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基于粒子群優(yōu)化的地震應急物資多目標調度算法

唐紅亮 吳柏林 胡旺 康承旭

唐紅亮, 吳柏林, 胡旺, 康承旭. 基于粒子群優(yōu)化的地震應急物資多目標調度算法[J]. 電子與信息學報, 2020, 42(3): 737-745. doi: 10.11999/JEIT190277
引用本文: 唐紅亮, 吳柏林, 胡旺, 康承旭. 基于粒子群優(yōu)化的地震應急物資多目標調度算法[J]. 電子與信息學報, 2020, 42(3): 737-745. doi: 10.11999/JEIT190277
Hongliang TANG, Bolin WU, Wang HU, Chengxu KANG. Earthquake Emergency Resource Multiobjective Schedule Algorithm Based on Particle Swarm Optimization[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(3): 737-745. doi: 10.11999/JEIT190277
Citation: Hongliang TANG, Bolin WU, Wang HU, Chengxu KANG. Earthquake Emergency Resource Multiobjective Schedule Algorithm Based on Particle Swarm Optimization[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(3): 737-745. doi: 10.11999/JEIT190277

基于粒子群優(yōu)化的地震應急物資多目標調度算法

doi: 10.11999/JEIT190277
基金項目: 國家自然科學基金(61976046),中國地震局地震科技星火計劃(XH201801)
詳細信息
    作者簡介:

    唐紅亮:男,1979年生,高級工程師,碩士生導師,研究方向為地震業(yè)務計算機應用及信息化服務、地震大數(shù)據(jù)分析

    吳柏林:男,1993年生,碩士生,研究方向為進化優(yōu)化計算

    胡旺:男,1974年生,副教授,碩士生導師,研究方向為進化優(yōu)化計算及計算機應用技術

    康承旭:男,1988年生,工程師,研究方向為地震應急及GIS應用、地震大數(shù)據(jù)分析

    通訊作者:

    胡旺 huwang@uestc.edu.cn

  • 中圖分類號: TP399

Earthquake Emergency Resource Multiobjective Schedule Algorithm Based on Particle Swarm Optimization

Funds: The National Science Foundation of China(61976046), The Seism Science & Technology Spark Program of China Earthquake Administration (XH201801)
  • 摘要:

    合理高效地優(yōu)化調度救災物資對提升地震應急救援效果具有重要意義。地震應急需要同時兼顧時效性、公平性和經濟性等相互沖突的多個調度目標。該文對地震應急物資調度問題建立了帶約束的3目標優(yōu)化模型,并設計了基于進化狀態(tài)評估的自適應多目標粒子群優(yōu)化算法(AMOPSO/ESE)來求解Pareto最優(yōu)解集。然后根據(jù)“先粗后精”的決策行為模式提出了由興趣最優(yōu)解集和鄰域最優(yōu)解集構成的Pareto前沿來輔助決策過程。仿真表明該算法能有效地獲得優(yōu)化調度方案,與其他算法相比,所得Pareto解集在收斂性和多樣性上具有性能優(yōu)勢。

  • 圖  1  “多點—多點”的2級應急物資調度網絡示意圖

    圖  2  兩級最優(yōu)解集示意圖

    圖  3  HV指標的箱線圖

    圖  4  3目標地震應急資源優(yōu)化調度的Pareto最優(yōu)方案集

    圖  5  進化狀態(tài)切換的最大停滯代數(shù)敏感性分析

    表  1  進化狀態(tài)評估算

     算法1 進化狀態(tài)評估算法
     輸入:外部檔案集A,到原點的歷史最小距離Hmin,進化狀態(tài)
        ES,計數(shù)器Counter,狀態(tài)切換閾值T。
     輸出:更新后的進化狀態(tài)${\rm ES}' $,計數(shù)器新值${\rm Counter}' $,更新后的
        歷史最小距離$H{\rm min}' $。
     (1) 計算A中每個解i到原點之間的距離,AD[i];
     (2) 將距離矩陣AD中的最小值賦予Amin;
     (3) 若 ES為進化狀態(tài)EXPLOITATION
     (4) 若Hmin ≤ Amin
     (5)  計數(shù)器Counter =Counter + 1;
     (6)  若計數(shù)器 Counter 大于狀態(tài)切換閾T
     (7)  則${\rm ES}' $切換為進化狀態(tài)EXPLORATION;
     (8) 否則,
     (9)  將Amin賦值給$H{\rm min}' $;
     (10)  計數(shù)器Counter 重置為0;
     (11) 否則
     (12) 若Hmin大于Amin
     (13)  計數(shù)器Counter置為 0;
     (14)  新進化狀態(tài)${\rm ES}' $切換為EXPLOITATION;
     (15)  將Amin賦值給$H{\rm min}' $’;
     (16) 輸出${\rm ES}' $, ${\rm Counter}' $, $H{\rm min}' $.
    下載: 導出CSV

    表  2  地震應急物資多目標粒子群優(yōu)化調度算法

     算法2 地震應急物資多目標粒子群優(yōu)化調度算法
     輸入:(1) 物資供需參數(shù):供應點和受災點位置向量LSLd,
        物資儲備矩陣As,物資需求矩陣Ad,受災點的優(yōu)先系
        數(shù)向量μd;
        (2) 算法控制參數(shù):種群粒子數(shù)NP;外部檔案AE容量
        NA;最大迭代次數(shù)G;鄰域最優(yōu)解個數(shù)NN.
     輸出:兩級地震應急物資最優(yōu)調度方案:興趣最優(yōu)解集AI
        鄰域最優(yōu)解集AN.
     (1)   根據(jù)位置向量LsLd,以及災后交通障礙信息計算供
         應點和受災點之間最短運輸時間矩陣At;
     (2)   根據(jù)As和約束條件按3.1小節(jié)初始化種群P;
     (3)   將AE, AIAN設置為空集Φ;
     (4)   根據(jù)式(1),式(2)和式(3)中的多目標函數(shù)和At, As, Ad
         及μd計算種群中每個粒子的適應值;
     (5)   令迭代次數(shù)t = 0;
     (6)   While tG
        (a) 根據(jù)3.2小節(jié)的外部檔案更新策略更新AE;
        (b) 根據(jù)3.3小節(jié)的最優(yōu)解選擇策略更新每個粒子的個
        體最優(yōu)解和種群的全局最優(yōu)解;
        (c) 根據(jù)算法1評估進化狀態(tài),自適應調節(jié)慣性系數(shù)ω,
        自我認知系數(shù)c1和社會認知系數(shù)c2,并根據(jù)粒子運動方
        程更新粒子速度和位置;
        (d) 根據(jù)式(1),式(2)和式(3)中的多目標函數(shù)和At, As,
        Adμd計算P 中每個粒子的適應值;
        (e) t = t + 1;
     (7)   End;
     (8)   根據(jù)鄰域最優(yōu)解個數(shù)NN和外部檔案AE構造兩級最優(yōu)
         解集AIAN;
     (9)   輸出AIAN.
    下載: 導出CSV

    表  7  最好、平均和最差的HV值

    MOPSOMOPSO/vPFNSGAIIIAMOPSO/ESE
    最好0.3972720.4239440.28860.440747
    平均0.3802080.4104180.24590.433046
    最差0.3489030.3860970.19020.422297
    下載: 導出CSV

    表  3  物資供應點的儲存量(t)

    供應點物資種類
    k1k2
    i1450432
    i2818751
    i3432617
    下載: 導出CSV

    表  4  受災點的物資需求量(t)

    受災點物資種類
    k1k2
    j1705880
    j2640820
    j3320760
    j4870485
    j5905555
    下載: 導出CSV

    表  5  受災點的物資需求緊迫系數(shù)

    受災點所在烈度(度)受災點類別需求緊迫系數(shù)
    j16普通6
    j27普通7
    j38普通8
    j49醫(yī)院10
    j510學校12
    下載: 導出CSV

    表  6  供應點到受災點的運輸時間(h)

    供應點受災點
    j1j2j3j4j5
    i16.24.42.40.83.6
    i21.81.70.74.22.8
    i37.61.28.14.36.2
    下載: 導出CSV
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    TANG Weiqin, ZOU Li, and GUO Qiyun. Grey multi-objective programming for materials dispatching from multiple supply points to multiple demand points[J]. Journal of Safety Science and Technology, 2016, 12(11): 148–152. doi: 10.11731/j.issn.1673-193x.2016.11.025
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  • 加載中
圖(5) / 表(7)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-04-22
  • 修回日期:  2019-10-30
  • 網絡出版日期:  2019-11-11
  • 刊出日期:  2020-03-19

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