基于蟻群算法的突發(fā)性水污染應(yīng)急物資調(diào)配

王彥賀　匡正

摘要：隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，但同時(shí)也在不斷破壞著環(huán)境，突發(fā)性水污染事件頻發(fā)，如2014年蘭州苯污染、2013年山西苯胺污染、2012年龍江鎘污染；《國(guó)家環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃（2011-2015）》提出要完善應(yīng)急決策、指揮調(diào)度系統(tǒng)。本文主要通過(guò)對(duì)突發(fā)性水污染的特性，及應(yīng)急物流的特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了數(shù)學(xué)模型，通過(guò)改進(jìn)的蟻群算法進(jìn)行求解。最后通過(guò)實(shí)例仿真，驗(yàn)證其有效性。

關(guān)鍵詞：突發(fā)性水污染； 應(yīng)急物資調(diào)度； 蟻群算法； 數(shù)學(xué)模型

中圖分類號(hào)：TP393.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2163（2014）04-0075-04

Abstract：While the development of modern industry has brought economic growth， the environment is constantly destroyed， which caused frequent incidents of sudden water pollution， such as benzene pollution in Lanzhou in 2014， 2013， Shanxi aniline contamination， 2012 Long Jiang cadmium pollution； "National Environmental Protection" Twelfth five Year Plan "（2011-2015）" proposed to improve emergency decisions， command and Control System. In this paper， through the characteristics analysis of sudden water pollution， and the characteristics of emergency logistics ， a mathematical model is solved by improved ant colony algorithm. After that， an example simulation in done to verify its validity.

Key words：Sudden Water Pollution； Emergency Supplies Distribution； Ant Colony Algorithm； Mathematical Model

0引言

工業(yè)現(xiàn)代化的高度發(fā)展，使得越來(lái)越多的化學(xué)用品在生產(chǎn)，生活的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，其直接后果之一就是對(duì)人們賴以維系的水環(huán)境造成了現(xiàn)實(shí)威脅。眾所周知的是，突發(fā)性水污染具有重大的危害性。首先，由于水是日常生活的必需品，水體污染將直接威脅人們的生命安全和身體健康；其次，水污染會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)還需要大量的資金用以治理維護(hù)，以至于需要付出巨大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)；最后，當(dāng)人們得知水源受到污染時(shí)，必然會(huì)形成一定的心理壓力，甚至引發(fā)不必要的恐慌，這將不利于社會(huì)的平穩(wěn)發(fā)展?；诖?，一旦污染發(fā)生后的快速應(yīng)急物資調(diào)配對(duì)治理工作的順利、即時(shí)開(kāi)展即顯得至關(guān)重要。本文將對(duì)其進(jìn)行專題探討和論述。

應(yīng)急物資調(diào)配屬于組合優(yōu)化問(wèn)題。由Dorigo[1-3]等人通過(guò)模擬螞蟻覓食過(guò)程而提出的蟻群算法，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在組合優(yōu)化、函數(shù)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)路由、數(shù)據(jù)挖掘等眾多領(lǐng)域的問(wèn)題求解中，而且取得了不錯(cuò)的效果。

1突發(fā)性水污染的應(yīng)急物資調(diào)配模型

在應(yīng)急物資調(diào)配領(lǐng)域，劉春林[4-7]等人較早開(kāi)始研究，并取得了豐富的成果，具體表現(xiàn)在：建立了單資源條件下以最早應(yīng)急開(kāi)始時(shí)間為目標(biāo)的應(yīng)急物資調(diào)配模型和應(yīng)急物資需求約束、多出救點(diǎn)，限制時(shí)間的條件下以應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間最短，出救點(diǎn)數(shù)目最少為目標(biāo)的應(yīng)急物資調(diào)配模型，并對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化、求解和驗(yàn)證。戴更新[8]等人則對(duì)多資源組合的應(yīng)急調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了研究。張婧[9]等人更建立了基于偏好序的多事故應(yīng)急物資調(diào)配博弈模型。其后，楊繼君[10]等人又對(duì)面向非常規(guī)突發(fā)事件的應(yīng)急資源合作博弈調(diào)度進(jìn)行了研究。

1.1模型的描述

突發(fā)性水污染事件具有一定的流域性，這是由于水體的流域性而決定的。污染物在進(jìn)入水體后，首先會(huì)在水體中向四周擴(kuò)散，同時(shí)會(huì)因?yàn)樗鬟\(yùn)動(dòng)而向下游進(jìn)行遷移，就將對(duì)下游居民的生活飲用水、工農(nóng)業(yè)用水造成嚴(yán)重的安全隱患。

水污染由于流域性而進(jìn)行擴(kuò)散，當(dāng)某地發(fā)生污染時(shí)，需要治理救援的地點(diǎn)經(jīng)常是多個(gè)，為了將應(yīng)急物資快速調(diào)配到多個(gè)需求點(diǎn)，就需要多個(gè)出救點(diǎn)的共同參與；水污染也具有持續(xù)性，如果不能從速治理，污染程度將不斷加深，需要的救援物資也將隨之增加，因而這是一種時(shí)變需求。針對(duì)上述分析，本文將對(duì)“帶時(shí)變需求的多出救點(diǎn)，多需求點(diǎn)模型”進(jìn)行系統(tǒng)研究，并給出其完整的研究過(guò)程。

突發(fā)性水污染應(yīng)急物資調(diào)配模型建立在一定的假設(shè)條件下：

（1）多個(gè)出救點(diǎn)的物資總量滿足多個(gè)需求點(diǎn)的物資需求量。

（2）在突發(fā)性水污染的緊迫條件下，不考慮出救點(diǎn)的車輛路徑和運(yùn)力約束。

（3）每個(gè)需求點(diǎn)的物資需求量，將隨時(shí)間線性增長(zhǎng)。

（4）需求點(diǎn)治理水污染時(shí)，物資將不斷消耗，但物資供給不能中斷，否則治理工作將停止。

4結(jié)束語(yǔ)

突發(fā)性水污染具有日益嚴(yán)峻的危害性，應(yīng)急物資的調(diào)配對(duì)突發(fā)性水污染的治理救援工作具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)應(yīng)急物資調(diào)配的需求分析，本文建立了適合突發(fā)性水污染的應(yīng)急物資調(diào)配模型。對(duì)于模型的求解，則采用了應(yīng)用廣泛的蟻群算法，由于蟻群算法的缺點(diǎn)，則使用了自適應(yīng)性揮發(fā)因子的改進(jìn)。而且經(jīng)過(guò)仿真算例，進(jìn)一步驗(yàn)證了模型和算法的有效性。

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