一种海上溢油应急物资优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种海上溢油应急物资优化调度方法，该方法根据海上油膜持续变化的特点，除了考虑了外部环境对调度决策制定的影响，也考虑了具体的应急措施对海上溢油自身变化的影响。在此基础上，由本发明专利技术制定的溢油应急物资调度方案可应用于海上溢油应急系统中，从而提升该系统的应急服务水平。当发生重大海上溢油事故时，海上应急系统可根据本发明专利技术制定的调度方案向各海上应急基地发出应急船队的组建指令，并为各应急船队制定出高效的应急工作开展航线。当应急船队发生应急物资短缺时，本发明专利技术还能及时制定出补给物资运输方案，从而迅速有效地指派运输船队解决应急船队所遇到的应急物资短缺问题。的应急物资短缺问题。的应急物资短缺问题。

【技术实现步骤摘要】
一种海上溢油应急物资优化调度方法


[0001]本专利技术涉及应急管理
，尤其涉及一种海上溢油应急物资优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着海上油气开发力度和海上运输量的逐年加强与上升，海上溢油事故的影响规模也在不断增加。一旦发生重大溢油事故会造成严重的财产损失与难以计量的海洋生态环境损害。为尽可能消除海面溢油对周围环境的影响与对潜在受污染区域的威胁，相关部门将投入大量的人力、物力于溢油应急工作中，如2010年大连新港附近由于输油管道爆炸导致大量原油入海，造成附近海域大面积污染，事故清污行动期间，累计协调出动人员45,000余人次、专业清污船舶1,015艘次、飞机30架次，共回收溢油12,376吨、含油垃圾7,028吨。在重大溢油事故的应急阶段进行高效的应急物资调度，不仅可以极大地减少其负面影响，而且可以最大程度地实现有限应急物资的应急效力。因此，开发一种支持决策者进行应急物资优化调度的方法具有重要意义。
[0003]然而，重大溢油事故的应急响应步骤繁杂、方法繁多，其中主要的溢油清理方法包括机械法、化学法、生物法等。因为机械法是利用物理方法直接将溢油从海上回收，所以被公认为最环保的溢油清理方法，也最常用的方法。本专利技术将基于机械法为决策者提供一种关于溢油回收的应急物资优化调度方法。
[0004]目前国内外学者已对应急物流进行了广泛研究并取得诸多有益的研究成果。学者们普遍认为在应急响应过程中，物资需求和运输网络的不确定性与动态变化是影响物资调度决策与应急效率的主要因素之一。为解决重大灾害或事故在关键应急时期内所存在的不确定性问题，通常采用的方法有以下三种：周期规划(time period planning horizon)、滚动规划(rolling planning horizon)，以及情景规划(scenario planning)。第一种方法是将应急响应过程划分为若干个固定的时间段，从而将复杂的动态问题转化为相对静态的问题。第二种方法与第一种方法类似，考虑将整个应急响应过程划分成多个规划时间段，并且可以在每个时间段开始时更新应急系统中的参数以适应实际应急响应过程中的灾情演变。有学者认为第二种方法能够有效地解决灾害响应中的不确定性，因为可以根据实际情况在关键时间点修改决策环境。最后一种方法是通过推断灾害或事故发生后可能出现的多种情况及其发生概率来统筹各类应急物资的调度。有学者提出情景规划主要针对长期规划和战略规划，并不适用于实际的应急物资调度决策制定。
[0005]此外，由于在应急响应阶段，受影响区域对应急物资的需求巨大，决策者不可避免地需要解决载运工具能力不足的问题。在这种情况下，决策者需要采取的运输模式是，受影响的区域可以获得多次应急服务，而不是要求只允许一次性应急服务即满足其应急需求。这种运输模式在应急物资研究领域中被称为分批配送(split delivery)。由于陆上有着充足的物资储备条件，所以现有的应急物资调度方法只要求在规定运输时限之前向相应的需求点交付其所需的所有应急物资即可，并不需要考虑具体的物资消耗过程。
[0006]上述提及的应急物资调度方法大多是应用于大规模的陆上灾害或突发事件应急
响应过程中。当决策环境由陆上转变为海上，这些方法将可能面临失效的风险。就应急响应过程中的不确定性问题而言，常用的方法(即周期规划和滚动规划)的应用前提是在不同的时间段内，受影响区域对应急物资的需求和运输网络的状态保持稳定。只有在有限的关键时间点，应急系统中的需求和运输网络状态才会更新。这些应用假设在海上溢油应急过程中显然不合理。油膜在海上漂浮时，由于受到表面张力影响和海上的风流场作用，会不断地扩散和漂移，而需求点对应急服务的需求通常与油膜面积呈正相关关系。这意味着溢油应急响应过程中，需求量和运输网络的状态也将是不断变化的，不存在间断与周期性稳定的情况。
[0007]同时，在载运工具装载能力有限而需求点所需消耗的物资量庞大的情况下，不可避免地需要利用专门运输物资的船舶(即运输船)以分批配送的形式向直接参与应急响应的船舶(即应急船)持续运输应急物资。由于海上不同于陆上有充足的物资储备条件，所有物资只能装载于应急船。在此情况下，只有当应急船耗尽当前船载应急物资时，才需要补充物资，同时也才有足够的储备空间存储补给物资。因此应急物资运输需要与具体的应急响应活动(即物资消耗过程)相协调，才可确保物资运输的有效。故陆上所采用的分批配送方式也难以直接应用于海上溢油应急响应过程中。

技术实现思路

[0008]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术实施例提供一种海上溢油应急物资优化调度方法，能够实现在有限的应急条件下为各需求点及时地运输应急物资，为高效地开展相关应急工作提供基础保障。
[0009]本专利技术实施例提供一种海上溢油应急物资优化调度方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，利用空中侦察技术与地理信息系统对海上油膜动态情况进行实时监测，并由此推算出每一处需求点的溢油量及其当前地理位置，以经纬度标注，以及在应急响应期间的运行轨迹，设置所有需求点的集合为A(a∈A)，候选应急基地的集合为B(b∈B)，周边港口的集合为C(c∈C)；
[0011]步骤2，初始化二进制粒子群算法参数，包括惯性权重ω、学习因子c1和c2、种群规模N，以及最大迭代次数K；
[0012]步骤3，种群中任一粒子所含决策信息包括选择负责组建每条应急船队的应急基地名称、每条应急船队所应配备的船舶数量，以及制定出每条应急船队的行驶路径，将所述粒子对应的决策信息代入溢油应急物资优化调度模型，求得相应的应急效率函数值以及与应急船队相关的应急成本；
[0013]步骤4，基于上述应急船队的相关调度决策，计算出每条应急船队耗尽浮动油囊容量的时间节点t(m
(re)a
)及其地点，其中t(m
(re)a
)表示的是当应急船队re负责服务需求点a时，第m
(re)
a次出现浮动油囊容量耗尽的时间，将这些时间节点按照从前到后的顺序排列，组成补给物资运达时间节点集合
[0014][0015]步骤5，当补给物资运达时间节点为时，从现有的运输船队集合中筛选出运力满足当前运输船队re所需浮动油囊容量的运输船队，组成当前候选运输船队集合RT
*
，如果
则转到步骤6，否则，转到步骤7；
[0016]步骤6，当不存在满足运力要求或运输时间要求的运输船队时，则需要新建运输船队，将所有能在时间之前派遣运输船队到达当前面临物资短缺的应急船队所处地点的应急基地作为组建新的运输船队的候选应急基地，将所述候选应急基地按照空闲船舶数量由多到少的顺序排列，由排序第一的应急基地负责组建新运输船队，并随即更新其空闲船舶数量情况，所述运输船队则负责将空载的浮动油囊在时间之前运达应急船队需要应急物资补给的地点，为应急船队更换新的浮动油囊，同时装载上满载的浮动油囊在此地点待命，如果q＝Q，则转到步骤9；否则，q
←
q+1，然后转到步骤5；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上溢油应急物资优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，利用空中侦察技术与地理信息系统对海上油膜动态情况进行实时监测，并由此推算出每一处需求点的溢油量及其当前地理位置，以经纬度标注，以及在应急响应期间的运行轨迹，设置所有需求点的集合为A(a∈A)，候选应急基地的集合为B(b∈B)，周边港口的集合为C(c∈C)；步骤2，初始化二进制粒子群算法参数，包括惯性权重ω、学习因子c1和c2、种群规模N，以及最大迭代次数K；步骤3，种群中任一粒子所含决策信息包括选择负责组建每条应急船队的应急基地名称、每条应急船队所应配备的船舶数量，以及制定出每条应急船队的行驶路径，将所述粒子对应的决策信息代入溢油应急物资优化调度模型，求得相应的应急效率函数值以及与应急船队相关的应急成本；步骤4，基于上述应急船队的相关调度决策，计算出每条应急船队耗尽浮动油囊容量的时间节点t(m
(re)a
)及其地点，其中t(m
(re)a
)表示的是当应急船队re负责服务需求点a时，第m
(re)a
次出现浮动油囊容量耗尽的时间，将这些时间节点按照从前到后的顺序排列，组成补给物资运达时间节点集合步骤5，当补给物资运达时间节点为时，从现有的运输船队集合中筛选出运力满足当前运输船队re所需浮动油囊容量的运输船队，组成当前候选运输船队集合RT
*
，如果则转到步骤6，否则，转到步骤7；步骤6，当不存在满足运力要求或运输时间要求的运输船队时，则需要新建运输船队，将所有能在时间之前派遣运输船队到达当前面临物资短缺的应急船队所处地点的应急基地作为组建新的运输船队的候选应急基地，将所述候选应急基地按照空闲船舶数量由多到少的顺序排列，由排序第一的应急基地负责组建新运输船队，并随即更新其空闲船舶数量情况，所述运输船队则负责将空载的浮动油囊在时间之前运达应急船队需要应急物资补给的地点，为应急船队更换新的浮动油囊，同时装载上满载的浮动油囊在此地点待命，如果q＝Q，则转到步骤9；否则，q
←
q+1，然后转到步骤5；步骤7，从集合RT
*
中随机挑选出一支运输船队rt，假设所述船队的起始点为点i，目的点为点j，建立如下最短路径判断式：所有的节点都相继代入所述判断式，式中表示运输船队rt由点i行驶到点k进行浮动油囊更换后再行驶到点j的航行距离，表示运输船队rt由点i行驶到点k的距离，表示运输船队rt由点k行驶到应急船队在时的位置，从所有计算结果中筛选出最小值如果的运输时长满足应急船队rt在时间前到达目的点的要求，则将保存与集合DRT中，并更新集合RT
*
，若更新后的集合RT
*
不为空集，则重复步骤7；否则，转到步骤8；
步骤8，若集合DRT为空集，则转到步骤6；否则，从集合DRT中筛选出值最小的元素并将中所蕴含的运输船队调度信息作为整个补给物资调度方案的一部分，并清空集合DRT以待后序调度决策制定，如果q＝Q，则转到步骤9；否则，q
←
q+1，然后转到步骤5；步骤9，当q＝Q时，则允许所有在待命点的运输船队装载着满载的浮动油囊回到初始应急基地处理油水混合物，然后，输出整个补给物资运输过程所产生的成本以及具体的调度方案，这部分产生的成本与步骤3中计算出的成本...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕靖，黄川，郭杉，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：