油料保障資源調撥運輸優(yōu)化模式分析和模型實現

文/劉奇韜 何 奇 穆 鑫

一、研究背景

油料調撥運輸優(yōu)化是實施油料保障的重要環(huán)節(jié)，是油料主管部門根據油源、儲備油料品種與數質量情況、部隊消耗、油庫位置能儲油能力，對油料的有序流動作出的計劃安排，它是軍隊油料供應的源頭，是完成各項油料保障任務的重要手段，主要包括煉油廠或國家儲備油庫調往軍隊后方油料、后方油庫之間調運、后方油庫給部隊調運等三種方式。本文主要研究的是油料調撥運輸的第三種方式。

各種復雜的油料調撥運輸問題主要是由若干單個油料需求點與單個油料供應點（簡稱“單對單”）、多個油料需求點與單個油料供應點（簡稱“多對單”）和多個油料需求點與多個油料供應點（簡稱“多對多”）組成，也就是說根據保障關系可將油料調撥運輸問題劃分為一個個“單對單”、“多對單”或“多對多”問題，或者由這三種模式綜合而成。這樣就將復雜的油料調撥運輸優(yōu)化問題分解為相對簡單的三種模式，既便于研究也容易系統(tǒng)實現。

模型研究借助了網絡優(yōu)化、軍事運籌、模糊數學和地理信息等技術方法，在實現戰(zhàn)時油料調撥運輸過程中不同含權方式多目標優(yōu)化問題的基礎上，針對戰(zhàn)時油料調撥過程中“單對單”、“多對單”和“多對多”等模式分別建模并對模型進行應用實現。

二、“單對單”運輸優(yōu)化模式

“單對單”模式，是最簡單的保障模式，只有一個油料保障點、一個油料需求點，是屬于典型的兩個固定點之間尋求最優(yōu)路徑的問題。假設油料保障點是A、油料需求點是B，A到B經過n個節(jié)點的路網，則其目標函數為：

在“單對單”模式下，運用不同含權方式油料輸送路徑優(yōu)化模型，選擇不同優(yōu)化方式，實現油料調撥運輸優(yōu)化。關于兩個固定點之間尋求最優(yōu)路徑的問題和不同含權方式油料輸送路徑優(yōu)化模型，這里不進行詳細的闡述。

這里主要給出實現的思路和流程：首先確定部隊油料需求點，包括所需油料的品種、數量，需求點空間位置的確定根據實際需要通常可以提供兩種方式：一是根據經緯度方式確定，這種方式適合后勤保障命令、指示中提供了經緯度信息；二是在地圖上直接確定，這種方式操作簡便，便于指揮員綜合考慮交通道路、水源情況、隱蔽性、與作戰(zhàn)對象之間距離等因素，靈活確定需求點的空間位置。其次，是否有特殊要求，即是否有不能通行的道路，或者必須通行的道路，一般前者相對普遍。最后運用多目標優(yōu)化模型的有效路徑優(yōu)化算法實現油料調撥運輸優(yōu)化。其流程如圖1所示。

圖1 “單對單”保障流程

三、“多對單”運輸優(yōu)化模式

“多對單”模式，是一種較復雜的油料調撥運輸優(yōu)化模式。在油料需求點確定的情況下，需要對當前保障對象的保障能力、空間分布及道路交通等信息進行分析，根據選定的油料輸送優(yōu)化方式，從眾多保障對象中選出最優(yōu)的保障對象及保障品種、數量，明確其輸送路線。

1.模型建立

假設在某一作戰(zhàn)方向上，有1個油料需求點a，對油料的需求量分別為（k=1，2，…，s），s 為油品數量；選定的m個油料庫站承擔其油料供給任務，分別是（j=1，2，…，m），其儲量分別為（j=1，2，…，m，k=1，2，…，s）。

然后對距離關系矩陣D進行排序，根據就近保障原則，依次找到最小距離的油料庫站進行保障，使得總距離最短。

2.模型實現

“多對單”模式油料調撥運輸優(yōu)化是根據道路交通條件進行的，模型實現有兩種主要方法。

(1)第一種方法是以部隊油料需求點所在地為運算起點。運用路徑優(yōu)化算法，從該點出發(fā)沿著與其相連的道路（公路、鐵路、管線）進行發(fā)散型搜索，對在搜索過程中遇到的保障實體及其保障能力進行判斷，如果保障實體無保障能力或者不屬于保障范圍，則程序繼續(xù)搜索，如果保障實體有能力進行保障則將實體的相關信息（地理位置、連接道路、油料儲備、保障油料數量）記錄下來，如果保障任務的需求量已得到滿足則停止搜索，否則繼續(xù)搜索。其流程如圖2所示。

在監(jiān)督機制建設中要重點強化企業(yè)的成本監(jiān)督和相關管理工作，要以成本作為監(jiān)督的目標，理順企業(yè)生產、管理的經濟關系，從成本控制的角度構建起有針對性、可執(zhí)行的監(jiān)督平臺和監(jiān)督制度，真正將監(jiān)督工作的重點放在對企業(yè)各項成本的控制工作上，提升企業(yè)成本管理、運營管理的效率，打造企業(yè)在生產、管理和經營上的經濟、組織與成本優(yōu)勢。

圖2 “多對單”保障流程

(2)第二種方法是以油料保障點所在地為運算起點。運用路徑優(yōu)化算法，獲取所有參與保障的油料庫站與油料需求點之間的距離關系矩陣，然后按照就近保障原則，優(yōu)先選擇距離最短的油料庫站，計算其油料品種、數量，如果不能滿足保障任務，則繼續(xù)選擇距離次短的油料庫站，直至滿足油料需求為止。

3.應用舉例

在某次搶險救災中，某工程團作為先頭部隊提前到達指定地域。假設第二批部隊到達之前，該工程團需要汽油、柴油分別為2000立方米、400立方米；選定的4個油料庫站承擔其油料供給任務，其儲量分別為（j=1，2，,3，4，k=1，2），如表3.1所示。由路徑優(yōu)化算法求出各個需求點與各個供應點之間最短距離關系矩陣D，單位百公里。運用調撥運輸優(yōu)化模型確定油料調撥運輸優(yōu)化結果。

表3.1 各個油料庫站的儲油品種數量(立方米)

根據距離關系矩陣，優(yōu)先確定油料庫站D，根據其汽油、柴油容量和油料需求量，仍然缺乏400立方米汽油，再次確定油料庫站B，則滿足油料需求。因此油料調撥的結果是：油料庫站D保障汽油、柴油分別是1600立方米、400立方米，油料庫站B保障汽油400立方米。運輸優(yōu)化就是按照相關油料庫站（D、B）與油料需求點之間的最短路徑進行輸送。

四、“多對多”運輸優(yōu)化模式

“多對多”模式，是最復雜的保障模式，也是戰(zhàn)時最經常遇到的保障問題，是該部分研究的重點和難點。要解決多個油料保障點與多個油料保障對象的之間優(yōu)化保障問題，須如下步驟。

1.模型建立

然后對距離關系矩陣D進行總排序，根據就近保障原則，依次找到最小距離的油料庫站進行保障，使得總距離最短。

2.模型實現

“多對多”模式的模型基于GIS實現主要有兩種情況，三種方法。

(1)油料需求任務有優(yōu)先級區(qū)分。在此情況下，依據油料需求點的優(yōu)先級別依次進行調撥運輸優(yōu)化，也就是說將“多對多”優(yōu)化模式轉換成“多對單”優(yōu)化模式，然后按照“多對單”模式的模型進行優(yōu)化。

(2)油料需求任務沒有優(yōu)先級區(qū)分。此種情況下有兩種方法：一是先用A*算法或Dijkstra算法，求出所有需求點與保障點之間的距離關系矩陣，然后比較所有矩陣元素，按照就近保障的原則，也就是從小到大的順序依次確定保障點，直至需求任務完成；二是把油料需求點所在地作為運算起點，從該點出發(fā)沿著與其相連的道路進行搜索，對在搜索過程中遇到的油料庫站進行判斷，如果不屬于保障范圍或無保障能力則繼續(xù)搜索，否則將保障實體的保障油品數量記錄下來，如果保障任務已得到滿足則停止搜索，否則繼續(xù)搜索。其流程如圖3所示。

圖3 “多對多”保障流程

探索完成后匯總，明確各油料需求點由哪些油料庫站進行保障，各單位保障的油料品種及數量以及這些油料庫站在進行保障時途經的最佳路徑。

對于部分油料需求任務有優(yōu)先級區(qū)分，部分沒有的情況，或者優(yōu)先級別出現相同的情況，則對所有油料需求任務進行優(yōu)先級別排序，能夠區(qū)別則按第一種情況處理，如果沒有優(yōu)先級別或者優(yōu)先級別相同，則按照第二種情況處理。

最終，通過決策優(yōu)化，明確各油料保障任務由哪些保障單位進行。

3.應用舉例

在聯合作戰(zhàn)中，假設有四個單位承擔作戰(zhàn)任務，各單位對油料的需求量分別為（i=1，2，3，4，k=1，2），k代表汽油、柴油兩種油品，如表4.1所示；選定的8個油料庫站承擔其油料供給任務，其儲量分別為（j=1，2，…，8，k=1，2），如表4.2所示。由路徑優(yōu)化算法求出各個需求點與各個供應點之間最短距離關系矩陣D，單位百公里。運用調撥運輸優(yōu)化模型確定油料調撥運輸結果。

假設油料需求點沒有優(yōu)先級別，則按照第二種方法求解，其求解步驟如下：

表4.1 各個需求點需要的油品數量(立方米)

表4.2 各個油料庫站的儲油品種數量(立方米)

表4.3 汽油調撥優(yōu)化結果

表4.4 柴油調撥優(yōu)化結果

（1）從各需求點與各保障點之間的距離關系矩陣，找出最小距離為1.1，對應需求點1與油料庫站D，油料庫站D全部保障后，需求點1還差汽油、柴油分別是2800立方米、320立方米。把油料庫站D相關的距離設為∞，即距離關系矩陣變?yōu)椋?/p>

繼續(xù)進行第二步。

（2）最小距離為1.2，對應需求點2與油料庫站A，油料庫站A全部保障后，需求點2還差汽油、柴油分別是6000立方米、300立方米。把油料庫站A相關的距離設為∞，繼續(xù)進行探索。

（3）最小距離為1.3，對應需求點4與油料庫站B，油料庫站B全部保障后，需求點4還差柴油420立方米，但是油料庫站B的汽油還余1000立方米。此時既不能把與需求點4相關的路徑設置為∞，也不能把與油料庫站B相關的路徑設置為∞，只能把它們之間的路徑d42設置為∞。此時距離關系矩陣變?yōu)椋?/p>

省略中間計算過程，直接給出調撥優(yōu)化結果：各油料庫站對應各需求點保障的汽油、柴油分別見表4.3、表4.4。

運輸優(yōu)化則由相關油料庫站按照其保障的油料需求點之間的最短路進行。

五、小結

本文重點解決了不同模式的油料調撥運輸優(yōu)化問題，將多目標優(yōu)化問題歸結到單目標的路徑優(yōu)化問題，并結合例子分析其應用；將復雜油料調撥運輸優(yōu)化問題分解為若干“單對單”、“多對單”和“多對多”問題，然后針對“單對單”、“多對單”和“多對多”三種模式下的油料調撥運輸優(yōu)化，建立模型并基于地理信息分析了模型實現，最后給出應用舉例進行驗證，為油料調撥運輸優(yōu)化系統(tǒng)開發(fā)實現提供了相應模型及實現思路。