基于GIS的野戰(zhàn)油庫空間多準(zhǔn)則選址模型

文/閆 華 李 耀 林世崗

基于GIS的野戰(zhàn)油庫空間多準(zhǔn)則選址模型

文/閆 華 李 耀 林世崗

摘 要：本文根據(jù)野戰(zhàn)油庫的選址要求和特點，建立了野戰(zhàn)油庫選址評價準(zhǔn)則體系；采用成對比較法計算得到各準(zhǔn)則權(quán)重，建立了野戰(zhàn)油庫選址的綜合評價函數(shù)，以ArcGIS作為仿真工具，利用基于GIS的野戰(zhàn)油庫空間多準(zhǔn)則選址模型，對某區(qū)域內(nèi)的選址適宜性進行了分析，結(jié)果驗證了模型的有效性。

關(guān)鍵詞：野戰(zhàn)油庫；選址；地理信息系統(tǒng)；空間多準(zhǔn)則

1.引言

野戰(zhàn)油庫是野戰(zhàn)條件下在戰(zhàn)役或戰(zhàn)術(shù)后方地域內(nèi)臨時開設(shè)的可移動的油料倉庫，它依托后方油庫、野戰(zhàn)輸油管線，負(fù)責(zé)向作戰(zhàn)部隊供應(yīng)油料，是溝通戰(zhàn)役油料保障系統(tǒng)與戰(zhàn)術(shù)油料保障系統(tǒng)的橋梁。開設(shè)野戰(zhàn)油庫是戰(zhàn)役油料主管部門和擔(dān)負(fù)有開設(shè)野戰(zhàn)油庫任務(wù)的后方油庫的一項重要工作[1]。野戰(zhàn)油庫具有開設(shè)急促、收發(fā)頻繁、防護困難及隨時轉(zhuǎn)移等特點，其選址與作戰(zhàn)緊密結(jié)合，不僅涉及軍事效益，還需要考慮多方面的綜合影響[2]。野戰(zhàn)油庫選址的評價指標(biāo)中既有軍事因素又涉及地理和社會經(jīng)濟因素，是一類復(fù)雜的多準(zhǔn)則決策問題。目前對野戰(zhàn)油庫選址問題的研究采用的主要方法有多目標(biāo)模糊決策方法[1]、層次分析法與模糊綜合評價[3，4]、決策樹方法[5]、重心法[6]和集對分析方法[7]等。上述各種方法的優(yōu)點是能夠綜合考慮各種因素，根據(jù)指標(biāo)對備選方案進行排序，缺點是對不同備選方案的指標(biāo)取值涉及較多的人為主觀因素，難以真實反映指標(biāo)取值。

野戰(zhàn)油庫選址的各項指標(biāo)中，大部分均與地理信息密切相關(guān)。比如：與主要保障單位、后方油庫及主要襲擊目標(biāo)之間的距離指標(biāo)，可以由研究區(qū)域的主要軍事目標(biāo)和力量配置圖表示；交通條件指標(biāo)，可以由研究區(qū)域內(nèi)的鐵路、公路圖表示；地形隱蔽指標(biāo)可以由研究區(qū)域的土地利用狀況圖表示，如森林、丘陵、山地等隱蔽性要優(yōu)于平原地帶。因此，基于地理信息系統(tǒng)對野戰(zhàn)油庫站選址進行研究，具有過程簡單、結(jié)果直觀的優(yōu)點，能夠充分利用擬開設(shè)油庫地域的地理信息（如交通數(shù)、高程、坡度和土地利用狀況數(shù)據(jù)等），使得分析結(jié)果更加準(zhǔn)確全面。

2. 基于GIS的多準(zhǔn)則決策分析

多準(zhǔn)則決策分析（multi-criteria decision analysis，M CDA），也叫做多準(zhǔn)則決策制訂（multi-criteria decision m aking，M CDM），是在一些不相關(guān)、不一致的規(guī)則的基礎(chǔ)上，評估一系列可供選擇的方案和策略，從中找出最優(yōu)決策的分析方法[8，9]。一個多準(zhǔn)則決策問題可用如下關(guān)系式來表示，式中f(x)是多準(zhǔn)則決策問題的目標(biāo)函數(shù)，c為準(zhǔn)則，d為準(zhǔn)則權(quán)重。

地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）的基本功能是對與地理、空間位置有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息的顯示、操作和分析，而G IS的空間分析功能則可以基于這些數(shù)據(jù)和信息，為資源配置、環(huán)境評價、優(yōu)化選址、土地利用和城市模擬等應(yīng)用領(lǐng)域提供分析結(jié)果，制訂決策和計劃[10，11]?；贕IS的空間多準(zhǔn)則決策分析問題所涉及的問題、方案、決策、規(guī)則、變量和影響因子等都具有空間特性，其基本原理是基于GIS數(shù)據(jù)庫，按照每條準(zhǔn)則的特性來生成準(zhǔn)則圖。然后利用GIS數(shù)據(jù)圖層的疊加操作，將每個準(zhǔn)則圖層與對應(yīng)的權(quán)重相乘，對加權(quán)后的準(zhǔn)則圖層進行疊加操作，得到一個結(jié)果圖層，這個圖層就是分析得到的綜合評價結(jié)果。基于GIS的空間多準(zhǔn)則決策分析原理如圖1所示。

3.野戰(zhàn)油庫的空間多準(zhǔn)則選址模型

3.1 野戰(zhàn)油庫選址評價準(zhǔn)則

圖1 基于GIS的空間多準(zhǔn)則決策分析原理

圖2 野戰(zhàn)油庫選址評價準(zhǔn)則體系

野戰(zhàn)油庫選址必須適應(yīng)后方配置，便于組織油料供應(yīng)和保障油庫安全。綜合文準(zhǔn)則1獻(xiàn)[1，3，5，7]中對影響野戰(zhàn)油庫選址因素的分析，將野戰(zhàn)油庫站主要評價準(zhǔn)則歸納如下：

（1）位置恰當(dāng) 庫址應(yīng)選擇在主要作戰(zhàn)方向便于機動的位置上，既便于保障主要作戰(zhàn)方向，也能兼顧次要方向；既便于對下供應(yīng)，又便于上級補給。油庫還應(yīng)避開大居民點等明顯目標(biāo)。

（2）交通方便 油庫應(yīng)靠近主要公路或水陸交叉點，有條件時應(yīng)爭取靠近鐵路。

（3）地形因素 油庫應(yīng)盡量選擇在具有良好的隱蔽、防護和天然偽裝條件的山地、丘陵地、森林地，以便充分利用自然防護能力，還應(yīng)有方便的水源。

（4）地幅適當(dāng) 庫區(qū)地幅大小要與油庫的容量、儲存方式和供應(yīng)任務(wù)相適應(yīng)。根據(jù)分散配置的要求，油庫地幅應(yīng)使油料和油料裝備有足夠的設(shè)置空間，車輛有足夠的行駛空間，并便于組織警防和管理。

通過分析各影響因素，建立了野戰(zhàn)油庫選址評價準(zhǔn)則體系，如圖2所示。

3.2 準(zhǔn)則權(quán)重計算

空間多準(zhǔn)則問題需要使用多條準(zhǔn)則來幫助制訂決策，但不同的準(zhǔn)則對結(jié)果的貢獻(xiàn)比例也不同。在多準(zhǔn)則決策中，使用權(quán)重來衡量準(zhǔn)則的相對重要性，權(quán)重的大小決定了該條準(zhǔn)則對結(jié)果的影響比重，對準(zhǔn)則的重要性分配權(quán)重可以改變每個評估準(zhǔn)則的決策變量的順序。

權(quán)重通常要進行歸一化處理，對于一個包含n個準(zhǔn)則的準(zhǔn)則集，對應(yīng)的權(quán)重集這個關(guān)系。常用的確定空間多準(zhǔn)則決策問題權(quán)重的方法有人為判斷法、排序法、排序指數(shù)法和成對比較法。成對比較法源于Saaty的層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）[12]，其最大優(yōu)點在于每次比較時只考慮當(dāng)前的兩條準(zhǔn)則，比較容易確定準(zhǔn)則之間重要性的相對關(guān)系，是多準(zhǔn)則決策問題中確定準(zhǔn)則權(quán)重最常用的方法之一。

本文采用成對比較法，計算得到野戰(zhàn)油庫選址評價體系中各準(zhǔn)則的權(quán)重如表1所示。

3.3 綜合評價函數(shù)

多準(zhǔn)則決策的核心問題是怎樣整合多條準(zhǔn)則，使之成為一個單指標(biāo)，通過這個指標(biāo)對所有可行方案排序，就是要建立一個綜合評價函數(shù)，即決策規(guī)則。現(xiàn)有多種建立評估函數(shù)的方法，其中線性加權(quán)法是基于GIS的空間多準(zhǔn)則決策分析中應(yīng)用最多的方法之一。

線性加權(quán)法基于GIS數(shù)據(jù)圖層的疊加操作，將每個準(zhǔn)則圖層與對應(yīng)的權(quán)重相乘（加權(quán)過程），然后對加權(quán)后的準(zhǔn)則圖層進行疊加操作，得到評價結(jié)果圖層。利用線性加權(quán)法建立的野戰(zhàn)油庫選址綜合評價函數(shù)為

表1 準(zhǔn)則權(quán)重計算

圖3 研究區(qū)域的土地利用和部隊分布

圖4 研究區(qū)域內(nèi)野戰(zhàn)油庫選址的適宜性分析

圖5 野戰(zhàn)油庫選址方案評價結(jié)果

式中Yi是第i個油庫選址方案的最終得分，Xij是第i個油庫站在第j個準(zhǔn)則下的得分，Wj是第j個準(zhǔn)則的權(quán)重值。對Yi進行排序，Y值大的位置就是開設(shè)野戰(zhàn)油庫的最佳地點。

4.仿真算例

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：某地區(qū)待供部隊分布圖，后方油庫分布圖，主要公路和鐵路圖，土地利用圖，高程圖等。其中土地利用圖和高程圖為柵格數(shù)據(jù)，待供部隊分布、后方油庫分布以及主要公路和鐵路圖為矢量數(shù)據(jù)。

選取ArcGIS10.0作為仿真工具，通過ArcCatalog添加所有的柵格和矢量數(shù)據(jù)文件到ArcM ap中，研究區(qū)域內(nèi)的土地利用和部隊分布如圖3所示。

利用ArcGIS10.0中的緩沖區(qū)分析、疊置分析、空間分析模塊等分析工具，根據(jù)評價準(zhǔn)則依次進行分析，最后通過對各準(zhǔn)則分析圖層進行加權(quán)疊加，得到對研究區(qū)域內(nèi)野戰(zhàn)油庫選址的適應(yīng)性分析圖，如圖4所示，圖中顏色越深的地方表明開設(shè)野戰(zhàn)油庫的適應(yīng)性越高。綜合顯示土地利用數(shù)據(jù)等圖層，得到最終分析結(jié)果如圖5所示，圖中黑色顯示部分為最適宜開設(shè)野戰(zhàn)油庫的地點。

5.結(jié)論

基于GIS的空間多準(zhǔn)則野戰(zhàn)油庫選址模型用于輔助制定野戰(zhàn)油庫開設(shè)方案。根據(jù)野戰(zhàn)油庫的開設(shè)要求和特點，建立了野戰(zhàn)油庫選址評價準(zhǔn)則體系，計算得到各準(zhǔn)則權(quán)重，并建立了野戰(zhàn)油庫選址的綜合評價函數(shù)?；诒疚慕⒌囊皯?zhàn)油庫選址模型，以ArcGIS作為仿真工具，對某區(qū)域內(nèi)的選址適宜性進行了分析，結(jié)果表明基于GIS的空間多準(zhǔn)則選址過程簡潔直觀，能夠充分利用與選址相關(guān)的地理信息，使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確全面。

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〔基金項目：解放軍后勤工程學(xué)院青年基金資助項目〕

作者單位：（解放軍后勤工程學(xué)院）