專利名稱：多設施公平選址方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公共服務設施選址技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多設施公平選址方法及其 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常某地區(qū)發(fā)生重大突發(fā)事件后，主要由當?shù)卣畣討鳖A案，成立現(xiàn)場指揮 部，統(tǒng)一指揮調(diào)度突發(fā)事件的應急處置工作，包括緊急調(diào)動各方面力量和資源、組成專家組 以提供應對和處置突發(fā)事件的決策服務、適時發(fā)布緊急命令以調(diào)動相關(guān)力量進行增援等。 由于政府各部門間缺乏應急應變方面的協(xié)調(diào)機制，公共部門缺乏預防突發(fā)事件的意識，致 使現(xiàn)有的應急資源配置和應急設施的選址存在不合理之處。目前國內(nèi)外的設施選址方法 的研究主要側(cè)重于平面上的單設施選址問題和離散網(wǎng)絡上的多設施選址研究，僅依靠建立 非線性目標函數(shù)，通過fiord等方法，求取基尼系數(shù)最小或加權(quán)距離方差最小時的結(jié)果， fiord算法具體為從代表兩個頂點的距離的權(quán)矩陣開始，每次插入一個頂點，比較任意兩點 間的已知最短路徑和插入頂點作為中間頂點時可能產(chǎn)生的路徑距離，然后取較小值以得到 新的距離權(quán)矩陣。這些研究側(cè)重于算法設計，不符合實際應用的要求首先現(xiàn)實中往往要面 臨多設施選址問題；其次，應考慮自然、社會條件的限制；最后，計算結(jié)果可能偏離目標值。我國是世界上受自然災害影響最為嚴重的國家之一，特殊的地理環(huán)境決定了我國 的自然災害具有種類多、發(fā)生頻度高、災害集中、損失嚴重等特點。21世紀以來，我國現(xiàn)代化 建設進入新的階段，新情況、新問題層出不窮，由于公共安全基礎(chǔ)薄弱，自然災害以及人為 引起的各種重大事故災難、重大公共衛(wèi)生事件和社會安全事件經(jīng)常發(fā)生。僅2008年，我國 就遭受了雪災、手足口病、地震3起大規(guī)模突發(fā)事件的襲擊，造成直接經(jīng)濟損失11752億元。 這些重大突發(fā)事件既嚴重威脅了人類的生命安全，又大大危害了我國的經(jīng)濟發(fā)展和社會安 定。自1998年國家建立了國家級應急物資儲備制度以來，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，已在10 個城市設立了國家級應急物資儲備庫。我國國家級應急儲備物資代儲單位有天津、遼寧、 黑龍江、安徽、河南、湖北、湖南、廣西、四川、陜西等10省(區(qū)、市)民政廳(局)。國家級應 急物資定點儲備在天津、沈陽、哈爾濱、合肥、鄭州、武漢、長沙、成都、南寧、西安10個城市。 同時，部分省、市、縣也通過各種方式建立了本級應急物資儲備庫。但總體上看，目前各級應 急物資儲備庫普遍存在倉庫面積小、建設標準低、基本裝備嚴重不足的問題，不能很好地滿 足目前的救災工作需要，更無法適應新時期黨和國家對備災、救災工作提出的新要求。為完 善應急物資儲備體系，必須新建、改建和擴建一批符合標準的應急物資儲備庫，《國家綜合 減災“十一五”規(guī)劃》和《國家自然災害救助應急預案》對此都作了明確規(guī)定，并已開始啟動。 據(jù)中新網(wǎng)2009年5月11日報道，全國國家級的應急物資儲備庫將由10個增加到24個。住 房城鄉(xiāng)建設部、發(fā)展改革委批準發(fā)布的《救災物資儲備庫建設標準》(建標121-2009)，已于 2009年10月1日起施行。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是簡化多設施選址問題的求解難度，提供一種適用于 各等級層次上的公共服務多設施公平選址方法及其系統(tǒng)。( 二 )技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種多設施公平選址方法，該方法包括步驟S1.計算各需求點至設施點的最短距離，構(gòu)建距離矩陣；S2.根據(jù)所述距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離；S3.構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣；S4.根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平選址目標函數(shù)；S5.求解所述目標函數(shù)，完成多設施公平選址。其中，步驟S1中的距離為歐氏距離、行車距離、行車時間、或網(wǎng)絡距離。其中，步驟S2進一步包括S2. 1獲取各需求點的人口數(shù)量 ；S2. 2求得每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離 其中，為各需求點至設施點的最短距離，m為需求點的個數(shù)。其中，步驟S3進一步包括S3. 1計算各需求點與設施點兩兩之間的加權(quán)距離aid。.；S3. 2用所述加權(quán)距離aidu減去所述加權(quán)平均距離&，得到每一個需求點至設施點 的離差；S3. 3對每一個所述離差進行平方，即(a式-jJ ；S3. 4根據(jù)步驟S3. 3所得的離差的平方，構(gòu)建設施點與各需求點的加權(quán)距離方差 的矩陣。其中，步驟S4進一步包括步驟S4. 1確定決策變量及Yu，若需求點i被設施點j覆蓋，則取1，否則取零， 若可選擇的設施點j被選擇進行設施建設，則取1，否則取0 ；S4. 2根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，建立所述目標函數(shù) 其中
’n為設施點的個數(shù)，p為選擇的設施
點的個數(shù)。其中，步驟S5中求解所述目標函數(shù)的方法為蟻群算法。
本發(fā)明還提供了一種多設施公平選址系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括距離矩陣構(gòu)建模塊，用于 計算需求點至各設施點的最短距離，構(gòu)建距離矩陣；加權(quán)平均距離計算模塊，用于根據(jù)所述 距離矩陣構(gòu)建模塊構(gòu)建的距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離； 加權(quán)距離方差矩陣計算模塊，用于構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣；目標函 數(shù)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平選址目標函 數(shù)；求解模塊，用于求解所述目標函數(shù)，完成多設施公平選址。(三)有益效果本發(fā)明的方法及其系統(tǒng)簡化了多設施選址公平問題的求解難度，應采用蟻群算法 選取，更貼近實際值，適用于各等級層次上的公共服務設施選址問題的解決。


圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的多設施公平選址方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的多設施公平選址方法，結(jié)合附圖和實施例詳細說明如下。本發(fā)明的多設施公平選址方法是以國家和地區(qū)各級應急物資儲備庫為依托，分析 重大突發(fā)事件下區(qū)域?qū)υO施的需求和各層級應急物資儲備庫的覆蓋范圍，計算各點間的距 離，選定設施點。該選址方法包括需求點、設施點和覆蓋半徑的設定。其中需求點是區(qū)域 中需要應急物資和服務的元素，可以代表人、社區(qū)或村鎮(zhèn)；設施點是各層級應急物資儲備庫 的布局，本發(fā)明中將它們抽象為“點”元素；覆蓋半徑是指設施點j至所有需求點i的權(quán)重平 均距離，其設定受需求點個數(shù)、需求點人口、設施點與需求點之間的實際距離的影響，其中， m為需求點的個數(shù)，n為設施點的個數(shù)。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實施方式的多設施公 平選址方法包括步驟S1.計算或者調(diào)查得到各需求點至設施點的最短距離du，構(gòu)建距離矩陣；S2.根據(jù)所得的距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離；S3.構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣；S4.根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平選址目標函數(shù)；S5.求解目標函數(shù)，完成多設施公平選址。其中，步驟S1進一步包括SI. 1確定服務設施點與服務需求點的距離測定標準，這里的距離是歐氏距離，也 可以是行車距離、行車時間，或者網(wǎng)絡距離等，這些距離在聯(lián)系地區(qū)實際時，較容易調(diào)查得 到；S1. 2計算或者調(diào)查得到各需求點至各設施點的最短距離知；S1. 3構(gòu)建服務設施點與服務需求點的距離矩陣。步驟S2進一步包括S2. 1獲取各需求點每一特定時間點上的人口數(shù)量 ；S2. 2求得每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離 d,=氣-其中，m為需求點的個數(shù)。步驟S3進一步包括S3. 1計算各需求點與設施點兩兩之間的加權(quán)距離aid。.；S3. 2用加權(quán)距離aidu減去加權(quán)平均距離&，得到每一個需求點至設施點的離差；S3. 3對每一個離差進行平方，即-djf ；S3. 4根據(jù)步驟S3. 3所得的離差的平方，構(gòu)建設施點與各需求點的加權(quán)距離方差 的矩陣。步驟S4進一步包括步驟S4. 1確定決策變量及Yu，X。.為0-1變量，若需求點i被設施點j覆蓋，則 取1，否則取零，為也為0-1變臉，若可選擇的設施點j被選擇進行設施建設，則取1， 否則取0 ；S4. 2根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，即加權(quán)距離方差最小的 多設施公平選址問題，等價于確定P個設施點，使之服務于需求點，并使各個需求點至設施 點的加權(quán)距離方差最小，建立目標函數(shù) minz =----其中，n為設施點的個數(shù)，之后附加必要的約束條件，其基本步驟為(1)使得選定的是十點覆蓋需求點，有(2)強化設施點的服務效率，保證每一個需求點最多可有一個設施點提供服務，消 除各設施點間的重復覆蓋問題，即 (3)指定選擇的設施點數(shù)為p，即 (4)限制決策變量 X 及 Y，Xu = 0，1，Yu = 0，1。步驟S5中求解所述目標函數(shù)的方法為蟻群算法，求解包括步驟S5. lnc — 0 (nc指算法的迭代步數(shù)或搜索次數(shù))，各參數(shù)初始化；S5. 2設置每個螞蟻對應各變量的初始組合，對每個螞蟻計算對應變量組合的最小 值，計算變量組合的差異，計算轉(zhuǎn)移概率是否進行組合交換，若交換，則將組合i用j替代， 增加j各變量的信息素；S5. 3計算各螞蟻的目標函數(shù)值，記錄當前最好解；S5. 4按更新方程修改軌跡強度，更新方程為
S5. 5 置— — + l ；S5. 6若nc小于預定迭代次數(shù)且無退化行為，則轉(zhuǎn)至步驟S5. 2 ；S5. 7求出當前最好解。依照本發(fā)明一種實施方式的多設施公平選址系統(tǒng)包括距離矩陣構(gòu)建模塊，用于 計算需求點至各設施點的最短距離，構(gòu)建距離矩陣；加權(quán)平均距離計算模塊，用于根據(jù)所述 距離矩陣構(gòu)建模塊構(gòu)建的距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離； 加權(quán)距離方差矩陣計算模塊，用于構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣；目標函 數(shù)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平選址目標函 數(shù)；求解模塊，用于求解所述目標函數(shù)，完成多設施公平選址。以中國國家級應急物資貯備設施選址問題為例，實施過程考慮《中華人民共和國 國家突發(fā)公共事件總體應急預案》、《國家突發(fā)事件應對法》的相關(guān)要求?！吨腥A人民共和國 國家突發(fā)公共事件總體應急預案》把各類突發(fā)公共事件按照其性質(zhì)、嚴重程度、可控性和影 響范圍等因素，一般分為四級I級(特別重大)、II級(重大)、III級(較大)和IV級(一 般)。本發(fā)明的方法主要適用于應對I級(特別重大)、II級(重大)突發(fā)事件情況下的 設施選址問題，也即當突發(fā)事件發(fā)生后，在中央政府指導下，省級政府(或者省級政府間聯(lián) 合)負責，需要調(diào)用國家級應急物資儲備資源的情形。由于各省級政府所在地的巨大的經(jīng) 濟、文化、技術(shù)以及資源調(diào)度能力，因此，不失一般性，以我國各省級政府所在地代表本發(fā)明 方法模型中的各設施點與需求點?？紤]我國大陸范圍內(nèi)將選擇24省級政府單位建立國家級應急物資儲備庫，以應 對I級(特別重大)、II級(重大)突發(fā)事件下的情況，假設各設施點(應急物資儲備庫) 能夠獨立滿足自己覆蓋半徑內(nèi)的需求點的救助需求，不需其它設施點的協(xié)助。上述條件下， 確定我國國家級應急資源儲備庫選址公平準則為加權(quán)距離方差最小的準則，依照本發(fā)明方 法所建目標函數(shù)完全能夠滿足我國國家級應急資源儲備庫選址問題的要求。我國各省級政 府之間距離用歐氏距離表示，數(shù)據(jù)主要可根據(jù)我要地圖網(wǎng)網(wǎng)站的測距功能測得。如圖1所 示，依照本發(fā)明一種實施方式的多設施公平選址方法主要包括步驟S1.測得我國大陸31個省級政府單位兩兩之間的距離，即需求點至設施點的最短 距離，構(gòu)建距離矩陣；S2.根據(jù)所得距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離，基本 步驟如下S2. 1調(diào)查得到我國大陸每一省級政府單位每一特定時間點上的人口數(shù)量 ；S2. 2求得可選設施點(有可能被選擇建設國家級應急物資儲備庫的省級政府單 位)至各需求點的加權(quán)平均距離 S3.構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣，基本步驟如下S3. 1計算各省級政府單位(即各設施點與需求點)兩兩之間的加權(quán)距離aiClu ；S3. 2用各需求點至設施點之間的加權(quán)距離 屯減去每一個可選設施點至各需求 點的加權(quán)平均距離^，得到每一需求點至設施點的離差；S3. 3對每一個需求點至設施點的
離差進行平方，即(a,《-Jj;S3. 4根據(jù)步驟S3. 3所得的離差平方，構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的 矩陣。S4.分析得到在步驟S1-3工作的基礎(chǔ)上，加權(quán)距離方差最小的多設施選址公平 問題，等價于確定多個設施點，使之服務于需求點，并使各個需求點至設施點的加權(quán)距離方 差最小，從而建立我國國家級應急物資儲備庫公平選址問題的目標函數(shù)；S5.附加上述必要的約束條件，完成我國國家級應急物資儲備庫多設施公平選址 優(yōu)化設計；S6.利用Borland Delphi 7. 0編寫蟻群算法程序，在PC機windows xp環(huán)境下運 行，完成多設施公平選址問題的求解計算。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種多設施公平選址方法，該方法包括步驟S1.計算各需求點至設施點的最短距離，構(gòu)建距離矩陣；S2.根據(jù)所述距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離；S3.構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣；S4.根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平選址目標函數(shù)；S5.求解所述目標函數(shù)，完成多設施公平選址。
2.如權(quán)利要求1所述的多設施公平選址方法，其特征在于，步驟S1中的距離為歐氏距 離、行車距離、行車時間、或網(wǎng)絡距離。
3.如權(quán)利要求1所述的多設施公平選址方法，其特征在于，步驟S2進一步包括 S2. 1獲取各需求點的人口數(shù)量 ；S2.2求得每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離 其中，為各需求點至設施點的最短距離，m為需求點的個數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的多設施公平選址方法，其特征在于，步驟S3進一步包括S3.1計算各需求點與設施點兩兩之間的加權(quán)距離aid"；S3. 2用所述加權(quán)距離aidu減去所述加權(quán)平均距離&，得到每一個需求點至設施點的離差；S3. 3對每一個所述離差進行平方，即-d})2 ；S3.4根據(jù)步驟S3. 3所得的離差的平方，構(gòu)建設施點與各需求點的加權(quán)距離方差的矩陣。
5.如權(quán)利要求4所述的多設施公平選址方法，其特征在于，步驟S4進一步包括步驟54.1確定決策變量及Y…若需求點i被設施點j覆蓋，則取1，否則取零，若可 選擇的設施點j被選擇進行設施建設，則取1，否則取0 ；S4. 2根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，建立所述目標函數(shù) 其中， ，n為設施點的個數(shù)，P為選擇的設施點的個數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的多設施公平選址方法，其特征在于，步驟S5中求解所述目標函 數(shù)的方法為蟻群算法。
7.一種多設施公平選址系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括距離矩陣構(gòu)建模塊，用于計算需求點至各設施點的最短距離，構(gòu)建距離矩陣； 加權(quán)平均距離計算模塊，用于根據(jù)所述距離矩陣構(gòu)建模塊構(gòu)建的距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離；加權(quán)距離方差矩陣計算模塊，用于構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣； 目標函數(shù)構(gòu)建模塊，用于根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平 選址目標函數(shù)；求解模塊，用于求解所述 目標函數(shù)，完成多設施公平選址。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多設施公平選址方法，該方法包括步驟計算各需求點至設施點的最短距離，構(gòu)建距離矩陣；根據(jù)所述距離矩陣，計算每一個可選設施點至各需求點的加權(quán)平均距離；構(gòu)建各設施點與需求點的加權(quán)距離方差的矩陣；根據(jù)選取加權(quán)距離方差最小的設施點的選址原則，構(gòu)建公平選址目標函數(shù)；求解所述目標函數(shù)，完成多設施公平選址。本發(fā)明的方法及其系統(tǒng)簡化了多設施選址公平問題的求解難度，應采用蟻群算法選取，更貼近實際值，適用于各等級層次上的公共服務設施選址問題的解決。
文檔編號G06F19/00GK101853332SQ201010175958
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者侯云先, 陸相林 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學