下载  >  开发技术  >  其它  > 论文研究-应对自然灾害的应急资源布局模型与算法.pdf

论文研究-应对自然灾害的应急资源布局模型与算法.pdf 评分:

论文研究-应对自然灾害的应急资源布局模型与算法.pdf,  以地震为背景,考虑灾害发生时需求不确定的条件,建立基于情景分析的随机整数规划模型,解决针对自然灾害的应急资源布局问题.将灾害发生后的情景划分成两个阶段的随机事件,前一个随机事件表示灾害刚发生后震源位置、震级大小的信息;后一个表示当震源和震级的信息确定后, 各个灾区的需求量.利用有限个情景表示不确定性数据. 通过松弛非预期约束, 将松
第9期 张玲,等:应对自然灾害的应急资源布局模型与算法 1617 C 临时候选中心的建设费用 t:从中心仓库o到需求点i运输物资m的交通费用 tmx:从临时候选仓库y到需求点讠运输物资m的父通費用 物资m的单位租赁(补偿)费用 剩余的应急物资的处置(惩罚)费用 物资m的单位体积 中心仓库o的体积 8: 个非常小的数 个非常大的数 决策变量为 xmo:存储在中心仓库o的应急物资m的量 若临时供应中心j被选址,则为1,否则,为0 mj 在临时供应中心j存储的物资m数量 ymio:当第三阶段随机事件实现后.从中心仓库σ运往灾区i的应急物资m的数量 yma:当第三阶段随机事件实现后、从临时供应中心j运往灾区的应急物资m的数量 rmz:供应点对应急物资m的短缺(补偿)的数量 Sm:中心仓库o剩余的物资m的数量(惩罰量) 临时供应中心元剩余的物资m的数量(惩罚量) 由此,建立模型P如下: ∑emxm+E2Q(rm,52) n∈M Q1(x,mo,52) mIn ∑X+∑∑xmfm+E3sQ2(xma,x1,xm,dm()(2) ∈J(52) n en (3) m∈M x≤∑ 2∈M X∈{0,1},V r71o271L ym, J 而 Q2(amo, Xj: Smj, dmi(E3))= min TC+ RC+ SC st.TC=∑∑tmwm+∑tmm m∈Mi∈I ∈J(52) RC=∑∑ Pm rmi ∑9 ∑ (10) m∈M j∈J(s2) rm:+ymi+∑ym≥dmn(3),Y j∈J(s2) +∑ mio = a 72 (12) 2∈I Sm3 +∑ Vm ∈ Tm2, mio,ymi),Smo,5m∈{0.1,2,……},m,i,j (14 模型是一个多阶段随机规划模型,更确切的说,是一个三阶段的随机整数规划模型.目标函数(1)由三 部分组成:中心仓库配置资源的费用,第二阶段的临时供应中心选址和配置的费用式(2),第三阶段的运输费 1618 系统工程理论与实践 第30卷 用,对于未满足需求的补偿费用和剩余物资的处置费用式(7);约束(3)描述中心仓库的体积限制;式(4)表 示只有临时供应中心选址,才能为其配置资源;式(8)表示从各个供应中心运往灾区的运输费用,式(⑨)表 示当供应量不足时,利用其它渠道筹集的物资的费用;式(10)表示当需求点物资有剩余时物资的处置费用 式(11)表示每个需求点对物资m的需求量应该尽量满足;式(12)-(13)分别描述了中心仓库和临时候选 中心的应急物资总量限制.约束(5)、(6)、(14)是变量的整型约束 求解模型的算法描述 41情景分解和 Lagrange对偶问题 当情景为有限个实现值时,模型P的确定性等价模型P′为 nin∑p∑n(lm+∑X()+ ∈J(s4) ∑∑:m(∈)fm+TC(∈)+RC()+SC( st nxm0(5)≤Vo m∈M eX()s∑xm()≤X (15) ∈M rm()+wmni(4)+∑ym(5)≥dnm(2),Ym, ∈J(51) sm()-∑mn()=m(),Ym sn(4)+∑ymy(∈)=amy( (s)∈40,1},vj amo(E), Itmi(E), I'mi(E), mio(sl) ((),sm(5).smy(s)∈{0,1,2,…} 和非预期约束 xnm0(52)=xmo(52)=…=xmo(") (16) X(2)=X(52),xm;(52)=xm(52),若J(52)=J(2) 在(16)式中,非预期约束是情景中具有共同历史的描述,即若在某个阶段两个情景发生了相同的随机事 件,则在这个阶段之前具有相同的决策.分析等价形式P,这是一个规模很大的随机整数线性规划模型.求 解起来比较困难,尤其是当引入的情景比较多时.分析发现,除了非预期约東(16)外,其余的约束条件可以 按照情景分解.因此考虑松弛式(16) 记情景ξ对应的决策变量为x4=(xm)(5),X3(5),xm3(s),y(5),r(5),(),x=(x1 ,nTIT 为 决策变量.因此,非预期约束(16)可以表示为∑=1Hx2=0的形式,其中H=(H1,H2,…,H)为非预期 约束(16)的系数矩阵.这里H∈R(m+1+m×1)是与x对应的系数矩阵,H∈Bkx(m++m×), k为非预期约東的个数.例如,就(16)式中的第一个约束而言,写成矩阵的形式可以为 imo(s) m0(52) (5n) 将第二个约束加入上述矩阵中,就会得到系数矩阵H.令S,l=1,2,……,m为P中除了非预期约束(16)之 外,对情景的约束集合.则得到关于式(16)的 Lagrange松弛问题 D()=mn∑L(,) s t ∈S,l=1,2 第9期 张玲,等:应对自然灾害的应急资源布局模型与算法 1619 其中 L(x2,入) ∑xm()em+∑x(∈)+ ∑xm/()fmn+ m∈M j∈(5) j∈J(2) TC()+RC()+6(:)+AH λ为 Lagrange乘子向量.显然,(1⑦)式可以按照情景分解的方式来求解.模型P的 Lagrange对偶为 zLD=maxD(入) (18) 定理11) Lagrange对偶问题(18)的最优值是模型P′的最优值的下界 2)若存在某个*对应的 Lagrange松弛间题(17)的解x*满足非预期约束(16),那么x*是模型P的 最优解而入*是式(18)的最优解 证明1)设=(1,,)为模型P的一个可行解,则∈S,且∑t=1H4=0,由D(入的定 义 D()=mi1∑L1(x,)∈s,1=1,…n}≤∑L(2,)=3() (19) 据此、xD≤x(x),其中霾*为模型P′的最优解 2)若x*为模型P的一个可行解,此时,有 LD=mxD(从)≥D(*)=∑L(,))=2(x) 由1),aD≤a(x*).得D=z(x*),即x*是模型P’的最优解,而入*是式(18)的最优解 Lagrange对偶(18)式是非光滑凸规划,可以利用次梯度方法求解,每次迭代的关系式为 入k-1=Ak+aOD(k), 其中a为每一步迭代的步长,OD(入k)为次梯度次梯度OD()表达式如下: 0D()=∑O(x2,))x 由于L(x2,)是关于x4的线性函数,根据 Danskin定理12,有[OL1(x,从)lx=con{VAL(x2,)},x4是入 固定时(17)式的解因此,由L1(a,)的表达式知,∑1=1H是D的一个次梯度,而x1,…,x4是入固定时, (17)式中每个子情景问题的最优解 由于模型P′中决策变量的整型要求,求解 Lagrange对偶问题(18)给出模型P的一个下界,而这个下 界通常会比z小即存在对偶间隙.因为这里不能保证非预期约束(16)满足.下面,给出一个求解模型P(P) 的一个分支定界算法,该算法用一个集合亚存放初始模型P′和每次分支产生的子模型a.每次迭代中,利 用非预期约束的 Agraηge对偶的解作为定界步,以获得原问题的一个下界.然后,选取当前解中的某个非整 数变量进行分支,并将分支后产生的了问题φ加入模型集合φ中.这梓,通过不断地调整下界获得原问题的 最优解. 42 Lagrange对偶问题的分支定界算法 有了以上讨论的基础,下面给出求解模型P的分支定界算法 step1初始化:令z=+∝,φ为包含初始P′的模型集合 Step2终止准则:若φ=,则解为模型P′的最优解,即2=∑cmxm+E2Q1(xm,52)达到最 优 step3选取子间题:从φ中选取一个子模型φ,并将其从φ中删除.求解其对应的 Lagrange对偶间 题,产生的最优解记为=(x21,……,xm),最优值记为aLD=xLD().若不可行(LD=+∞),则转 Step2;否则转Step4 step4定界:若x1n()>z转s2;否则,执行下列步骤 step41约束(0)成立时令:-mn{,∑Emm+D2Q2(m)}从中删除所有满足 n(d)>z的子模型φ′.转Step2 1620 系统工程理论与实践 第30卷 Step42约束(16)不成立时:利用某种启发式方法计算霾的平均值,并将其取整,得到.若可 行则令2=min12,∑cm+EQ1(mo,52)},从中中删除所有满足D(0)≥E的子模型的转 m∈M Step 5 Sep5分支:对问题φ选取当前解x的一个不符合整数要求的变量x;进行分支.并将约束x;<;」 和≥+1分别加入问题φ形成两个后继问题,将这两个问题加入車中,转Step2. 注Step4中的两个判断条件xLD(a)≥z是为了将φ中一些不必要的子模型删除,从而加速分支 定界的速度.Step4.2的目的是寻找满足非预期约束的可行解,可以利用如下启发式方法计算的平均值: 7=∑=1p22,其中4为当前子问题φ的 Lagrange对偶间题在最优解A*处对应的第个情景的解 5实例验证 算例考虑我国某省应对地震灾害的资源布局问题,该省位 于几个地震带上,属于地震多发地区.如图2所示,其中C1, ,C1l代表11个需求点,W7表示该省的行政中心,即代表 中心仓库所在地址.W1,……,W6,W8代表7个临时候选供应 点.偎设共有9种地震的情景;第二阶段的随机事件有三种情 况,其发生的概率分别为0.3.0.5,0.2.当第二阶段随机事件确 定后,其对应的第三阶段的随机事件又有三种可能性.对第三 个阶段的随机事件发生的概率,利用计算机随机产生,假设其 服从均匀分布.而在每个情景下每个需求点的需求量,则根据 该地区的人口密度,建筑物结构,地震的破坏情况等统计数据 给出.其他的相关数据由表1给出 图2算例示图 表1物资配置相关参数 单位:元 物资类型 qmm中心仓库体积临时候选中心建设费用 3757803712 39 59 39 16800 370 给出实例的参数值设置后,利用 Matlab2007a编程,得到中心仓库的两种物资A和B的配置量分别为 713和1400.针对每个情景下的应急资源的布局结果如表2所示 表2临时仓库布局结果 临时供应中心 J(1) J(2) J(3) (109.243) (231,461) 1234568 000 (425,876) (76,152) (127,255) 0000000 0 表2中的括号中的数字表示在对的临时供应中心配置的两类物资的数量.出现数字0的地方表示不在 该处选址.由表2可以看出,在第二阶段的三个随机事件实现的情况下,前两种情况会有对临时仓库进行布 局,因为前两种情况需求点的需求量比较大,特别是在第二种情形下,可以看到,临时候选中心1,3,5均配 置了应急资源.而第三种情形下不需要设立临时供应中心,但是这不说明中心仓库的供应已经能够满足所有 灾区的应急物资需求.因为,当第三个阶段的具休的需求确定后,某些未满足的需求点不是由临时供应中心 供应、而是由其它渠道进行补偿,即r的取值来决定,例如在试验结果中,J(3)对应的第三阶段的最后一个情 景中有rl()=81,r21(s)=162,这说明在第9个情景中,对需求点1的两种物资的补偿量分别为81和 162 第9期 张玲,等:应对自然灾害的应急资源布局模型与算法 1621 6总结与展望 本文通过建立多阶段随杋规划模型,解决了某个地区中心仓库的资源配置问题.在求解模型时,按照情 景分解的方式求解原模型的 Lagrange对偶冋题,并采用分支定界方法求解原模型.试验结果证实∫模型和 算法的有效性.模型中,一个主要的假设是不确定参数的分布已知.在某些突发事件中,许多不确定参数的分 布往往很难确定,如应急物资的需求,运输时间等.如何针对不确定参数分布未知的情况建立相应的模型,从 而更加符合实际发生的情况,是接下来将要深入研究的一个问题 参考文献 1GeneralOfficeoftheStateCouncil.ReportforWenchuanEarthquake[r].http://news.sina.com.cn/z/0bearthquak 2008 2 Hakimi S L Optimum locations of switching centers and the absolute centers and medians of a graph. Oper- ations Research. 1964. 12: 450-459 3 Toregas C, Swain R, ReVelle C. The location of emergency service facilities J. Operations Research, 1971, 19 1363-1373 4 Church R L, Revelle c. Maximal covering location problem J]. Papers of the Regional Science A ssociation, 1974 32:101-118 5 Gendreau M, Laporte G, Semet F. a dynamic model and parallel tabu search heuristic for real-time ambulance relocationJ. Parallel Computing, 2001, 27(12 ):1641-1653 6 Brotcorne L. Ambulance location and relocation modelsJ. European Journal of Operational Research, 2003 147:451-463 7 Tavakoli A. Lightner C. Implementing a mathematical model for locating EMS vehicles in Fayetteville, NCJ Computers &z Operations Research, 2004, 31(9): 1549-1563 [8 Barbarosoglu G, Arda Y A two-stage stochastic programming framework for transportation planning in disaster response[J. Journal of the Operational Research Society, 2004, 55(1):43-53 9 Fiedrich F, Gehbauer F, Rickers U. Optimized resource allocation for emergency response after earthquake disastersJ. Safety Science, 2000, 35: 41-57 10 Ozdamar L, Ekinci E, Kucukyzici B. Emergency logistics planning in natural disasters. Annals of Operations Research,2004.129:217-245. 1l Sheu J B. An emergency logistics distribution approach for quick response to urgent relief demand in disastersJ Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2007, 13 (6):687 709 12 Bertsekas D P, Nedic A, Ozdaglar A. Convex Allalysis and OptimizatiOn M. Mass: Athena Scientific Belmont 2003:245-247

...展开详情
2019-09-20 上传 大小:542KB
举报 收藏
分享
论文研究-应对自然灾害的应急资源布局模型与算法.pdf

论文研究-应对自然灾害的应急资源布局模型与算法.pdf,  以地震为背景,考虑灾害发生时需求不确定的条件,建立基于情景分析的随机整数规划模型,解决针对自然灾害的应急资源布局问题.将灾害发生后的情景划分成两个阶段的随机事件,前一个随机事件表示灾害刚发生后震源位置、震级大小的信息;后一个表示当震源和震级的信息确定后, 各个灾区的需求量.利用有限个情景表示不确定性数据. 通过松弛非预期约束, 将松

立即下载
论文研究-Weighted Load Balancing in Datacenter Networks.pdf

在数据中心网络中的加权负载均衡,徐秀婷,刘礼彬,数据中心网络中的负载均衡需要考虑应对多种问题,比如各种各样的应用、动态变化的网络状况、以及网络拓扑非对称性。但是,先前的数�

立即下载
论文研究-IPv6环境下基于采样的动态入侵检测研究 .pdf

IPv6环境下基于采样的动态入侵检测研究,张亮亮,,本文就如何在保证一定检测准确率的同时也能兼顾检测效率的问题提出了在IPv6环境下基于采样的入侵检测技术来应对高速网络环境下海��

立即下载
论文研究-超密集组网下分布式资源分配算法的研究 .pdf

超密集组网下分布式资源分配算法的研究,张娜,王文博,超密集组网(UDN)技术是5G的关键技术之一,传统集中式的静态资源分配方案无法应对超密集组网的大规模性和高动态性,亟需一种有限�

立即下载
论文研究-android系统上权限提升的安全增强框架 .pdf

android系统上权限提升的安全增强框架,吴培君,漆涛,安卓系统的安全体系基于传统Unix系统的任意访问控制机制,利用它来进行应用间的沙箱隔离。然而该机制本身存在种种不足,无法应对��

立即下载
论文研究-适用于敏捷开发的Web应用开发框架的研究与改进 .pdf

适用于敏捷开发的Web应用开发框架的研究与改进,郝青,徐鹏,随着web应用的飞速发展,为了应对多变的需求,对web应用的开发速度要求越来越高。敏捷开发是一种反复迭代、增量开发的方法,正好满足�

立即下载
论文研究-面向查询的高性能二级索引设计 .pdf

面向查询的高性能二级索引设计,秦佳峰,吴瀚,由于传统关系型数据库难以应对智能电网中成千上万的传感器产生的海量数据和属性,新型大数据平台的HBase数据库作为一个面向列的键�

立即下载
论文研究-一种新的Android模拟器检测技术方法 .pdf

一种新的Android模拟器检测技术方法,刘长亮,郭燕慧,随着Android平台广泛应用,及Android系统的开源特性,Android应用软件应对的安全威胁也越来越严重,因此用于保护Android应用软件的静态保��

立即下载
论文研究-基于差分隐私定义的社会化推荐效用模型 .pdf

基于差分隐私定义的社会化推荐效用模型,陈亮,朱培栋,enewcommand{ aggedright}{leftskip=0pt ightskip=0pt plus 0cm} aggedright {社会化推荐系统在为用户应对信息过载问题的同时,也使得用户的隐私信息面��

立即下载
论文研究-面向BYOD移动终端管理系统体系架构及流程实现 .pdf

面向BYOD移动终端管理系统体系架构及流程实现,仵东涛,芮兰兰,为了应对BYOD给企业带来的安全和管理上的挑战,满足企业IT部门对于BYOD终端的管理需求,本文提出了面向BYOD移动终端管理系统的体系架�

立即下载
论文研究-LTE上行链路中基于集合预分配的资源分配方案 .pdf

LTE上行链路中基于集合预分配的资源分配方案,沈雪,王卫东,为了应对宽带接入技术的挑战,同时为了满足新型业务需求,3GPP在2004年年底启动了其长期演进(LTE,Long Term Evolution)技术的标准化工作。�

立即下载
论文研究-一种面向大规模天线beamforming技术的光前传网络资源优化方案 .pdf

一种面向大规模天线beamforming技术的光前传网络资源优化方案,吕娅婷,李慧,随着无线业务的增长,使用大规模天线阵列技术应对指数级增长的用户侧数据流量是5G无线接入侧的发展趋势。本文以基于大规模天线波�

立即下载
CAST工艺应对进水总氮冲击调控措施的中试研究

CAST工艺应对进水总氮冲击调控措施的中试研究,郭丹丹,阳春,污水厂经历总氮冲击可影响其稳定运行和达标排放。采用析因实验对25.0 m3/d规模的CAST中试装置进行了中试现场研究,调节因子为污泥回�

立即下载
消防战士消极完美主义、应对方式与心理健康的相关性研究

消防战士消极完美主义、应对方式与心理健康的相关性研究,宋之杰,石蕊,目的探讨消防基层战士的心理健康、消极完美主义和应对方式的关系,为消防官兵的心理健康教育提供参考。采用症状自评量表(SCL-90)、�

立即下载
身体锻炼对青少年心理应激、应对方式与主观幸福感影响效应研究

身体锻炼对青少年心理应激、应对方式与主观幸福感影响效应研究,陈开梅,杨剑,为了探讨身体锻炼、心理应激、应对方式和主观幸福感的关系,在控制相关变量的基础上,运用结构方程模型得出以下结论:(1)身体�

立即下载
应对方式对洪灾后创伤后应激障碍预后的影响

应对方式对洪灾后创伤后应激障碍预后的影响 ,戴文杰,吴鑫,目的 了解洪灾后创伤后应激障碍(PTSD)预后情况,进一步研究应对方式对洪灾后PTSD预后的影响。 方法 对经历1998年洞庭湖洪且在1999年�

立即下载
深井开采灾害的关键性认知与应对决策技术探讨

深井开采灾害的关键性认知与应对决策技术探讨,董陇军,李夕兵,随着我国浅表有色金属矿床即将消耗殆尽,深井开采在我国今后的矿山开采所占比例将逐步加大,其岩石力学和深井灾害的研究对深井矿�

立即下载
表面效应对Li 掺杂的ZnO薄膜材料P型电导的影响

表面效应对Li 掺杂的ZnO薄膜材料P型电导的影响,司杭,何海燕,我们利用第一性原理的方法研究了在ZnO非极性表面和极性表面的不同原子层中,分别用Li原子去替位Zn原子(记为LiZn)后的相对稳定性和�

立即下载
林木胁迫相关miRNA研究进展

林木胁迫相关miRNA研究进展,包海,陈慧,miRNA是植物中广泛存在的一类长度为21-24 nt非编码的小分子RNA,在植物生长、发育及应对逆境胁迫的调控中发挥着重要作用。在林木中,�

立即下载
中国电动汽车配套产业政策有效性研究

中国电动汽车配套产业政策有效性研究,王慧芳,韦颜秋,中国是汽车大国,发展电动汽车产业是使中国由汽车大国转变为汽车强国的重大机遇,也是应对能源和环境问题的重要途径。本文利用25�

立即下载