[發明專利]一種基于空地協同醫療救援的設施點預選址方法

有效

• 申請號: 201711487304.5
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108229741B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 張明;張一帆;喻玨;仇志峰;吳翰林;劉凱;孔祥魯;黃倩文
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 向妮

1.一種基于空地協同醫療救援的設施點預選址方法，其特征在于，

S0：預先設置目標應急醫療救援區域中相關參數：包括設施點和受災點的數量、空地屬性和建設成本，設施點、受災點和醫院的地理坐標和地理特征，航空器起降最小凈空面積和運行速度，地面車輛的運行速度，最佳治療時間閾值和應急醫療響應時間閾值；其中，所述設施點包括出救點和轉運點，受災點同時也是聯運點，空地屬性包括空側和地側，轉運點和醫院均為空側屬性；

S1：建立包括出救點、轉運點、受災點和醫院的編號、類型、地理坐標與占地面積的點信息索引表；

S2：根據出救點和受災點的地理特征及航空器的起降最小凈空面積來判斷其所具有的空地屬性，即判斷出救點和受災點為空側或地側，并生成點空地屬性表；

S3：根據實際路網狀況確定任意兩點間的路段是否連通，構建點到點的可連通路段覆蓋矩陣；

S3中，構建點到點的可連通路段覆蓋矩陣，具體包括：定義矩陣標題行與標題列為所有類型點編號，矩陣值即為兩點間是否生成路段，根據實際路網狀況確定任意兩點間的路段是否連通，若路段連通，則路段值取1，反之取0；

S4：通過集覆蓋模型求解，在可連通路段覆蓋矩陣中選擇可連接的路段以形成多條可響應受災點的路徑，并構成可連通路徑集合，其中，響應受災點的路徑是指可連通出救點-受災點-醫院或者出救點-受災點-轉運點-醫院的路徑；

S4中，空地協同調度選址集覆蓋模型的目標函數表示如下：

其中，c_A表示設置一個地側出救點所需成本；δ_a為0-1邏輯變量，表示是否采用地側調度方式，若采用，該值取為1，反之取0；C_H表示設置一個空側出救點所需成本；δ_h為0-1邏輯變量，表示是否采用空側調度方式，若采用，該值取為1，反之取0；C_R表示設置一個空地轉運點所需成本，δ_r為0-1邏輯變量，表示是否采用轉運調度方式，若采用，該值取為1，反之取0；當且僅當特定調度方式被采用，即邏輯變量取值為1時，才會產生對應調度方式下的設施建設成本；w_ahrj、w_ahlj分別表示受災點j被覆蓋的設施點為轉運點r、聯運點l的邏輯變量，ε表示為拉格朗日乘子，以求得目標函數取到極值時各個變量的解；

空地協同調度選址集覆蓋模型的約束條件如下：

δ_ahr＝δ_aδ_hδ_r (6)

δ_ahl＝δ_aδ_hδ_l (7)

其中，第一組0-1邏輯變量w_hj、w_aj、w_ahrj、w_ahlj表示受災點j被覆蓋的設施點的屬性，分別代表空側出救點h、地側出救點a、轉運點r和聯運點l，若受災點j被某種出救點所覆蓋，則對應的邏輯開關變量取值為1，反之取為0；第二組0-1邏輯變量A_hj、A_aj、A_ahrj和A_ahlj，表示在特定受災點j，空側、地側、空地轉運以及空地聯運調度方式是否可用，若可用，則對應的邏輯開關變量取值為1，反之取為0；第三組邏輯變量δ_a、δ_h、δ_r、δ_l分別表示是否配置航空器、地面車輛、轉運點與聯運點，若采用，該值取為1，反之取0；第四組0-1邏輯變量δ_ahr、δ_ahl分別表示轉運方式和聯運方式是否成立，若成立，該值取為1，反之取0；式(2)～式(5)為空地協同選址調度模型的集覆蓋約束，保證對于目標應急醫療救援區域所有的受災點j被空側、地側、空地聯運和空地轉運中的至少一種調度方式所覆蓋；式(2)確保對于被空側出救點覆蓋的受災點j，有可選且選中空側調度方式；式(3)確保對于被地側出救點覆蓋的受災點j，有可選且選中地側、空地轉運或空地聯運的調度方式；式(4)表示受災點j被空側覆蓋時需一架航空器，被地側覆蓋時需兩輛地面車輛的數量約束；式(5)實現了空地聯運與空地轉運方式的切換，當A_ahlj為0時，A_ahrj才取為1，反之亦然；式(6)和式(7)為轉運點與聯運點成立的約束條件，式(6)表明當可供航空器著陸的轉運點、航空器和車輛資源都具備時，轉運方式才成立，即當且僅當δ_a、δ_h、δ_r都為1時，δ_ahr才取值為1；式(7)為聯運點δ_ahl的成立約束條件，與式(6)分析方法相同；式(8)～式(11)為確保空地聯運覆蓋的一組約束條件，對于被空地聯運方式覆蓋的受災點j，式(8)～式(10)分別有可選且選中對應地面車輛、航空器與聯運點，式(11)確保當w_ahl取值為1時，δ_a、δ_h、δ_ahl都必取值為1，使得空地聯運覆蓋方式成立；同理，約束條件(12)～(15)為確保空地轉運覆蓋方式成立的一組約束條件，分析方法與式(8)～式(11)相同，對于空地轉運方式覆蓋的受災點j，式(12)～式(14)分別有可選且選中對應地面車輛、航空器與轉運點；式(15)確保當w_ahr取值為1時，δ_a、δ_h、δ_ahr都必取值為1，使得空地轉運覆蓋方式成立；

S5：根據出救點至受災點的應急醫療響應時間閾值T_R和出救點至醫院路段的應急運輸時間閾值T_H，在可連通路徑集合中確定響應受災點的可選路徑并生成可選路徑集合D，同時，更新可連通路段覆蓋矩陣并得到可選路段覆蓋矩陣；

S6：將可選路段覆蓋矩陣中連接所有可選路段的點的集合確定為預選址集合S，根據預選址集合S中點的數量和建設成本求得目標應急醫療救援區域的最大建設成本B；

S7：將預選址集合S與最大建設成本B代入最大覆蓋模型，以成本作為約束，保證各受災點都能被覆蓋的前提下，依次判定響應各受災點的最優路徑，去除冗余的可選路徑，保留最優路徑所包含的所有路段，更新可選路段覆蓋矩陣并得到最優路段覆蓋矩陣，同時確定各類型點到受災點的調度方式矩陣A；

S7中，空地協同調度選址最大覆蓋模型的目標函數表示如下：

其中，對于特定受災點j，其權重設為w_j；x_j、y_j為一組0-1邏輯變量，若該受災點被空側調度方式所覆蓋，x_j取值為1，否則為0；若由備份覆蓋方式進行覆蓋，則y_j取值為1，否則為0；θ與(1-θ)分別表示空側覆蓋和備份覆蓋所占的比例，備份覆蓋是指除空側覆蓋外的覆蓋方式，包括地側覆蓋、空地聯運覆蓋和空地轉運覆蓋；ε表示為拉格朗日乘子，以求得目標函數取到極值時各個變量的解，用于平衡受災點的成本差異；

空地協同調度選址模型最大覆蓋模型的約束條件如下：

z_j＝w_hjy_j (19)

其中，式(17)是對各種應急調度方式總成本的計算，保證目標應急醫療救援體系內，航空器、地面車輛和轉運點的設施建設成本不大于空地聯運調度選址集覆蓋模型所得的最優函數值，即最大成本；式(18)為空地聯運調度選址最大覆蓋模型的約束條件，對于任意受災點j，若x_j取值為1，則該受災點能夠被至少被四種覆蓋方式的一種響應；式(19)用于定義備份覆蓋的可用性，當且僅當設施點為空側屬性且需轉運時，該值取為1，否則為0；約束條件(20)保證了當備份覆蓋可用時，必有空側出救點與對應航空器使得空側調度方式成立；式(21)～式(23)為成立的一組線性約束條件，當受災點j由備份覆蓋時，式(21)表明必有一個空側出救點進行響應，式(22)表明必有空側調度方式進行覆蓋，式(23)確保當z_j取值為1時，空側出救點參數w_hj與空側調度方式選擇參數y_j都必取值為1，否則不成立，即備份覆蓋不可用；其中，自變量z_j是為了約束數學模型而設立的，取值只能為0或1，確保在多次覆蓋時必會包含航空器；

S8：由最優路段覆蓋矩陣獲得連接最優路段的點的集合，結合點信息索引表后即可得到最優選址集合G；再根據最優選址集合G中設施點的數量和建設成本計算目標應急醫療救援區域的最終建設成本。