CN101782977A - 一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，是针对于城市某种突发事件突然发生，如火灾等，通过后台调度优化模型计算，向某些应急救援服务设施点发出指令，运送相应的应急救援物资到受灾地点。此应急救援物资的优化调度系统及调度算法主要包括以下步骤：输入某城市的电子地图信息；输入此城市中应急救援服务设施点的位置；输入此城市中应急救援服务设施点所拥有的应急救援物资数量；输入此城市中突发事件爆发地点；输入此城市中突发事件爆发地点所需要的应急救援物资估计数量；通过后台调度优化模型计算；向应急救援服务设施点发出指令。

Description

一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法

本发明属于优化调度技术领域，尤其是一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，特别适用于经常发生的突发事件，如火灾、病人救护等方面。

目前，针对于这种城市内的多发的突发事件，应对措施的采取通常是靠拍脑袋的形式进行决策的，没有一个科学和系统化的决策过程给决策者提供帮助。对于某些简单或者突发事件仅为少数同时发生的情况下，决策者仍可以凭借自身的经验做出准确的判断和决策，但是一旦情况发生恶化，情形变得复杂，突发事件爆发点增多，潜在爆发点仍然存在，针对于这些种种复杂的情况，单凭决策者的经验将无法做出准确而及时的判断和决策，这时候客观上就要求有这样一套决策辅助系统来帮助决策者做出最终的判断。

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，为给决策者提供一套决策辅助系统和方法。

为了实现上述目的，本发明采用的整体方案如下：一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，包括中央处理装置、信息存储装置、应急救援装置、城市电子地图模块、应急救援服务设施信息数据模块、优化调度模块，城市电子地图模块用于向信息存储装置输入城市电子地图信息数据，应急救援服务设施信息数据模块用于向信息存储装置输入应急救援服务设施信息，突发事件信息数据模块用于输出突发事件的有关信息，优化调度模块用于将突发事件信息数据和城市电子地图信息数据进行处理并向应急救援装置发送应急救援命令。

所述突发事件信息数据模块能够实现信息数据录入、存储、更新维护等功能。

所述优化调度模块主要包括集成了数学模型模块和求解算法。

一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，包括以下步骤：

步骤1、向信息处理装置输入某城市的电子地图信息、城市中应急救援服务装置的位置信息、应急救援物资数量信息；

步骤2、中央计算机处理器巡查城市中是否发生突发事件；

步骤3、如果发生突发事件，则估算突发事件发生地点所需要的应急救援物资的估计数量，否则转步骤2；

步骤4、中央计算机处理器比较通过优化模型算法所需物资数量能否满足处理突发事件的需要；

步骤5、如果能够满足需要，中央计算机处理器则向应急救援服务装置发出指令，实施应急救援，否则优先救助重要的突发事件爆发地点，在模型输入时，舍弃掉某些次要的突发事件爆发点。

所述城市的电子地图信息是指包括城市内各个建筑的规模、材质，各个建筑的地理位置以及建筑物实现的功能等信息。

所述城市中应急救援服务装置的位置信息是指处理突发事件的应急救援服务设施所处位置，以及与城市中各建筑物之间各条路程的时间信息。

所述某应急救援物资数量信息是指需要的应急资源的种类和数量信息。

所述优化模型算法是指第杰斯特拉算法和贪婪算法。

为了进一步说明本发明的结构和特征，下面将结合附图对本发明做进一步的说明。其中，图1为系统模块构成图；图2为本发明的主流程图。

如图所示，本发明的应急救援物资的优化调度系统及调度算法主要包括四个信息数据模块，依次为：城市电子地图信息数据模块、应急救援服务设施信息数据模块、突发事件信息数据模块和优化调度模型模块。前三者信息数据模块为优化调度模型模块提供数据基础。

如图2所示，首先对基础数据进行设定，包括城市电子地图信息数据模块、应急救援服务设施信息数据模块；其次，将突发事件的信息录入到突发事件信息数据模块，并进行实时的更新维护；再次，经过应急资源的判断输入到优化调度模型，其模型具体如下：

a_ij：按照一定的标准，突发事件爆发点i是否被应急救援服务设施点j所覆盖，如被覆盖其值为1，否则为0；

s(i，j)：表示突发事件爆发点i与应急救援服务设施点j之间有多少条不同的路径，令K_ij＝{1，2，....，s(i，j)}；

τ_k(i，j)：为突发事件爆发点i与应急救援服务设施点j之间估计所需要的时间；

q_k(i，j)：表示供应点j通过路径k到需求点i的时间不超过τ_k(i，j)内的概率；

x(j)：供应点j所拥有的应急资源；

d(i)：需求点所需要的应急资源；

λ_i：表示q_k(i，j)是否不小于某一水平α，如不小于α，λ_i＝1，否则为0；

β：表示从所用供应点j在τ_k(i，j)内运输到需求点i的应急资源量要不小于此需求点需求量的β水平；

模型变量：

x_k(i，j)：从应急资源供应点j通过路径k运输到需求点i的应急资源量；

y_k(i，j)：如果从应急资源供应点j通过路径k运输资源到需求点i，

其值为1，否则为0；

其调度优化模型为：

$\min \max \left\{\begin{array}{ccc}{\mathrm{\τ}}_k(i,j)y_k(i,j)|\∀i\∈I& j\∈J& k\∈K_{\mathrm{ij}}\end{array}\right\}$

约束为：

$\underset{k\∈K_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈J}{\mathrm{\Σ}}{x}_k(i,j)\≥d\left(i\right),\∀i\∈I$

$\underset{k\∈K_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈J}{\mathrm{\Σ}}{x}_k(i,j)z_k(i,j)\≥\mathrm{\βd}\left(i\right),\∀i\∈I$

$\underset{k\∈K_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\underset{i\∈I_1\∪I_2}{\mathrm{\Σ}}{x}_k(i,j)\≤x\left(j\right),\∀j\∈J$

εy_k(i，j)≤x_k(i，j)≤My_k(i，j)

j∈J  k∈K_ij

x_k(i，j)≥0 j∈J  k∈K_ij

y_k(i，j)∈{0，1}  z_k(i，j)∈{0，1}

j∈J  k∈K_ij

M为一足够大的正数

ε为一足够小的正数

β介于0和1之间

其中I为突发事件爆发点集合，J为应急救援服务设施点。

通过优化调度模型运算，计算出调度的优化结果；然后，将指令向应急救援服务设施发出指令，进行救援；最后，又重新对城市是否有应急突发事件进行搜寻，开始一个新的循环。

将此应急救援物资的优化调度系统及调度算法应用在某一城市中，如北京，则首先将北京市的电子地图信息数据输入到城市电子地图信息数据模块中，标示各个地点之间的相对位置，其坐标精确越细则电子地图的信息就越准确和丰富；然后，根据北京市的应急救援服务设施点实际位置，将此信息输入到应急救援服务设施信息数据模块中，此模块与城市电子地图信息数据模块是有联系的，当然这里的应急救援服务设施是针对于应对某种突发事件的，而不是应对所有突发事件的。在此模块的基础上可以继续开发生成应对各种不同应急救援服务设施信息数据模块，应对多种突发事件；这两块的信息数据模块是在突发事件发生之间所要确定好的，而第三个信息数据模块，也就是突发事件信息数据模块是实时的一个数据模块，需要工作人员根据实际情况不断调整，也就是说，某一个突发事件发生，工作人员将此信息，如发生的地点，严重程度(用应急救援物资表示)输入到突发事件信息数据模块中，为后面的优化调度模型模块的计算提供基础。最后，在上述信息数据模块的数据输入完毕后，则根据优化调度模型模块进行计算，根据计算结果给应急救援服务设施发出指令，待处理完毕后，要重新对应急救援服务设施信息数据模块、突发事件信息数据模块的信息进行更新和维护，如，应急救援服务设施信息数据模型中的应急救援物资需要更新，突发事件信息数据模块中，突发事件处理完毕后需要标示处理完毕，等等。

本发明的应急救援物资的优化调度系统，可以用编程语言撰写后载入一电脑可读取记录媒体中，记录媒体可以是硬盘、光盘等等。由于本发明的思想、系统架构以及后台的数学模型均已详述，熟知电脑语言以及系统架构的人均可凭本说明撰写软体程式，故有关软体程式不在此赘述。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，包括中央处理装置、信息存储装置，应急救援装置，其特征在于，该系统还包括以下装置：

城市电子地图模块，用于向信息存储装置输入城市电子地图信息数据；

应急救援服务设施信息数据模块，用于向信息存储装置输入应急救援服务设施信息；

突发事件信息数据模块，用于输出突发事件的有关信息；

优化调度模块，用于将突发事件信息数据和城市电子地图信息数据进行处理并向应急救援装置发送应急救援命令。

2.如权利要求1所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于，所述突发事件信息数据模块能够实现信息数据录入、存储、更新维护等功能。

3.如权利要求1所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于，所述优化调度模块主要集成了数学模型和求解算法。

4.一种应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1、向信息处理装置输入某城市的电子地图信息、城市中应急救援服务装置的位置信息、应急救援物资数量信息；

步骤2、中央计算机处理器巡查城市中是否发生突发事件；

步骤3、如果发生突发事件，则估算突发事件发生地点所需要的应急救援物资的估计数量，否则转步骤2；

步骤4、中央计算机处理器比较通过优化模型算法所需物资数量能否满足处理突发事件的需要；

步骤5、如果能够满足需要，中央计算机处理器则向应急救援服务装置发出指令，实施应急救援，否则优先救助重要的突发事件爆发地点，在模型输入时，舍弃掉某些次要的突发事件爆发点。

5.如权利要求4所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于所述城市的电子地图信息是指包括城市内各个建筑的规模、材质，各个建筑的地理位置以及建筑物实现的功能等信息。

6.如权利要求4所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于所述城市中应急救援服务装置的位置信息是指处理突发事件的应急救援服务设施所处位置，以及与城市中各建筑物之间各条路程的时间信息。

7.如权利要求4所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于所述某应急救援物资数量信息是指需要的应急资源的种类和数量信息。

8.如权利要求4所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于，步骤4所述优化模型算法是指第杰斯特拉算法和贪婪算法。

9.如权利要求4所述的应急救援物资的优化调度系统及调度算法，其特征在于，步骤4进一步包括以下步骤：

a_ij：按照一定的标准，突发事件爆发点i是否被应急救援服务设施点j所覆盖，如被覆盖其值为1，否则为0；

s(i，j)：表示突发事件爆发点i与应急救援服务设施点j之间有多少条不同的路径，令K_ij＝{1，2，....，s(i，j)}；

τ_k(i，j)：为突发事件爆发点i与应急救援服务设施点j之间估计所需要的时间；

q_k(i，j)：表示供应点j通过路径k到需求点i的时间不超过τ_k(i，j)内的概率；

x(j)：供应点j所拥有的应急资源；

d(i)：需求点所需要的应急资源；

λ_i：表示q_k(i，j)是否不小于某一水平α，如不小于α，λ_i＝1，否则为0；

β：表示从所用供应点j在τ_k(i，j)内运输到需求点i的应急资源量要不小于此需求点需求量的β水平；

模型变量：

x_k(i，j)：从应急资源供应点j通过路径k运输到需求点i的应急资源量；

y_k(i，j)：如果从应急资源供应点j通过路径k运输资源到需求点i，

其值为1，否则为0；

其调度优化模型为：

$\min \max \left\{{\mathrm{\τ}}_k(i,j)y_k(i,j)\right|\∀i\∈\mathrm{Ij}\∈\mathrm{Jk}\∈K_{\mathrm{ij}}\}$

约束为：

$\underset{k\∈K_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈J}{\mathrm{\Σ}}{x}_k(i,j)\≥d\left(i\right)\∀i\∈I$

$\underset{k\∈K_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\underset{j\∈J}{\mathrm{\Σ}}{x}_k(i,j)z_k(i,j)\≥\mathrm{\βd}\left(i\right)\∀i\∈I$

$\underset{k\∈K_{\mathrm{ij}}i}{\mathrm{\Σ}}\underset{\∈I_1\∪I_2}{\mathrm{\Σ}}{x}_k(i,j)\≤x\left(j\right)\∀j\∈J$

${\mathrm{\ϵy}}_k(i,j)\≤x_k(i,j)\≤{\mathrm{My}}_k(i,j)\∀i\∈\mathrm{Ij}\∈\mathrm{Jk}\∈K_{\mathrm{ij}}$

$x_y(i,j)\≥0\∀i\∈\mathrm{Ij}\∈\mathrm{Jk}\∈K_{\mathrm{ij}}$

$y_k(i,j)\∈\left\{\mathrm{0,1}\right\}{z}_k(i,j)\∈\left\{\mathrm{0,1}\right\}\∀i\∈\mathrm{Ij}\∈\mathrm{Jk}\∈K_{\mathrm{ij}}$

M为一足够大的正数

ε为一足够小的正数

β介于0和1之间

其中I为突发事件爆发点集合，J为应急救援服务设施点。

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