连续设施选址:模型、方法与应用

给定度量空间和该空间中的若干顾客,设施选址为在该度量空间中确定新设施的位置使得某种目标达到最优。连续设施选址是设施选址中的一类重要问题,其中的设施可在度量空间的某连续区域上进行选址。本文对连续设施选址的模型、算法和应用方面的工作进行了综述。文章首先讨论了连续设施选址中几个重要元素,包括新设施个数、距离度量函数、目标函数;然后介绍了连续选址中的几种经典模型和拓展模型;接着概述了求解连续选址问题的常用优化方法和技术,包括共轭对偶、全局优化、不确定优化、变分不等式方法、维诺图;最后介绍了连续设施选址的重要应用并给出了研究展望。     

考虑共享不确定因素的应急设施最大覆盖选址模型

为提升应急设施的服务质量和抵御中断风险的能力,研究应急设施最大覆盖选址-分配决策问题。扩展无容量限制的固定费用的可靠性选址决策模型,建立考虑共享不确定因素的应急设施最大覆盖选址优化模型,通过在目标和约束中引入budget不确定集刻画共享不确定因素,基于Bertsimas和Sim鲁棒优化方法建立混合整数规划模型,并将非线性问题转化为易于求解的鲁棒等价模型,利用带混沌搜索策略的改进灰狼优化算法求解模型,并对不确定鲁棒水平和中断概率进行敏感性分析。最后通过案例及数据仿真结果的对比分析,验证了模型的合理性和有效性,并给出最优的选址分配布局。     

化工园区应急设施区间规划选址模型研究

应急设施选址受应急物资需求量的影响。为优化应急设施选址布局,提高突发事件应急处置能力,以化工园区突发事件为研究背景,对化工园区突发事故下应急设施选址进行研究。考虑到化工园区突发事件的随机性和复杂性、突发事件应急物资需求的不确定性等特点,以应急设施选址安全性最大、经济性和服务效益最好为目标,基于传统确定性应急设施选址模型,构建了不确定需求条件下化工园区应急设施选址区间规划数学模型。模型中应急物资需求量是一个区间值,通过引入区间规划理论和模糊理论对模型进行求解,不仅避免了不确定参数随机概率分布的波动率,而且也降低了模型求解过程中的不确定性。最后,以园区各企业潜在事故为工程背景进行实例分析,得到园区应急设施的布局方案。结果表明,模型的求解效果较好,可为园区应急设施选址决策提供参考依据。     

铁路应急设施非概率可靠性选址优化研究

为解决小样本、贫信息下铁路应急资源储备点的可靠性选址问题,创新性地将选址-路径问题与区间非概率可靠性方法结合起来,考虑灾情发生后应急设施点在可接受的时间范围内响应受灾点的需求能力及其稳定程度,采用区间值度量路段阻抗,基于区间非概率可靠性理论及区间运算规则,提出路径的非概率可靠性度量及可靠最短路径选择方法;建立基于区间时间阻抗下可靠最短路径的无容量设施选址模型,提出约束条件限制的Monte Carlo改进算法,确定了铁路资源储备点选址的最优方案。实例表明,本文的优化方案能更好地保证救援的时间可靠性,改进的求解算法具有更小的时间复杂度,有效地缩短了运算时间,改善了解的质量。本文的方法与模型体系对于实现铁路应急设施可靠性选址,为决策者提供决策支持,提高铁路应急响应能力具有重要的指导意义。     

有容量限制的可靠性固定费用选址问题

设施网络可能面临各种失灵风险,而设施选址属于战略决策问题,短期内难以改变,因而在选址设计时需要充分考虑设施的非完全可靠性。本文针对无容量限制的可靠性固定费用选址问题进行扩展,进一步考虑设施的容量约束,基于非线性混合整数规划方法建立了一个有容量限制的可靠性固定费用选址问题优化模型。针对该模型的特点,应用线性化技术进行模型转化,并设计了一种拉格朗日松弛算法予以求解。通过多组算例分析,验证了算法的性能。算例分析结果表明设施失灵风险和设施容量对于选址决策有显著影响,因而在实际的选址决策过程中有必要充分考虑设施的失灵风险及容量约束。     

需求导向的容量设施竞争选址问题研究

客户意愿与容量限制是竞争设施选址问题中两个重要的影响因素,在考虑客户意愿与设施容量共同作用条件下,建立了最小化企业总成本以及每个客户费用为目标的竞争设施选址问题优化模型,通过设计需求导向服务分配机制解决设施与客户之间服务关系分配问题,结合模拟退火思想提出了求解模型的算法。最后利用数值例子分析了需求导向服务分配机制以及目标权重、预算限额等参数对于选址决策的影响,其中考虑需求导向因素会适当增加企业的总成本,但可以减少客户所付出的费用从而增强对客户的吸引力;另外企业的预算限额对于企业的设施选址决策有着重要的影响,企业所能获取的市场份额与其选址预算限额呈正相关的关系;而客户所需付出的总费用与企业提供服务的总成本两者之间则呈负相关的关系,因此需要通过服务质量与成本之间的权衡实现最理想的选址决策。     

线状需求下的长江航道危险品应急中心选址优化

本文分析了长江航道危险品船舶对应急中心救援服务的线状需求特征,基于点状需求的设施选址模型,构建了全覆盖下的最小成本选址模型,实现了线状需求特性与最小成本的最优结合。将点状需求的设施选址研究延伸到线状需求的设施选址研究领域。并且针对模型设计了确定性规划算法和遗传算法。最后以长江航道为具体算例,对比了确定性规划算法和遗传算法对模型进行求解的效率及精度。实例表明,本文建立的基于线状需求的应急中心选址模型是符合实际的,确定性规划算法相对于遗传算法可以在更短时间内求得较稳定的最优解;遗传算法运行时间相对较长,且结果稳定性较差。     

区域废弃物网络系统的选址-运输优化模型

区域废弃物网络系统优化设计包括设施的选址和废弃物运输路线的确定。考虑了多类型设施、多种废弃物流和模糊数形式的废弃物产生量,建立了模糊机会约束规划模型来求得整个系统的优化配置。通过将模型中的机会约束清晰化,将模糊机会约束规划模型转化成等价的确定模型来求解。实例表明了模型的有效性。     

考虑应急设施中断风险与防御的可靠性选址模型研究

为提高应急设施运行的可靠性和抵御中断风险的能力, 研究中断情境下的应急设施选址-分配决策问题。扩展传统无容量限制的固定费用选址模型, 从抵御设施中断的视角和提高服务质量的视角建立选址布局网络的双目标优化模型, 以应急设施的建立成本和抵御设施中断的加固成本最小为目标, 以最大化覆盖服务质量水平为目标, 在加固预算有限及最大最小容量限制约束下, 构建中断情境下应急设施的可靠性选址决策优化模型。针对所构建模型的特性利用非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解该模型, 得到多目标的Pareto前沿解集。以不同的算例分析和验证模型和算法的可行性。在获得Pareto前沿的同时对不同中断概率进行灵敏度分析, 给出Pareto最优解集的分布及应急设施选址布局网络的拓扑结构。     

求解应急医疗设施分层递进式选址问题的改进免疫算法

针对应急医疗设施的特点,提出分层递进式选址方法,对应急医疗设施进行合理选址.首先,通过熵权法对选址所需要考虑的因素进行权重计算,并进行初步选址;其次,考虑设施点的服务容量、重大公共卫生事件下轻重症患者的治疗与转移的实际情况,建立双层级整数规划模型;再次,根据模型的具体特点,设计改进的免疫优化算法对其进行求解;最后,以湖...     

电动汽车充电设施优化网络布局研究

电动汽车在解决环境污染和能源短缺上扮演着越来越重要的角色为了解决充电站选址定容问题,建立基于Voronoi图方法的充电站选址模型和基于排队论方法的充电桩定容模型,以满足规划区域内的所有充电需求;在此基础上,建立社会总成本最小的优化模型,得到人车桩网最优布局最后实例分析验证规划方法的可行性与合理性,结果表明:充电站为7座时,社会总成本最小,达到923.2万元;充电站位置靠近重心,布局合理,各充电站需配置充电桩数量依次为:14、18、10、19、13、13、13台研究结果有利于完善城市交通系统,为电动汽车管理和充电设施建设提供理论依据.     

基于无线通信基站三维定位问题的求解模型

基于无线通信基站的三维定位相比于传统GPS定位有着诸多优势,技术有着广阔的应用前景和巨大的商业价值.针对基于无线通信基站的三维定位问题,首先分析建立TOA定位的初步模型.其次,基于对模型时钟误差、非视距传播误差、测量误差的分析,优化方程组的建立策略,基站排序,方程组系数修正的方式,使误差项的影响降到最小.最终由最小二乘法计算出定位结果.实验表明,定位模型的定位精度在1米左右,并且定位精度随基站数目的增多而增高.     

A mathematical model for identifying an optimal waste management policy under uncertainty

In the municipal solid waste (MSW) management system, there are many uncertainties associated with the coefficients and their impact factors. Uncertainties can be normally presented as both membership functions and probabilistic distributions. This study develops a scenario-based fuzzy-stochastic quadratic programming (SFQP) model for identifying an optimal MSW management policy and for allowing dual uncertainties presented as probability distributions and fuzzy sets being communicated into the optimization process. It can also reflect the dynamics of uncertainties and decision processes under a complete set of scenarios. The developed method is applied to a case study of long-term MSW management and planning. The results indicate that reasonable solutions have been generated. They are useful for identifying desired waste-flow-allocation plans and making compromises among system cost, satisfaction degree, and constraint-violation risk.     

VTS雷达站选址优化研究

雷达站选址及雷达配置方案对于提高整个船舶交通管理系统(简称VTS)的运行性能起到重要作用。针对当前VTS雷达站选址模型因较少考虑水域风险和环境遮挡等相关因素而较难进行实际应用的问题,提出了一种基于水域单元风险评价的VTS雷达站选址方法。该方法充分考虑水域风险和环境遮挡等环境因素,利用ArcGIS软件对水域进行划分、风险评价和视域分析,并建立雷达站选址配置双目标优化模型,设计多目标粒子群算法进行求解。最后,通过对肇庆市的VTS雷达站选址项目进行验证分析,结果表明最终方案能够满足模型约束并实现优化,在考虑水域风险、环境遮挡的情况下提高了VTS雷达站的运行效果,推动VTS雷达站选址模型的实际应用。     

Optimization and analysis aid via data-mining for simulated production systems

The optimization of a production system consists of determining a value for certain parameters which influence system performance. However, the majority of optimization methods deliver a solution without any form of explanation and this is no longer sufficient in a production context. Decision-makers would also like to have an analysis of their systems and especially of the high-performance behavior of those systems. In order to avoid the “black box” effect of many optimization methods, and to produce knowledge on system behavior (characterization of solutions that perform well, determination of critical parameters) and analyze efficient solutions, the author proposes a methodology which is based on the synergy between evolutionist optimization and an induction graph learning method. This approach is illustrated via the study of a simulated job-shop composed of five workstations, one entry station and one exit station; the numbers of machines at each station, the management method and the number of stock places in each station have to be optimized and analyzed.     

公交枢纽内始发线路优化配置模型及其模拟退火算法

城市公交枢纽由于用地规模有限、公交线路集中,其内部始发站的设置不同于一般的公交首末站.本文提出了公交枢纽内始发站的布置方法,建立了公交线路和站台间优化配置模型,并提出运用模拟退火算法对模型进行求解.最后通过实例分析了提出的优化模型及解法的有效性.     

基于运行时间预测的枢纽内多线路协调调度研究

针对传统调度模型预见性不强的弱点,提出一个基于支持向量机(SVM)的公交车辆到达枢纽时间的预测模型,基于该模型构建以所有乘客节约时间最大为目标的调度模型,动态协调公交车辆从枢纽的发车时间,并基于遗传算法对该模型进行求解。最后,我们以大连市沙河口火车站枢纽为实例,对该模型和算法的可行性进行了检验,结果显示,本文提出的调度方法优于传统调度策略。     

基于一体化的多层次公交线网优化研究

探讨一体化公交系统下多模式、多层次公交网络的优化方法,采用双层规划模型对公交线网进行一体化规划,并利用遗传算法和公交线路的规划模型确定最优线路集合.通过对交通网络的分析,确定公交网络的分布方法.最后通过实例以及方案的对比分析,获得了较好的优化结果.     

Cellular Network Design Site Selection and Frequency Planning

Deployment of cellular networks involves substantial capital investment. Competition motivates service providers to minimize these costs while maintaining service quality. We develop a cost-minimizing planning model that simultaneously determines three important variables – base station location, power level and frequency group assignments for the antennas at each selected base station. It can represent different antenna configurations and frequency groups commonly used in practice. The integer-programming problem is solved using a Lagrangian relaxation based heuristic and computational tests indicate good solution quality for reasonably large problems. We also note the appropriate role of such optimization models in the overall planning process.     

兼顾效率和成本的ARMA控制图多目标优化设计

ARMA控制图是一种有效的自相关过程质量监控方法,为了能够同时对ARMA控制图监控方案的效率和成本进行优化,本文分别研究了ARMA控制图的平均运行长度和质量成本的计算方法,并由此建立了ARMA控制图的多目标优化设计模型。采用NSGA-Ш智能优化算法,通过一个具体的算例对该模型的计算方法进行了说明,针对不同程度的过程偏移给出了多目标优化设计的非劣解解集。然后通过灵敏度分析的方法研究了模型中的主要设计参数对监控方案的效率和成本的影响程度。最后,通过与其它几种ARMA控制图优化设计方案的比较分析,说明了本文提出的设计方法的优势。