基于蟻群算法的突發性水污染應急物資調配

王彥賀　匡正

摘要：隨著工業現代化的發展，帶來了經濟的增長，但同時也在不斷破壞著環境，突發性水污染事件頻發，如2014年蘭州苯污染、2013年山西苯胺污染、2012年龍江鎘污染；《國家環境保護“十二五”規劃（2011-2015）》提出要完善應急決策、指揮調度系統。本文主要通過對突發性水污染的特性，及應急物流的特點進行分析，提出了數學模型，通過改進的蟻群算法進行求解。最后通過實例仿真，驗證其有效性。

關鍵詞：突發性水污染； 應急物資調度； 蟻群算法； 數學模型

中圖分類號：TP393.4 文獻標識碼：A文章編號：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

工業現代化的高度發展，使得越來越多的化學用品在生產，生活的各個領域獲得了廣泛應用，其直接后果之一就是對人們賴以維系的水環境造成了現實威脅。眾所周知的是，突發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，水污染會造成一定的經濟損失，同時還需要大量的資金用以治理維護，以至于需要付出巨大的經濟代價；最后，當人們得知水源受到污染時，必然會形成一定的心理壓力，甚至引發不必要的恐慌，這將不利于社會的平穩發展。基于此，一旦污染發生后的快速應急物資調配對治理工作的順利、即時開展即顯得至關重要。本文將對其進行專題探討和論述。

應急物資調配屬于組合優化問題。由Dorigo[1-3]等人通過模擬螞蟻覓食過程而提出的蟻群算法，已經廣泛應用在組合優化、函數優化、網絡路由、數據挖掘等眾多領域的問題求解中，而且取得了不錯的效果。

1突發性水污染的應急物資調配模型

在應急物資調配領域，劉春林[4-7]等人較早開始研究，并取得了豐富的成果，具體表現在：建立了單資源條件下以最早應急開始時間為目標的應急物資調配模型和應急物資需求約束、多出救點，限制時間的條件下以應急響應時間最短，出救點數目最少為目標的應急物資調配模型，并對模型進行了優化、求解和驗證。戴更新[8]等人則對多資源組合的應急調度問題進行了研究。張婧[9]等人更建立了基于偏好序的多事故應急物資調配博弈模型。其后，楊繼君[10]等人又對面向非常規突發事件的應急資源合作博弈調度進行了研究。

1.1模型的描述

突發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。污染物在進入水體后，首先會在水體中向四周擴散，同時會因為水流運動而向下游進行遷移，就將對下游居民的生活飲用水、工農業用水造成嚴重的安全隱患。

水污染由于流域性而進行擴散，當某地發生污染時，需要治理救援的地點經常是多個，為了將應急物資快速調配到多個需求點，就需要多個出救點的共同參與；水污染也具有持續性，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，因而這是一種時變需求。針對上述分析，本文將對“帶時變需求的多出救點，多需求點模型”進行系統研究，并給出其完整的研究過程。

突發性水污染應急物資調配模型建立在一定的假設條件下：

（1）多個出救點的物資總量滿足多個需求點的物資需求量。

（2）在突發性水污染的緊迫條件下，不考慮出救點的車輛路徑和運力約束。

（3）每個需求點的物資需求量，將隨時間線性增長。

（4）需求點治理水污染時，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結束語

突發性水污染具有日益嚴峻的危害性，應急物資的調配對突發性水污染的治理救援工作具有重要的理論及現實意義。通過應急物資調配的需求分析，本文建立了適合突發性水污染的應急物資調配模型。對于模型的求解，則采用了應用廣泛的蟻群算法，由于蟻群算法的缺點，則使用了自適應性揮發因子的改進。而且經過仿真算例，進一步驗證了模型和算法的有效性。

參考文獻：

[1]COLORNI A， DORIGO M， MAFFIOLI F，et al. Heuristies fromnaturefor hard combinational problems[J].International Rransa Ctionsin OP-Ernational Researeh，1996，3（l）：l一21.

[2]DENEUBOURG J L， ARON S， GOSS S， et al. The self-organizing exploratory pattern of the argentine ant[J]. Journal of Insect behavior， 1990， 3（2）： 159-168.

[3]GOSS S， ARON S， DENEUBOURG J L， et al. Self-organized shortcuts in the argentine ant[J]. Naturwissenschaften， 1989， 76（12）： 579-581.

[4]劉春林，盛昭瀚，何建敏.基于連續消耗應急系統的多出救點選擇問題[J].管理工程學報，1999，4（3）：12-17.

[5]劉春林，何建敏，施建軍.一類應急物資調度的優化模型研究中國管理科學，2001，3（9）：29-36.

[6]劉春林，施建軍，李春雨.模糊應急系統組合優化方案選擇問題的研究[J].管理工程學報，2002，2（16）：25-28.

[7]劉春林，何建敏，盛昭瀚.應急系統多出救點選擇問題的模糊規劃方法[J].管理工程學報，1999，4（13）：23-28.

[8]戴更新，達慶利.多資源組合應急調度問題的研究[J].系統工程理論與實踐，2000，20（9）： 52-55.

[9]張婧，中世飛，楊銳.基于偏好序的多事故應急資源調配博弈模型[J].清華大學學報（自然科學版），2007， 47（12）： 2172-2175.

[10]楊繼君，炅啟迪，程艷，等.面向非常規突發事件的應急資源合作博弈調度[J]，系統工程，2008， 26（9） ： 21-25.

[11]WANG Y，XIE J Y. Ant colony optimization for multicast routing[C]//Proceedings of the IEEE Asia-Pacific Conference on Circuits and System，2000：54-57.