一种化工园区中应急资源调度模型的建立方法及调度方法

本发明涉及领域，特别是一种化工园区中应急资源调度模型的建立方法及调度方法。

背景技术：

1、随着我国化学工业的迅速发展，化工园区建设也变成了不可缺少的一环。化工入园在提高生产技术水平，促进行业经济的同时，也给其安全生产带来了挑战。化工园区内存放有大量的易燃易爆物料，如果园区内出现了火灾、爆炸、泄露气体等突发事故，可能会产生灾难性的多米诺效应，并由此带来了重大的人身伤亡和财产损失，鉴于事故的突发性，当事件发生时迅速制定合理的应急资源调度方案至关重要。

2、化工园区应急资源调度体系应对突发事件的能力，有赖于它的迅速反应机制以及在复杂环境下的适应性。当前，国内外学者在应急资源调度问题上所做出的研究大多研究是以自然灾害领域的应急资源调度为背景，不能很好的匹配化工园区事故为背景的应急资源调度。实际上，化工园区应急资源调度需要考虑的影响因素包含多个方面，化工园区是危化品高度集聚区，危化品事故具有典型的多米诺效应，一家企业突发安全事故，处理不及时的话，会同时影响园区内其他的企业。所以，化工园区安全事故的发生对应急资源的时效性和充足性更加苛刻，目前已知的模型和方法均不能满足实际需求，进而导致应急资源调度策略。

3、目前，本领域亟须一种面对当事故突发情况能够快速、合理、有效的将储备点的应急资源运送到事故点的方法，从而尽可能的降低损失并且防止引发其它灾害的解决方案。

技术实现思路

1、本发明针对上述现有技术存在的问题，提供了一种化工园区中应急资源调度方法，能够针对应急资源调度过程中多储备点、多事故点、多资源的情况，构建了单目标问题的应急资源调度模型，并应用改进的灰狼算法对该模型进行求解得到突发事件的应急资源调度策略，提高了应急处置救援能力。

2、本发明公开了一种化工园区中应急资源调度模型的建立方法，所应用的化工园区中设有若干储备点，储备点设有若干应急资源，应急资源能够通过运输车辆送至各事故点，该方法包括：

3、基于反映储备点、应急资源、运输车辆和事故点情况的化工园区信息，确定应急资源调度的主要目标函数和次要目标函数，其中，主要目标函数是以对事故点的应急资源调度的时间最短为目标，次目标函数是以对事故点的应急资源调度的成本最低为目标；

4、采用理想点法将主目标函数和次目标函数转换构造为单目标的应急资源调度模型，其中，应急资源调度模型是以同时具有尽可能少的应急资源调度时间和成本为目标的。

5、进一步地，该方法所应用的化工园区中，满足以下基本假设：

6、各储备点对各种应急资源的储存量已知；

7、各事故点对各种应急资源的需求量已知；

8、各储备点到各事故点的运输距离已知；

9、运输车辆相同且充足，车辆行驶速度和单位距离运输成本已知；

10、不存在堵车、道路损坏情况；

11、各储备点相互独立，不能互相调度应急资源。

12、进一步地，该方法所应用的化工园区中，有m个储备点a＝{a1,a2,...,ai,...,am}，n个事故点b＝{b1,b2,...,bj,...,bn}，u种应急资源c＝{c1,c2,...,ck,...,cu}；

13、所述的主要目标函数的表达式如下：

14、

15、该表达式中，ti*hij指准备时间，ti各个储备点每个运输车辆装载资源所需的准备时间，hij指储备点ai往事故点bj调度的运输车辆数，hij的计算表达式如下：

16、

17、该表达式中，ak代表第k种资源每件占每辆运输车的空间系数，xijk表示储备点ai往事故点bj调度第k种应急资源的数量；

18、所述的主要目标函数的表达式中，tij*gij指行程时间，gij指应急资源从储备点ai到事故点bj的调度情况，调出为1，否则为0，gij的计算表达式如下：

19、

20、tij的计算表达式如下：

21、tij＝dij/v

22、dij表示资源从储备点ai到事故点bj的运输距离，v表示运输车辆的行驶速度；

23、所述的次要目标函数的表达式如下：

24、

25、该表达式中，s指单位距离车辆的运输费用，dij指应急资源从储备点ai到事故点bj的运输距离，hij指储备点ai往事故点bj调度的运输车辆数。

26、进一步地，该方法还包括：

27、设有如下约束条件，用于约束应急资源调度模型的范围：

28、失效时间约束：要求各事故点在多米诺效应发生前，所需的应急资源需全部到达，其表达式如下：

29、

30、其中，ttfj指防止事故点附近储罐发生多米诺效应最晚时间；

31、储备点储存量约束：储备点ai为每个事故点调度第k种资源的总量小于等于储备点ai对第k种资源的总储备数量，其表达式如下：

32、

33、其中，pik指储备点ai对第k种资源的储备量；

34、事故点需求量约束：所有储备点为事故点bj调度第k种资源的数量等于事故点bj对第k种资源的需求量，其表达式如下：

35、

36、其中，qjk指事故点bj对第k种资源的需求量；

37、变量的非负整数约束：表示储备点ai往事故点bj调度某资源数量的取值范围为非负整数，其表达式如下：

38、xijk≥0且且为整数，

39、进一步地，所述的采用理想点法将主目标函数和次目标函数转换构造为单目标的应急资源调度模型，还包括：在转换构造时进行归一化处理以消除量纲不一致的影响；

40、应急资源调度模型的表达式如下：

41、

42、其中，f1，min和f1，max分别为主要目标函数f1的最优解和最差解，f2，min和f2，max分别为次要目标函数的最优解和最差解，权重系数ρ1、ρ2作为f1、f2的期望权重，其中，ρ1+ρ2＝1且0≤ρ1≤1，0≤ρ2≤1。

43、本发明还公开了一种化工园区中应急资源的调度方法，该调度方法基于改进的灰狼优化算法对上文所述的化工园区中应急资源调度模型的建立方法建立的应急资源调度模型进行求解，该调度方法包括：

44、s1：初始化种群参数；

45、s2：计算种群中所有灰狼个体适应度值，选取最优的三个灰狼个体作为第一代α狼、β狼、δ狼；

46、s3：计算参数收敛因子a和系数向量a、c，更新其余灰狼的位置；

47、s4：利用交叉操作产生新的灰狼个体，并择优保留；

48、s5：重新计算每个灰狼的适应度值并选取前三的个体作为新一代α狼、β狼、δ狼；

49、s6：判断选取的灰狼是否在禁忌表中，如果存在则从候选解中排除此灰狼并跳转至s5，如果不存在进入下一步；

50、s7：更新禁忌表，将所选解加入禁忌表并替换最早进入禁忌表的解；

51、s8：判断迭代次数是否达到最大，若达到则跳转至s9，否则跳转至s3开始下次迭代；

52、s9：输出最优的资源调度策略。

53、进一步地，该方法中，采用m*n*u的三维矩阵来表示灰狼个体的位置，灰狼个体位置如下式所示：

54、

55、

56、其中，φl表示第l个灰狼个体的三维矩阵位置，u表示资源种类数，表示第k类资源对应的二维数组，m表示储备点个数，n表示事故点个数。

57、进一步地，该方法还包括：

58、将灰狼的位置由实数转换为整数，采用如下的编码变换方式，把在连续空间中的所有灰狼个体的元素xi都映射为整数yi，即：

59、

60、其中，[x]为取整函数，是不大于实数x的最大整数；l和u分别为yi的下界和上界，即yi∈[l,u]∪z+。

61、进一步地，对于所述的步骤s4，具体包括：

62、交叉操作提取普通灰狼的部分信息与头狼相应位置信息进行交换，如果交换后产生的新的灰狼个体适应度值更优，则交换后的灰狼个体保留，原始灰狼个体被淘汰，否则保留原有个体。

63、进一步地，在所述的步骤s6和s7中，所述的禁忌表用于记录前若干次迭代中选择的局部最优解，用于在下一次迭代中避开它们来实现跳出局部最优的目的。

64、本发明至少具有以下有益效果：

65、本发明基于化工园区突发事故应急资源调度的特点，以尽可能少的时间和成本为目的，构建了单目标问题的应急资源调度模型，相比现有模型更加合理。

66、此外，本发明采用改进的灰狼算法获取最佳应急资源调度策略，实现了对园区内的资源进行智能筛选、匹配和调度，解决了现有化工园区在发生突发事件时，资源调度不精确，成本高和失误率较高的技术问题，能够为决策者提供科学合理的应急资源调度策略，从而提高了应急处置救援能力。

67、本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。