一种突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法

技术领域

本发明涉及路径规划技术领域，尤其是一种突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法。

背景技术

突发公共卫生事件发生期间，很多有确诊病例的小区被重点防控，应急物资配送至关重要，在配送过程中，突发公共卫生事件态势发展直接影响着配送人员的生命安全。为此，基于突发公共卫生事件发展态势，为应急物资配送提供合理的路径规划方案，在保证应急物资及时配送的同时最大程度降低相关工作人员的感染风险，对于提高防控效果有重要意义。

现有技术中，统计n个管控小区应急物资数量，由配送中心分派车辆进行物资配送，每次物资配送仅由1辆卡车负责，对n个小区逐一配送且每个小区只经过一次，最后返回配送中心。目的即求解一个最佳配送路径。

为了更好的应对突发公共卫生事件防控，确保管控小区的物资需求，有必要研发突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法，在路径优化算法的基础上考虑了突发公共卫生事件发展态势的影响，提高了安全路径搜索效率。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化路径优化算法的相关参数；

步骤2：获取各个小区信息；

步骤3：获取各个小区之间的相对路程长度，用Floyd算法计算小区i与小区j之间的实际最短路程d

步骤4：引入路段感染密度α

步骤5：最优路径搜索，信息素浓度、启发信息函数和路段感染密度函数共同起作用，使用改进后的路径优化算法进行路径规划。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤1中，初始化路径优化算法的相关参数包括驾驶员数量、循环次数、启发信息参数、信息素浓度，初始转移概率函数为：

式中，τ

其中，

驾驶员完成一次循环，利用下式更新各路径的信息素浓度：

其中，

式中：m是驾驶员个数，0＜ρ≤1是信息素的蒸发率，

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2中，所述小区信息包括各小区的地理位置坐标(x,y)、小区当前总人数N、确诊病例数量U、小区面积S。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3中，将小区i与小区j之间的欧式距离改为二者根据实际地图经Floyd算法求解后的实际最短路程d

3.1Floyd算法求解实际最短路程d

3.2确定影响因子：

小区位于低风险区域，确诊病例人数较少，且14天之内没有新增病例，驾驶员心理波动较小；

小区位于中风险区域，确诊病例人数较多，且14天之内可能有确诊新增病例，驾驶员心理波动明显；

小区位于高风险区域，确诊病例人数很多，且14天之内有确诊的新增病例，驾驶人员心理波动十分明显；

根据感染风险因素对于驾驶员心理因素的影响，确定影响因子：

式中，N

3.3确定小区i和小区j间的边权重W

式中，d

3.4确定改进后的路径优化算法中的启发函数：

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤4中，引入路段感染密度，改进路径优化算法的转移概率函数：

4.1引入路段感染密度：

小区的感染密度指小区单位面积的感染人数；设路段感染密度与小区感染密度成正比，比例系数为η；设小区的密切接触总人数是确诊总人数的ζ倍数，确定小区i和小区j之间的路段感染密度：

式中，U

4.2改进路径优化算法的转移概率函数为：

式中，τ

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤5中，最优路径搜索过程中，信息素浓度、启发信息函数和路段感染密度函数共同起作用，使用改进后的路径优化算法进行路径规划。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明将小区i与小区j之间的欧式距离改为二者根据实际地图经 Floyd算法求解后的实际最短路程d

2、本发明根据各个小区实际确诊病例情况，考虑感染风险因素对于驾驶员心理因素的影响，确定影响因子ε

3、本发明引入路段感染密度，改进路径优化算法的转移概率函数，提高了搜索路径的安全程度。

4、本发明适用于突发公共卫生事件应急物资配送路径优化。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中使用改进后的路径优化算法进行路径搜索流程图；

图3是本发明中路径规划结果图；

图4是本发明中各次迭代中的最小边权重之和和平均权重；

图5是本发明实施例中表1应急物资配送小区信息；

图6是本发明实施例中表2各应急物资配送小区之间的相对路程；

图7是本发明实施例中表3各应急物资配送小区之间的实际最短路程；

图8是本发明实施例中表4各应急物资配送小区之间的最短路径矩阵；

图9是本发明实施例中表5各应急物资配送小区之间的边权值；

图10是本发明实施例中表6各小区周围的路段感染密度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：

如图1-4所示，一种突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化路径优化算法的相关参数；

初始化路径优化算法的相关参数包括驾驶员数量、循环次数、启发信息参数、信息素浓度等，初始转移概率函数为：

式中，τ

其中，

驾驶员完成一次循环，利用下式更新各路径的信息素浓度：

其中，

式中：m是驾驶员个数，0＜ρ≤1是信息素的蒸发率，

步骤2：获取各个小区信息；所述小区信息包括各小区的地理位置坐标 (x,y)、小区当前总人数N、确诊病例数量U、小区面积S等。

步骤3：获取各个小区之间的相对路程长度，用Floyd算法计算小区i与小区j之间的实际最短路程d

将小区i与小区j之间的欧式距离改为二者根据实际地图经Floyd算法求解后的实际最短路程d

3.1Floyd算法求解实际最短路程d

3.2确定影响因子：

小区位于低风险区域，确诊病例人数较少，且14天之内没有新增病例，驾驶员心理波动较小；

小区位于中风险区域，确诊病例人数较多，且14天之内可能有确诊新增病例，驾驶员心理波动明显；

小区位于高风险区域，确诊病例人数很多，且14天之内有确诊的新增病例，驾驶员心理波动十分明显；

根据感染风险因素对于驾驶员心理因素的影响，确定影响因子：

式中，N

3.3确定小区i和小区j间的边权重W

式中，d

3.4确定改进后的路径优化算法中的启发函数：

步骤4：引入路段感染密度α

引入路段感染密度，改进路径优化算法的转移概率函数：

4.1引入路段感染密度：

小区的感染密度指小区单位面积的感染人数；设路段感染密度与小区感染密度成正比，比例系数为η；设小区的密切接触总人数是确诊总人数的ζ倍数，确定小区i和小区j之间的路段感染密度：

式中，U

4.2改进路径优化算法的转移概率函数为：

式中，τ

步骤5：最优路径搜索，信息素浓度和启发信息函数共同起作用，使用改进后的路径优化算法进行路径规划；最优路径搜索过程中，信息素浓度、启发信息函数和路段感染密度函数共同起作用，使用改进后的路径优化算法进行路径规划。

实施例

一种突发公共卫生事件应急物资配送路径优化方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化路径优化算法的相关参数；包括驾驶员数量、循环次数、启发信息参数、信息素浓度等。

步骤2：获取各个小区信息；包括各小区的地理位置坐标(x,y)，小区总人数N，确诊病例人数U，区面积S等，将各个小区标号处理，具体的信息情况如图5(表1应急物资配送小区信息)所示。

步骤3：获取各个小区之间的相对路程长度，计算小区i与小区j之间的实际最短路程d

3.1获取各个小区之间的相对路程长度，如图6(表2各应急物资配送小区之间的相对路程)所示；

3.2用Floyd算法计算小区i与小区j之间的实际最短路程d

3.3考虑不同风险等级地域的影响因子ε

3.4启发信息函数：

步骤4：引入路段感染密度，改进路径优化算法的转移概率函数，包括：

4.1引入路段感染密度。小区的感染密度指小区单位面积的感染人数；设路段感染密度与小区感染密度成正比，比例系数η，取η＝0.5；设小区的密切接触总人数是确诊总人数的ζ倍数，设ζ＝3，根据小区i和小区j之间的路段感染密度公式α

其中，标号为0的是物资运输中心，无确诊病例和新增确诊病例，运输中心区域内进行严格的消毒和管控工作，运输中心内的人员感染密度为0，周围路段的感染密度为0。

(2)确定改进的路径优化算法的转移概率函数

步骤5：最优路径搜索，信息素浓度、启发信息函数和路段感染密度函数共同起作用，根据图2的路径优化算法的路径搜索流程图，使用改进后的路径优化算法进行路径规划。经过代码运算得到最优路线：1→5→3→4→9→2→6 →7→8→13→10→12→11→1，路径规划结果如图3所示，各次迭代中的最小边权重之和和平均权重如图4所示。

综上所述，本发明根据突发公共卫生事件管控下的具体情况，将小区i与小区j之间的欧式距离改为二者根据实际地图经Floyd算法求解后的实际最短路程d