华大文库--郭武斌著:《应急物流配送车辆路网路径实时生成方法研究》
发布时间:2018-01-25 浏览次数:

著作简介:应急物流配送车辆路网路径实时生成方法研究


一、篇章结构:


.................................................................................................................................... 3

第一章 绪论............................................................................................................................ 15

第一节 背景及意义................................................................................................. 15

第二节 突发事件应急物流管理体系概述..................................................................... 20

非常规突发事件的概念及其特征...................................................................... 20

应急管理与应急物流.......................................................................................... 22

应急物流运行阶段的划分.................................................................................. 26

应急物流系统的构成要素.................................................................................. 30

应急物流的运作流程与管理.............................................................................. 31

应急物流的保机制.......................................................................................... 32

第三节 应急物流配送车辆路网路径实时生成方法研究的必要性............................. 34

第四节 研究框架及其主要内容..................................................................................... 34

第一篇 应急物流配送车辆导航地图多尺度空间数据模型研究...................................... 37

第二章 应急物流配送车辆导航地图多尺度空间数据模型研究综述.............................. 38

第一节 问题的提出与研究意义..................................................................................... 38

问题的提出.......................................................................................................... 38

研究意义.............................................................................................................. 41

第二节 车辆导航系统空间数据多尺度模型国内外研究进展................................... 41

第三节 应急物流配送车辆导航地图多尺度空间数据模型研究内容与思路............. 44

研究内容............................................................................................................ 44

技术路线和研究思路........................................................................................ 45

第三章 基于节点重要性的连通性指标研究...................................................................... 48

第一节 网络节点重要性指标国内外研究进展........................................................... 48

第二节 基于节点删除的连通性度量指标—相对连通系数....................................... 51

第三节 相对连通系数的近似定义............................................................................... 53

相对连通系数的近似定义.................................................................................. 53

相对连通系数近似定义的递归计算方法.......................................................... 56

第四节 基于主成分析的多点相对连通系数........................................................... 58

第五节 算例与讨论....................................................................................................... 60

第六节 本章小结........................................................................................................... 75

第四章 应急物流配送车辆导航系统空间数据多尺度模型研究........................................ 77

第一节 应急物流配送车辆导航系统多尺度空间数据模型需求分析....................... 77

第二节 基于广义尺度的应急物流配送车辆导航系统多尺度空间数据模型............. 78

先分解-再综合的地图多尺度变换方法.......................................................... 78

广义尺度的引入.................................................................................................. 80

基于广义尺度的应急物流配送车辆导航系统多尺度空间数据模型的定义.. 83

基于主成分分析的应急物流配送车辆导航系统多尺度空间数据模型.......... 85

基于层次分析法的多尺度空间数据模型.......................................................... 88

第三节 网络抽样化简方法的拓展讨论......................................................................... 91

网络抽样化简方基本原理.............................................................................. 91

网络抽样化简方法在文本分类方面的拓展应用.............................................. 93

基于潜在语义索引的SVM文本分类模型....................................................... 94

第四节 本章小结............................................................................................................. 99

第五章 应急物流配送车辆导航地图分解算法的研究...................................................... 101

第一节 网络分解算法研究进展................................................................................. 101

第二节 基于向量降维的应急物流配送车辆导航地图多尺度分解......................... 103

第三节 基于主成分分析的应急物流配送车辆导航系统地图分解算法................. 105

第四节 多点相对连通系数的计算............................................................................. 110

第五节 对生成子图的连通性检测和补正................................................................. 112

第六节 本章小结......................................................................................................... 116

第六章 应急物流车辆监控导航实验平台开发.................................................................. 117

第一节 应急物流车辆监控导航实验平台总体设计................................................... 117

第二节 嵌入式试验开发板的选择和调试................................................................... 122

第三节 嵌入式操作系统的选择和交叉编译............................................................... 124

第四节 嵌入式GIS平台的选择和安装....................................................................... 130

第五节 电子地图的格式转换和装载........................................................................... 135

第六节 物流车载终端程序的开发............................................................................... 136

第七节 服务器-车载终端分布式物流车辆监控导航实验及性能对比...................... 141

第八节 本章小结........................................................................................................... 144

第二篇 应急物流配送的情景演变路网表达方法研究...................................................... 146

第七章 应急物流配送的情景演变路网表达方法研究综述.............................................. 147

第一节 问题的提出与研究意义................................................................................... 147

问题的提出........................................................................................................ 147

研究意义............................................................................................................ 149

第二节 情景分析方法国内外研究进展..................................................................... 149

第三节 应急物流配送的情景演变路网表达方法研究内容与思路........................... 154

研究内容.......................................................................................................... 154

技术路线和研究思路...................................................................................... 155

第八章 应急物流配送的情景演变路网表达方法研究.................................................... 158

第一节 应急物流配送的情景演变特征....................................................................... 158

第二节 应急物流配送情景的表达....................................................................... 159

第三节 应急物流配送的情景演变路网表达方法....................................................... 163

第四节 本章小结........................................................................................................... 166

第九章 不确定条件下的应急物流配送路径规划情景演化模型.................................... 167

第一节 不确定规划研究进展....................................................................................... 167

第二节 基于情景分析的应急路网环境的路径选择建模........................................... 173

第三节 应急物流配送径综满意度表达方....................................................... 175

第四节 应急物流配送路径不确定规划模型及求解算法........................................... 178

第五节 应用实例——福建省暴雨灾害应急物流配送情景演变分析....................... 179

第六节 本章小结........................................................................................................... 185

第十章 基于灾害扩散仿真的南方雪灾应急物流配送模型——以湖南衡阳为例.......... 186

第一节 2008年南方冰雪灾害及其对湖南应急救灾物流的影响.............................. 186

第二节 南方冰雪灾害扩散道路影响仿真模型........................................................... 187

第三节 基于灾害扩散仿真的南方雪灾物资补给路线选择模型............................... 191

第四节 湖南衡阳救灾物资快速补给路径规划分析................................................... 192

天气突变前的灾害扩散仿真和模型求解........................................................ 194

天气突变后的灾害扩散仿真和模型求解........................................................ 199

第五节 结果评价........................................................................................................... 203

第六节 本章小结........................................................................................................... 204

第十一章 总结与展望.......................................................................................................... 206

第一节 本书总结........................................................................................................... 206

第二节 商业前景........................................................................................................... 210

第三节 研究展望........................................................................................................... 210

.......................................................................................................................... 212

附录A 利用递归方法近似估算网络节点相对连通系数的程序源代码........................ 229

附录B 调用Matlab对矩阵做奇异值分解的程序源代码............................................... 238

附录C 对生成的子网进行连通性检测、补正的源代码................................................ 242

附录D 利用蒙特卡洛算法求路径的综合满意度的程序源代码.................................... 249

二、基本内容:

近些年来,我国各种自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等领域的非常规突发事件频频发生,危害程度越来越大。在应对这类非常规突发事件的过程中,及时快捷的应急物流配送是提高防灾减灾和灾害救助的关键环节,也是衡量政府应急管理能力的重要指标。

在应对这类非常规突发事件的应急物流配送中,由于灾害爆发和发展的不可预测性,外部运输配送路网的路况变化呈现出高度的动态性和不确定性,传统的物流配送调度方法难以奏效,必须研究新环境下应急物流配送的新工具来支持决策。

针对以上问题,本书提出应急物流配送车辆路网路径实时生成方法,分别从配送车辆的微观角度研究配送车辆导航地图的动态更新,从应急决策者的全局角度研究配送路径方案的实时生成,综合二者之长以应对灾害发生时外部运输配送路网的剧烈变化和由于灾害发展造成的道路路况的不确定性。

在配送车辆导航地图的动态更新方面,本书提出了应急物流配送车辆导航地图多尺度空间数据模型以实时生成配送车辆导航地图。该模型以提高应急物流车辆导航路径分析的速度和精度为目标,按照“分解导航地图空间关系到网络中各个节点→滤取对于行车目标重要的网络元素→重新综合生成所需尺度的导航地图”的思路,引入系统科学和社会网络分析相关理论与方法,重点研究导航地图网络节点间连通性的度量、应急物流车辆导航多尺度空间数据模型的建立及该模型在车辆导航系统中的应用,为应急车辆导航空间数据分析的快速、精确处理开展探索性研究。具体研究工作如下:

1)基于网络节点重要性的连通性度量指标的研究。现有指标难以精确度量网络节点相对于行车目标的连通性,为此本书提出了一种基于节点重要性的连通性度量指标——相对连通系数,利用该指标来量化与目标节点相关的连通关系集合,将其分解到网络中各个节点上;并可按需合成与指定目标节点集最相关的空间关系;为在实际应用中快速计算该指标,提出了“以形估数”的计算方法,利用与节点相关联的子树形状,快速估计连通关系路径集合的计数规模。

2)基于广义尺度的车辆导航系统空间数据多尺度模型的研究。针对现有模型生成的导航地图路径分析精度难以保证的问题,建立了基于广义尺度的多尺度空间数据模型,为空间数据服务的高精度、按需生成提供了一种定量分析工具;并在此基础上,将上述方法拓展到网络抽样问题的化简中。

3)车辆导航地图分解算法的研究。针对车载终端计算能力难以适应导航地图庞大数据量的问题,构建了基于主成分分析的车辆导航地图分解算法。该算法可以利用车载设备有限的计算能力,获得快速的反应速度和较高的求解精度,为物流车辆导航提供了兼顾速度和精度的解决方案。在求最短路的实验中,该算法在对网络规模作大幅压缩的情况下(压缩比率达到20%-30%),仍有效地控制了网络分解造成的网络分析精度损失,同时将车载终端求最短路的计算时间由秒级降到了百毫秒级。

配送路径方案的实时生成方面,本书提出了应急物流配送的情景演变路网表达方法,在外部道路路况不确定的情况下仍能最大限度地保障配送路线方案的可行性。该方法以情景演化表达突发事件下的次生衍生灾害链的发展规律,将情景条件嵌入到配送路网的空间数据中,引入不确定规划的相关理论与方法,重点研究应急物流配送的情景演变路网表达、不确定条件下的应急物流配送的路径方案规划,并将该方法与仿真模型结合起来应用到南方冰雪灾害应急物流配送的实际场景中。具体研究工作如下:

1)应急物流配送的情景演变路网表达方法研究。在突发灾害下进行应急物流配送时,由于灾害链发展演变会导致物流配送决策状态空间的切换,针对应急物流配送的这种情景演变的特征,本书提出应急物流配送的情景演变路网表达方法,将突发事件情景分析树嵌入路段数据中,来描述灾害链情景在路网中的演变迁移模式,并随配送车辆返回的实时路况信息对之进行动态更新

2)不确定条件下的应急物流配送路径规划情景演化模型的研究。针对应急物流配送情景演变路网情景切换演变的不确定性,建立起应急物流配送路径不确定规划模型,在模型中提出包含路网中所有的路段的理想路径概念作为基准,将实际路径嵌入其中进行路径综合满意度的比较,提出了结合蒙特卡罗模拟和遗传算法的混合智能求解方法,并以福建暴雨灾害的实例验证了以上方法的有效性

3)基于灾害扩散仿真的南方雪灾应急物流配送模型的研究。针对灾害随时间发展扩散的特点,以2008年南方冰雪灾害为例,将灾害扩散仿真模型嵌入到应急物流配送路径规划情景演化模型,并以湖南衡阳救灾物资快速补给路径规划的实例验证了以上方法的有效性

 

三、主要创新:

本书的创新之处主要在于针对灾害发生时外部运输配送路网的剧烈变化和由于灾害发展造成的道路路况的不确定性,从“应急物流导航地图的情景表达和实时产生”这样一个全新的角度对应急物流配送问题进行了较为深入系统的研究,并在研究过程中进行了地理信息科学、系统科学、运筹学等学科的交叉与融合,丰富了应急物流的理论和方法,为应急物流配送方案的制订提供了新的决策支持工具。创新点具体表现如下:

1)提出相对连通系数指标,为快速、准确地从网络中提取与目标节点集最相关的空间关系提供了一种度量工具,完善了网络节点重要性理论,弥补了现有指标难以精确度量网络节点相对行车目标的连通性的不足。

2)建立基于广义尺度的应急物流配送车辆导航空间数据多尺度模型,提高了生成的应急物流配送导航地图路径分析的精度,为应急物流配送空间数据服务的高精度、按需生成提供了定量分析工具。

3)构建基于主成分分析的应急物流配送车辆导航地图分解算法,有利于缓解应急物流配送车载终端计算能力难以适应导航地图庞大数据量的问题,为应急物流配送车辆导航提供了兼顾速度和精度的解决方案。

4)提出应急物流配送的情景演变路网表达方法,为突发事件不确定环境下的应急物流配送路径规划和调度提供了坚实的基础。

5)建立不确定条件下的应急物流配送路径规划情景演化模型,为在突发事件发生时外部道路路况不确定的情况下最大限度地保障配送路线方案的可靠性提供了科学的决策工具。

 

四、社会影响

非常规突发事件对应急管理提出了很高的要求,如何以最安全的方式挽救更多人的生命,如何以最快的方法保障应急物资的运送到每一个灾民和救援者手上,如何以最有效的方式避免更多的灾害损失等等,都是灾害应急管理的重要问题。

而近年来我国应急管理的研究主要集中在对非典、禽流感等非自然灾害的类型上,这些突发公共事件的应急救援都是在各种物流通道比较畅通的情况下实现的,因而学者们很少将应急物流管理作为一个系统工程来关注研究。2008年两次重大自然灾害的救灾实践显示,由于物流通道被灾害严重毁损,应急物流的开展障碍重重,传统的物流配送调度方法难以奏效,高效合理运行的应急物流管理系统严重缺位,急需要研究新环境下应急物流配送的新工具来支持决策。

针对非常规突发事件下外部运输配送路网呈现出的高度动态性和不确定性,本书建立的应急物流配送车辆路网路径实时生成方法,分别从配送车辆的微观角度研究配送车辆导航地图的动态更新,从应急决策者的全局角度研究配送路径方案的实时生成,综合二者之长以应对灾害发生时外部运输配送路网的剧烈变化和由于灾害发展造成的道路路况的不确定性。当突发事件发生时,应急决策者就能根据灾区反馈的灾害、路况信息预测灾害发展对应急物流配送的影响,生成最快速可靠的配送方案,同时应急中心为应急物流配送车辆提供最新的路网信息支持,从而保证应急物资的及时可靠地配送到受灾群众的手中,减少时间延误,降低突发事件对灾区人民的影响和人员伤亡。