应急救援物资高维多目标分配方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种应急救援物资高维多目标分配方法和系统，涉及多目标优化技术领域。本发明专利技术考虑到应急救援环境的复杂性，在总结已有工作的基础上，从应急响应工程的系统性、社会性上进行设计，综合考虑了应急响应总时间、灾民恐慌度、救灾物资未满足度、物资分配公平性、灾民损失、应急响应总成本共六个优化目标，构建了一个多储备点、多发放点、多种救灾物资的高维多目标分配模型，在一定程度上还原了复杂的应急救援场景，显著提高了应急救援物资分配方法的有效性和实用性，从而可以为应急决策者提供更加全面、科学的思考。

【技术实现步骤摘要】
应急救援物资高维多目标分配方法和系统
本专利技术涉及多目标优化
，具体涉及一种应急救援物资高维多目标分配方法和系统。
技术介绍
近年来，地震、洪水、泥石流、台风等自然灾害对人类社会造成的损失越来越严重。因此，灾害应急管理作为一门新兴的研究领域正引起各国政府和学者的高度关注，并已在灾情评估、应急资源储备和分配、应急疏散路径选择、应急能力评价和应急方案评估等方面展开了研究。其中，应急资源分配是灾害应急管理的核心环节，是应对灾害突发事件和开展灾害救援的基础，主要研究如何在灾害发生时迅速有效地利用智能决策理论和计算机辅助工具，高效合理地把各供应点的应急救援物资分配给各需求点，最大程度地减少灾害带来的损失。现有的应急救援物资分配方法主要是利用多目标进化算法来解决救援物资分配问题。然而，本申请的专利技术人发现，灾后应急响应是一个非常复杂的系统工程，有许多因素需要考虑，当前的相关研究很难全面描述复杂场景下的应急决策且根据不同应急场景中的实际应急需求选择合适的目标，导致现有的应急救援物资分配方法实用性低。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种应急救援物资高维多目标分配方法和系统，解决了现有的应急救援物资分配方法实用性低的技术问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：本专利技术提供一种应急救援物资高维多目标分配方法，包括以下步骤：S1、获取物资供应点信息和物资需求点信息，基于所述物资供应点信息和物资需求点信息获取输入参数，基于所述输入参数获取物资分配方案；S2、基于物资分配方案构建高维多目标优化函数；所述高维多目标优化函数中包括最小化应急响应总时间、最小化灾民恐慌心理、最小化需求点的物资不满足度、最小化受灾群众的妒忌心理、最小化受灾群众损失和最小化应急救援成本中的至少一个；S3、对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案矩阵；基于所述物资分配方案矩阵和带有移位密度估计的第二代强度帕累托进化算法的执行参数随机生成进化种群和外部种群，初始化所述进化种群和外部种群；所述执行参数包括：最大迭代次数和种群规模大小；S4、对进化种群和外部种群中个体进行修正；S5、根据修正后的外部种群中每个个体的编码和高维多目标优化函数计算每个个体在每个目标函数上的值，根据修正后的进化种群中每个个体的编码和高维多目标优化函数计算每个个体在每个目标函数上的值；S6、基于修正后的进化种群和修正后的外部种群获取合并种群，基于进化种群和外部种群每个个体的目标函数值对合并种群进行适应度分配；S7、对适应度分配后的合并种群进行环境选择，得到新的外部种群；S8、对新的外部种群镜像交叉操作，得到新的进化种群，对新的进化种群变异操作；S9、判断是否已达最大迭代次数，若是，则算法终止迭代，输出新的外部种群中的所有非支配个体作为最终的物资分配方案，否则迭代次数加1，转到步骤S4。优选的，所述获取物资供应点信息和物资需求点信息，基于所述物资供应点信息和物资需求点信息获取输入参数，基于所述输入参数获取物资分配方案，包括：S101、获取物资供应点信息和物资需求点信息；物资供应点信息包括：受灾区域周边有n个救灾物资储备点，A＝{a1,…,an}；物资需求点信息包括：需要响应灾区里m个物资发放点的应急需求，G＝{g1,…,gm}；S102、基于所述物资供应点信息和所述物资需求点信息获取输入参数，所述输入参数包括：有一个相对的受灾程度λj∈[0,1]，j∈{1,…,m}，满足λj越大，表示gj受灾情况越严重；有一定的救灾物资需求量，其中，r表示救灾物资的种类；表示发放点gj对第k种救灾物资的需求量，k∈{1,…,r}；拥有一个救灾物资储备量，i∈{1,…,n}，其中，表示储备点ai在第k种救灾物资上的储备量；有一个救灾物资单位成本，其中，表示储备点ai在第k种救援物资上的单位成本；对有一个救灾物资分配量，其中，表示储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的分配量；对有一个单位广义时间距离，其中，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输时间；对有一个单位运输成本，其中，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输成本；S103、基于所述输入参数获取物资分配方案包括：对于n个储备点i和m个发放点j，总共有n×m个Xij，构成一个救灾物资分配方案Xn×m。优选的，所述基于物资分配方案构建高维多目标优化函数，包括：物资分配方案Xn×m对应的应急响应总时间要尽可能的短，即最小化应急响应总时间，计算公式如下：其中，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输时间，表示储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的分配量；物资分配方案Xn×m对应的灾民心理恐慌度要尽可能的小，即最小化需求点的物资不满足度，计算公式如下：其中，表示发放点gj区域中灾民的心理恐慌度，表示发放点gj获得救援物资的时间，表示各个发放点获得救援物资的平均时间，用δ*来表示τ*对应的灾民的心理恐慌度，α，β∈(0,1)为敏感性递减系数，γ∈[1.5,2.5]为损失厌恶系数，各发放点的救灾物资未满足度要尽可能的小，即最小化需求点的物资不满足度，计算公式如下：其中，表示发放点gj对第k种救灾物资的需求量；当发放点gj的救灾物资未满足量大于某个发放点gj*的未满足量时，gj区域的灾民就会产生嫉妒心理，相反则没有嫉妒反应，根据最小妒忌公平原则，所有发放点的加权嫉妒值越小，灾民的心理效用就会越均等，物资分配的公平性就越高，即最小化受灾群众的妒忌心理，计算公式如下：其中，μjj*＝max{0,Δj-Δj*}表示gj区域的灾民对gj*产生的嫉妒值；最小化各发放点所负责灾区内灾民的损失，即最小化受灾群众损失，计算公式如下：应急响应总成本要尽可能的小，即最小化应急救援成本，计算公式如下：其中，表示储备点ai在第k种救援物资上的单位成本，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输成本；面向多个发放点的应急需求，对多个储备点的多种救灾物资同时进行分配，构建如(7)所示的高维多目标优化问题和约束条件；其中，第一个约束条件表示任意一个储备点在任意一种救灾物资上的供给不存在资源冲突；第二个约束条件表示任意一个发放点在任意一种救灾物资上的需求不存在过度供应；第三个等式约束条件表示每个储备点竭尽全力的贡献资源。优选的，所述对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案矩阵；基于所述物资分配方案矩阵和带有移位密度估计的第二代强度帕累托进化算法的执行参数随机生成进化种群和外部种群，初始化所述进化种群和外部种群，包括：S301、基于二维整数向量编码对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应急救援物资高维多目标分配方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、获取物资供应点信息和物资需求点信息，基于所述物资供应点信息和物资需求点信息获取输入参数，基于所述输入参数获取物资分配方案；/nS2、基于物资分配方案构建高维多目标优化函数；所述高维多目标优化函数中包括最小化应急响应总时间、最小化灾民恐慌心理、最小化需求点的物资不满足度、最小化受灾群众的妒忌心理、最小化受灾群众损失和最小化应急救援成本中的至少一个；/nS3、对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案矩阵；基于所述物资分配方案矩阵和带有移位密度估计的第二代强度帕累托进化算法的执行参数随机生成进化种群和外部种群，初始化所述进化种群和外部种群；所述执行参数包括：最大迭代次数和种群规模大小；/nS4、对进化种群和外部种群中个体进行修正；/nS5、根据修正后的外部种群中每个个体的编码和高维多目标优化函数计算每个个体在每个目标函数上的值，根据修正后的进化种群中每个个体的编码和高维多目标优化函数计算每个个体在每个目标函数上的值；/nS6、基于修正后的进化种群和修正后的外部种群获取合并种群，基于进化种群和外部种群每个个体的目标函数值对合并种群进行适应度分配；/nS7、对适应度分配后的合并种群进行环境选择，得到新的外部种群；/nS8、对新的外部种群镜像交叉操作，得到新的进化种群，对新的进化种群变异操作；/nS9、判断是否已达最大迭代次数，若是，则算法终止迭代，输出新的外部种群中的所有非支配个体作为最终的物资分配方案，否则迭代次数加1，转到步骤S4。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应急救援物资高维多目标分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取物资供应点信息和物资需求点信息，基于所述物资供应点信息和物资需求点信息获取输入参数，基于所述输入参数获取物资分配方案；
S2、基于物资分配方案构建高维多目标优化函数；所述高维多目标优化函数中包括最小化应急响应总时间、最小化灾民恐慌心理、最小化需求点的物资不满足度、最小化受灾群众的妒忌心理、最小化受灾群众损失和最小化应急救援成本中的至少一个；
S3、对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案矩阵；基于所述物资分配方案矩阵和带有移位密度估计的第二代强度帕累托进化算法的执行参数随机生成进化种群和外部种群，初始化所述进化种群和外部种群；所述执行参数包括：最大迭代次数和种群规模大小；
S4、对进化种群和外部种群中个体进行修正；
S5、根据修正后的外部种群中每个个体的编码和高维多目标优化函数计算每个个体在每个目标函数上的值，根据修正后的进化种群中每个个体的编码和高维多目标优化函数计算每个个体在每个目标函数上的值；
S6、基于修正后的进化种群和修正后的外部种群获取合并种群，基于进化种群和外部种群每个个体的目标函数值对合并种群进行适应度分配；
S7、对适应度分配后的合并种群进行环境选择，得到新的外部种群；
S8、对新的外部种群镜像交叉操作，得到新的进化种群，对新的进化种群变异操作；
S9、判断是否已达最大迭代次数，若是，则算法终止迭代，输出新的外部种群中的所有非支配个体作为最终的物资分配方案，否则迭代次数加1，转到步骤S4。


2.如权利要求1所述的应急救援物资高维多目标分配方法，其特征在于，所述获取物资供应点信息和物资需求点信息，基于所述物资供应点信息和物资需求点信息获取输入参数，基于所述输入参数获取物资分配方案，包括：
S101、获取物资供应点信息和物资需求点信息；
物资供应点信息包括：受灾区域周边有n个救灾物资储备点，A＝{a1,…,an}；
物资需求点信息包括：需要响应灾区里m个物资发放点的应急需求，G＝{g1,…,gm}；
S102、基于所述物资供应点信息和所述物资需求点信息获取输入参数，所述输入参数包括：

有一个相对的受灾程度λj∈[0,1]，j∈{1,…,m}，满足λj越大，表示gj受灾情况越严重；

有一定的救灾物资需求量，其中，r表示救灾物资的种类；表示发放点gj对第k种救灾物资的需求量，k∈{1,…,r}；

拥有一个救灾物资储备量，i∈{1,…,n}，其中，表示储备点ai在第k种救灾物资上的储备量；

有一个救灾物资单位成本，其中，表示储备点ai在第k种救援物资上的单位成本；

对有一个救灾物资分配量，其中，表示储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的分配量；

对有一个单位广义时间距离，其中，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输时间；

对有一个单位运输成本，其中，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输成本；
S103、基于所述输入参数获取物资分配方案包括：
对于n个储备点i和m个发放点j，总共有n×m个Xij，构成一个救灾物资分配方案Xn×m。


3.如权利要求2所述的应急救援物资高维多目标分配方法，其特征在于，所述基于物资分配方案构建高维多目标优化函数，包括：
物资分配方案Xn×m对应的应急响应总时间要尽可能的短，即最小化应急响应总时间，计算公式如下：



其中，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输时间，表示储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的分配量；
物资分配方案Xn×m对应的灾民心理恐慌度要尽可能的小，即最小化需求点的物资不满足度，计算公式如下：



其中，表示发放点gj区域中灾民的心理恐慌度，表示发放点gj获得救援物资的时间，表示各个发放点获得救援物资的平均时间，用δ*来表示τ*对应的灾民的心理恐慌度，α，β∈(0,1)为敏感性递减系数，γ∈[1.5,2.5]为损失厌恶系数，
各发放点的救灾物资未满足度要尽可能的小，即最小化需求点的物资不满足度，计算公式如下：



其中，表示发放点gj对第k种救灾物资的需求量；
当发放点gj的救灾物资未满足量大于某个发放点gj*的未满足量时，gj区域的灾民就会产生嫉妒心理，相反则没有嫉妒反应，根据最小妒忌公平原则，所有发放点的加权嫉妒值越小，灾民的心理效用就会越均等，物资分配的公平性就越高，即最小化受灾群众的妒忌心理，计算公式如下：



其中，μjj*＝max{0,Δj-Δj*}表示gj区域的灾民对gj*产生的嫉妒值；
最小化各发放点所负责灾区内灾民的损失，即最小化受灾群众损失，计算公式如下：



应急响应总成本要尽可能的小，即最小化应急救援成本，计算公式如下：



其中，表示储备点ai在第k种救援物资上的单位成本，表示从储备点ai到发放点gj在第k种救灾物资上的单位运输成本；
面向多个发放点的应急需求，对多个储备点的多种救灾物资同时进行分配，构建如(7)所示的高维多目标优化问题和约束条件；



其中，第一个约束条件表示任意一个储备点在任意一种救灾物资上的供给不存在资源冲突；第二个约束条件表示任意一个发放点在任意一种救灾物资上的需求不存在过度供应；第三个等式约束条件表示每个储备点竭尽全力的贡献资源。


4.如权利要求2所述的应急救援物资高维多目标分配方法，其特征在于，所述对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案矩阵；基于所述物资分配方案矩阵和带有移位密度估计的第二代强度帕累托进化算法的执行参数随机生成进化种群和外部种群，初始化所述进化种群和外部种群，包括：
S301、基于二维整数向量编码对物资分配方案进行编码，得到物资分配方案矩阵，物资分配方案矩阵包括：



其中：每一行表示一个储备点，共有n行；每一列表示一个发放点共有m列；其中的任意一个元素Xij即是储备点ai向发放点gj提供的救灾物资分配...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国富，严华健，苏兆品，岳峰，何进东，涂冰花，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34