无码又爽又刺激又高潮的视频 | 精品综合久久久久久97超人| 国产欧美亚洲精品第二区首页| 熟女免费视频一区二区| 一区二区三区中文字幕| 呻吟国产av久久一区二区| 精品国产又大又黄又粗av| 亚洲av综合av一区| 无遮无挡爽爽免费毛片| 国产成人亚洲精品电影| 女同在线网站免费观看| 97在线视频免费人妻| 亚洲最大天堂无码精品区| 国产丝袜美腿诱惑在线观看 | 国产一在线精品一区在线观看| 日韩精品中文字幕 一区| 亚洲高清国产一区二区| 大桥未久亚洲无av码在线| 亚洲综合偷自成人网第页色| 久久精品蜜桃美女av| 日本成本人片免费网站| 福利一区在线观看| 日韩中文字幕一区二十|