CN111401655A - 一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,该方法包含:S1、构建包含多目标设施的医疗废弃物逆向物流网络结构;S2、采用一阶单变量微分灰色模型,预测多个周期内的医疗废弃物的产生量;S3、构建医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址模型;S4、基于所述步骤S3,设置医疗废弃物逆向物流网络结构中各目标设施的拟选位置;S5、基于所述步骤S4构建非线性混合整数规划模型,求解全局最优解,所述最优解即为医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址。其优点是:该方法采用一阶单变量微分灰色模型和非线性混合整数规划模型相结合,优化了医疗废弃物逆向物流网络结构在各周期内各目标设施间流量分配和库存量。
Description
技术领域
本发明涉及管理科学技术领域,具体涉及一种采用了灰度模型和混合整数非线性规划技术实现医疗废弃物回收设施选址、库存优化和路径分配的决策方法。
背景技术
近年来,随着城市医疗服务水平的提高,城市医疗(Healthcare)废弃物的产生量随之增加,城市医疗废弃物对环境以及人体健康具有危害性,城市医疗废弃物管理越来越重要。城市医疗废弃物逆向物流网络选址优化问题是城市医疗废弃物管理关键问题之一。
城市医疗废弃物是指在病人诊断等活动过程中产生的含有致病菌、病毒和放射性物质等危害性的废弃物,对土壤、水和大气等环境以及人体健康具有危害性,医疗废弃物被列入我国《国家危险废物名录》。
随着城市医疗服务水平的提高,城市医疗废弃物的产生量随之增加。国家统计局数据显示,城镇居民人均医疗保健消费支出从2013年的1136元增加到2017年1777元,国家环境保护部发布的数据,上海市的医疗废弃物产生量从2013年的30000吨增加到2017年的50770吨,4年间,医疗废弃物增加了1.69倍,医疗废弃物产生量的增加,对城市医疗废弃物管理带来挑战,城市医疗废弃物逆向物流网络选址问题是城市医疗废弃物管理关键问题之一,有必要对城市医疗废弃物逆向物流网络选址问题进行研究,以保护环境和人体健康。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,首先构建包括医院、回收中心、中转中心、处理中心和处置点在内的城市医疗废弃物逆向物流网络结构,其次,在采用一阶单变量微分灰色模型预测多个周期内医疗废弃物产生量的基础上,考虑医疗废弃物逆向物流网络结构中的各拟建设施的固定成本、运营成本、物流成本、库存成本以及设施在运营和运输过程中对环境影响等因素,以运营成本最小和对环境影响最小为目标,构建多周期多目标动态选址模型,确定网络中各目标设施的数量和选址。该方法合理考量了多重影响因素,更有利于确定各目标设施的最优选址。
为了达到上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,该方法包含:
S1、构建包含多目标设施的医疗废弃物逆向物流网络结构;
S2、采用一阶单变量微分灰色模型,预测多个周期内的医疗废弃物的产生量;
S3、构建医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址模型;
S4、基于所述步骤S3,设置医疗废弃物逆向物流网络结构中各目标设施的拟选位置;
S5、基于所述步骤S4构建非线性混合整数规划模型,求解全局最优解,所述最优解即为医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址;
其中,所述一阶单变量微分灰色模型针对系统主变量自身的演化特征构建,通过构建一阶微分方程和一阶差分方程分析系统主变量的演化趋势。
优选地,医疗废弃物逆向物流网络结构中的多目标设施包含:医院、处置点、回收中心、中转中心和处理中心。
优选地,所述系统主变量的原始数据序列X即x(0)表示为:
x(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…x(0)(h)) (1),其中,h为原始数据序列X的组成个数,
所述系统主变量的原始数据序列X一次累加生成序列x(1)为:
x(1)=(x(1)(1),x(1)(2),…x(1)(h)) (2),
所述一阶单变量微分灰色模型为:
x(0)(k)+az(1)(k)=b(3),其中,a为发展系数,b为灰作用量;
优选地,所述步骤S3中,构建多目标设施的选址模型时,以运营成本最小和对环境影响最小为目标,构造目标函数MinimizeZ=C+αP(6),其中,α是系数,C为医疗废弃物逆向物流网络各周期运营成本,P为医疗废弃物逆向物流网络各周期对环境影响。
优选地,所述医疗废弃物逆向物流网络各周期运营成本C包含:
各周期回收中心、中转中心以及处理中心的建设成本之和C1,
各周期回收中心、中转中心以及处理中心关闭成本之和C2,
各周期内在医院、回收中心、中转中心和处理中心之间的运输成本之和C3,各周期内回收中心、中转中心和处理中心和处置点的运营成本之和C4,
各期回收中心、中转中心以及处理中心库存成本之和C5,
C=C1+C2+C3+C4+C5 (12)。
优选地,所述医疗废弃物逆向物流网络各周期对环境影响P包含:
在各周期内回收中心、中转中心和处理中心在处理医疗废弃物的过程中对环境产生的影响P1,
在各周期医疗废弃物的运输过程中对环境产生的影响P2,
P=P1+P2 (15)。
优选地,所述多目标设施的选址模型中,约束条件设置为:
第t个周期内医院运往回收中心的医疗废弃物数量等于医院产生废弃物的总量;
回收中心本周期收到的医疗废弃物与回收中心上周期期末库存之和等于中转中心本周期收到的医疗废弃物与回收中心本周期期末库存之和;
中转中心本周期收到的医疗废弃物与中转中心上周期期末库存之和等于处理中心本周期收到的医疗废弃物与中转中心本周期期末库存之和;
处理中心本周期收到的医疗废弃物与处理中心上周期期末库存之和等于处置点本周期收到的医疗废弃物与处理中心本周期期末库存之和;
第t个周期由处理中心运往处置点的医疗废弃物数量不超过第t个周期处置点的最大处理能力;
第t个周期由医院运往回收中心的医疗废弃物数量不超过回收中心的最大处理能力;
第t个周期由回收中心运往中转中心的医疗废弃物数量不超过中转中心的最大处理能力;
第t个周期由中转中心运往处理中心的医疗废弃物数量不超过处理中心的最大处理能力;
第t个周期回收中心处的医疗废弃物库存量不超过回收中心的最大库存能力;
第t个周期中转中心处的医疗废弃物库存量不超过中转中心的最大库存能力;
第t个周期处理中心处的医疗废弃物库存量不超过处理中心的最大库存能力;
第t个周期在回收中心备选地建立回收中心的数量不超过回收中心的最大设定数量;
第t个周期在中转中心备选地建立中转中心的数量不超过中转中心的最大设定数量;
第t个周期在处理中心备选地建立处理中心的数量不超过处理中心的最大设定数量。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
(1)本发明的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,首先构建包括医院、回收中心、中转中心、处理中心和处置点在内的城市医疗废弃物逆向物流网络结构,其次,在预测多个周期内医疗废弃物产生量的基础上,考虑医疗废弃物逆向物流网络结构中的各拟建设施的固定成本、运营成本、物流成本、库存成本以及设施在运营和运输过程中对环境影响等因素,以运营成本最小和对环境影响最小为目标,构建多周期多目标动态选址模型,确定医疗废弃物逆向物流网络结构中各目标设施的数量、选址和目标设施间流量分配,该方法合理考量了多重影响因素,更有利于确定各目标设施的最优选址;
(2)本发明的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,以运营成本最小和对环境影响最小为目标建立模型,降低了城市医疗废弃物逆向物流网络结构的运营成本,也减少了对环境的影响;
(3)本发明的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,以库存量对医疗废弃物逆向物流网络结构选址决策进行了敏感性分析,采用一阶单变量微分灰色模型和非线性混合整数规划模型相结合,优化了医疗废弃物逆向物流网络结构在各周期内回收中心、中转中心、处理中心的数量、选址以及目标设施间流量分配和库存量。
附图说明
图1为本发明的医疗废弃物逆向物流网络结构中的多目标设施示意图。
具体实施方式
以下结合附图,通过详细说明一个较佳的具体实施例,对本发明做进一步阐述。
本发明提供了一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,该方法具体包含:
S1、构建包含多目标设施的医疗废弃物逆向物流网络结构。在本实施例中,如图1所示,医疗废弃物逆向物流网络结构中的多目标设施包含:医院、处置点、回收中心、中转中心和处理中心。
S2、采用一阶单变量微分灰色模型(One Order Single Variable Gray Model简称GM(1,1)模型),预测多个周期内的医疗废弃物的产生量。
其中,所述一阶单变量微分灰色模型针对系统主变量自身的演化特征构建,通过构建一阶微分方程和一阶差分方程分析系统主变量的演化趋势。所述一阶单变量微分灰色模型对样本量没有过多的要求,是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的方法。
所述系统主变量的原始数据序列X即x(0)表示为:
x(0)=(x(0)(1),x(0)(2),…x(0)(h)) (1),其中,h为原始数据序列X的组成个数,
所述系统主变量的原始数据序列X一次累加生成序列x(1)为:
x(1)=(x(1)(1),x(1)(2),…x(1)(h)) (2),
所述一阶单变量微分灰色模型(GM(1,1)模型)为:
x(0)(k)+az(1)(k)=b (3),
S3、构建医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址模型。
在本实施例中,构建多目标设施的选址模型时,以运营成本最小和对环境影响最小为目标,构造选址模型即目标函数为MinimizeZ=C+αP (6),其中,α是系数,为医疗废弃物逆向物流网络各周期运营成本,P为医疗废弃物逆向物流网络各周期对环境影响,上述多目标设施的选址模型将多目标规划问题转化为单目标规划问题。
所述医疗废弃物逆向物流网络结构中,周期的集合为T、医院的集合为M、处置点的集合为N、回收中心的集合为I、中转中心的集合为J以及处理中心的集合为K,i∈I,j∈J,k∈K,t∈T,m∈M,n∈N,即t表示第t个周期,m表示第m个医院,n表示第n个处置点,i表示第i个回收中心,j表示第j个中转中心,k表示第k个处理中心。
所述医疗废弃物逆向物流网络各周期运营成本C包含:各周期回收中心、中转中心以及处理中心的建设成本之和C1、各周期回收中心、中转中心以及处理中心关闭成本之和C2、各周期内在医院、回收中心、中转中心和处理中心之间的运输成本之和C3、各周期内回收中心、中转中心和处理中心和处置点的运营成本之和C4和各期回收中心、中转中心以及处理中心库存成本之和
C5,C=C1+C2+C3+C4+C5 (12)。
其中,各周期回收中心、中转中心以及处理中心的建设成本之和C1:
各周期回收中心、中转中心以及处理中心关闭成本之和C2:
各周期内在医院、回收中心、中转中心和处理中心之间的运输成本之和C3:
各周期内回收中心、中转中心和处理中心和处置点的运营成本之和C4:
各期回收中心、中转中心以及处理中心库存成本之和C5:
所述医疗废弃物逆向物流网络各周期对环境影响P包含:在各周期内回收中心、中转中心和处理中心在处理医疗废弃物的过程中对环境产生的影响P1和在各周期医疗废弃物的运输过程中对环境产生的影响P2,P=P1+P2 (15)。
在各周期内回收中心、中转中心和处理中心在处理医疗废弃物的过程中对环境产生的影响P1:
在各周期医疗废弃物的运输过程中对环境产生的影响P2:
另外,所述多目标设施的选址模型中,约束条件设置为:
第t个周期内医院运往回收中心的医疗废弃物数量等于医院产生废弃物的总量,表示为公式(16):
回收中心本周期收到的医疗废弃物与回收中心上周期期末库存之和等于中转中心本周期收到的医疗废弃物与回收中心本周期期末库存之和,表示为公式(17):
中转中心本周期收到的医疗废弃物与中转中心上周期期末库存之和等于处理中心本周期收到的医疗废弃物与中转中心本周期期末库存之和,表示为公式(18):
处理中心本周期收到的医疗废弃物与处理中心上周期期末库存之和等于处置点本周期收到的医疗废弃物与处理中心本周期期末库存之和,表示为公式(19):
第t个周期由处理中心运往处置点的医疗废弃物数量不超过第t个周期处置点的最大处理能力,表示为公式(20):
第t个周期由医院运往回收中心的医疗废弃物数量不超过回收中心的最大处理能力,表示为公式(21):
第t个周期由回收中心运往中转中心的医疗废弃物数量不超过中转中心的最大处理能力,表示为公式(22):
第t个周期由中转中心运往处理中心的医疗废弃物数量不超过处理中心的最大处理能力,表示为公式(23):
第t个周期回收中心处的医疗废弃物库存量不超过回收中心的最大库存能力,表示为公式(24):
第t个周期中转中心处的医疗废弃物库存量不超过中转中心的最大库存能力,表示为公式(25):
第t个周期处理中心处的医疗废弃物库存量不超过处理中心的最大库存能力,表示为公式(26):
第t个周期在回收中心备选地建立回收中心的数量不超过回收中心的最大设定数量,表示为公式(27):
第t个周期在中转中心备选地建立中转中心的数量不超过中转中心的最大设定数量,表示为公式(28):
第t个周期在处理中心备选地建立处理中心的数量不超过处理中心的最大设定数量,表示为公式(29):
参数说明:
(14)on医疗废弃物在可利用物资回收处单位处理成本;dc=0(指收益,在此是负数,但如果流入=0,取任何值即可,在模型中不出现)
(27)βqc医疗废弃物在医院m和回收中心i之间运输单位距离产生的负效用系数;
(28)βcr医疗废弃物在回收中心i和中转中心j之间运输单位距离产生的负效用系数;
(29)βrp医疗废弃物在中转中心j和处理中心k之间运输单位距离产生的负效用系数;
(30)βps医疗废弃物在处理中心k和处置点n之间运输单位距离产生的负效用系数;
(40)Nc建设回收中心i的最大数量;
(41)Nr建设中转中心j的最大数量;
(42)Nk建设处理中心k的最大数量。
决策变量的说明:
上标说明:
(1)医院q;
(2)回收中心c;
(3)中转中心r;
(4)处理中心p;
(5)处置点s。
S4、基于所述步骤S3,设置医疗废弃物逆向物流网络结构中各目标设施的拟选位置。
示例地,如表1所示,为本实施例中设置的医院、处置点、回收中心、中转中心、处理中心的拟选位置坐标(位置经纬度坐标)。
表1设置的医院、处置点、回收中心、中转中心、处理中心的拟选位置坐标
由上表可知,在医疗废弃物逆向物流网络结构中,包含10个回收中心、6个中转中心和4个处理中心,通过优化模型可决策出6个回收中心,4个中转中心和2个处理中心的最优解。以上海市为例,上海市医疗废弃物的处置点为上海市固体废物处置有限公司,上海市各三甲医院的位置坐标和医疗废弃物的处置点的位置坐标通过百度地图查询得知。
S5、基于所述步骤S4构建非线性混合整数规划模型,求解全局最优解,所述最优解即为医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址。在本实施例中,构建了包括1464个变量和317个约束条件的非线性混合整数规划模型,并通过ExtendedLingo/MAC64 17.0(Lingo求解器,Mac64版本)求解了全局最优解。
案例所示的上海市医疗废弃物逆向物流网络在三个周期内,构建和运营的最小成本为35,385,380.00元,逆向物流网络的选址方案如下表所示。
表2选址方案
综上所述,本发明的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,首先构建包括医院、回收中心、中转中心、处理中心和处置点在内的城市医疗废弃物逆向物流网络结构,其次,在预测多个周期内医疗废弃物产生量的基础上,考虑医疗废弃物逆向物流网络结构中的各拟建设施的固定成本、运营成本、物流成本、库存成本以及设施在运营和运输过程中对环境影响等因素,以运营成本最小和对环境影响最小为目标,构建多周期多目标动态选址模型,确定医疗废弃物逆向物流网络结构中各目标设施的数量、选址和目标设施间流量分配和库存量,同时,该方法以库存量对医疗废弃物逆向物流网络结构选址决策进行了敏感性分析,采用一阶单变量微分灰色模型和非线性混合整数规划模型相结合,优化了医疗废弃物逆向物流网络在各周期内回收中心、中转中心、处理中心的数量、选址、目标设施间流量分配和库存量。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,其特征在于,该方法包含:
S1、构建包含多目标设施的医疗废弃物逆向物流网络结构;
S2、采用一阶单变量微分灰色模型,预测多个周期内的医疗废弃物的产生量;
S3、构建医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址模型;
S4、基于所述步骤S3,设置医疗废弃物逆向物流网络结构中各目标设施的拟选位置;
S5、基于所述步骤S4构建非线性混合整数规划模型,求解全局最优解,所述最优解即为医疗废弃物逆向物流网络结构中多目标设施的选址;
其中,所述一阶单变量微分灰色模型针对系统主变量自身的演化特征构建,通过构建一阶微分方程和一阶差分方程分析系统主变量的演化趋势。
2.如权利要求1所述的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,其特征在于,
医疗废弃物逆向物流网络结构中的多目标设施包含:医院、处置点、回收中心、中转中心和处理中心。
4.如权利要求2所述的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,其特征在于,
所述步骤S3中,构建多目标设施的选址模型时,以运营成本最小和对环境影响最小为目标,构造目标函数MinimizeZ=C+αP (6),其中,α是系数,C为医疗废弃物逆向物流网络各周期运营成本,P为医疗废弃物逆向物流网络各周期对环境影响。
5.如权利要求4所述的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,其特征在于,所述医疗废弃物逆向物流网络各周期运营成本C包含:
各周期回收中心、中转中心以及处理中心的建设成本之和C1,
各周期回收中心、中转中心以及处理中心关闭成本之和C2,
各周期内在医院、回收中心、中转中心和处理中心之间的运输成本之和C3,
各周期内回收中心、中转中心和处理中心和处置点的运营成本之和C4,
各期回收中心、中转中心以及处理中心库存成本之和C5,
C=C1+C2+C3+C4+C5 (12)。
6.如权利要求4所述的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,其特征在于,所述医疗废弃物逆向物流网络各周期对环境影响P包含:
在各周期内回收中心、中转中心和处理中心在处理医疗废弃物的过程中对环境产生的影响P1,
在各周期医疗废弃物的运输过程中对环境产生的影响P2,
P=P1+P2 (15)。
7.如权利要求4所述的一种医疗废弃物回收设施选址的决策方法,其特征在于,所述多目标设施的选址模型中,约束条件设置为:
第t个周期内医院运往回收中心的医疗废弃物数量等于医院产生废弃物的总量;
回收中心本周期收到的医疗废弃物与回收中心上周期期末库存之和等于中转中心本周期收到的医疗废弃物与回收中心本周期期末库存之和;
中转中心本周期收到的医疗废弃物与中转中心上周期期末库存之和等于处理中心本周期收到的医疗废弃物与中转中心本周期期末库存之和;
处理中心本周期收到的医疗废弃物与处理中心上周期期末库存之和等于处置点本周期收到的医疗废弃物与处理中心本周期期末库存之和;
第t个周期由处理中心运往处置点的医疗废弃物数量不超过第t个周期处置点的最大处理能力;
第t个周期由医院运往回收中心的医疗废弃物数量不超过回收中心的最大处理能力;
第t个周期由回收中心运往中转中心的医疗废弃物数量不超过中转中心的最大处理能力;
第t个周期由中转中心运往处理中心的医疗废弃物数量不超过处理中心的最大处理能力;
第t个周期回收中心处的医疗废弃物库存量不超过回收中心的最大库存能力;
第t个周期中转中心处的医疗废弃物库存量不超过中转中心的最大库存能力;
第t个周期处理中心处的医疗废弃物库存量不超过处理中心的最大库存能力;
第t个周期在回收中心备选地建立回收中心的数量不超过回收中心的最大设定数量;
第t个周期在中转中心备选地建立中转中心的数量不超过中转中心的最大设定数量;
第t个周期在处理中心备选地建立处理中心的数量不超过处理中心的最大设定数量。
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