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摘 要：为合理选择海上溢油应急服务设施点,使服务设施能在最短时间内到达应急地点,建立在最短路径分析基础上、考虑在限制约束条件下的应急点选址模型.以长江口海域等为例进行模型分析.该模型与仅考虑最短路径的模型相比,实际应用性较强.

关键词：最短路径； 溢油； 应急； 选址

中图分类号：N945； X55文献标志码：A

Location allocation optimization for ocean oil spill emergency

LU Meng

(School of Transport & Communications, Shanghai Maritime Univ., Shanghai 200135, China)

Abstract： In order to locate the ocean oil spill emergency service site reasonably and make the service establishments reach the emergency site in the shortest time, the emergency allocation model are established with the restricted condition based on the shortcut route analysis. The Yangtze River entrance is taken as example,and the model analysis is conducted which only consider the model in the shortest route. It has stronger application.

Key words： shortcut; oil spill; emergency; location allocation

0 引 言

随着世界经济交流日益频繁,各种由自然或人为引起的重大溢油突发事件时有发生.溢油应急管理与应急处理的准确选址正是溢油事故应急反应有效性的前提和保证.

从以往国内外研究可以看出,物流选址研究已开展相当长时间,形成一些常规选址模型并产生一些新方法.然而,这些研究中与应急设施选址相关的文献涉及较少,对溢油应急选址的研究几乎没有.

在海上溢油应急服务设施点选址过程中,合理的服务设施点的选取对整个应急系统的有效运营至关重要,同时为将损害造成的损失降到最低,应急服务设施应能在最短时间内到达应急地点进行服务.基于此,本文提出到达污染现场最短时间的海上溢油应急点选址问题.

1 问题描述与模型建立

1.1 问题描述

预测得到各海域中溢油突发事故发生频率较高的区域.考虑到虽然通常情况下应急地点一旦发生事故,事故持续时间较短,但由于溢油事故的特殊性,溢油又不会在短时间内消失.为了使系统的经济成本最低,在满足时间紧迫性这第一要务的基础上,要求所选的应急服务设施点到达各个可能发生事故点的距离之和最小,即充分考虑应急系统的有效性.该问题是p-中位问题（p-Median Problems）,即研究如何选择p个服务站使得需求点和服务站之间的距离与需求量的乘积之和最小.当应急事故发生只要求1个服务设施点提供服务时,称其为单个溢油应急服务设施点选址问题.单个溢油应急服务设施点选址问题相对比较简单,却相当重要,因为它是两个或多个应急服务设施点选址问题的基础,被称作1-中位问题.

HAKIMI[1,2]给出p-中位问题的Hakimi特性,他证明p-中位问题的服务站候选点被限制在网络节点上时,至少有1个最优解与不对选址点限制时的最优解一致,所以将网络连续选址的p-中位问题简化到离散选址问题不会影响目标函数的最优值.

1.2 模型建立

根据实际情况,可以将整个溢油事故海上应急系统抽象为1幅无向赋权图.假设可能发生溢油事故的地点为无向图的顶点,用vj表示；通过该段路的时间用两点间的边长表示.此外,考虑到应急特点,规定应急服务设施点到达溢油事故发生地的时间不能超过λmin.

关于具体溢油位置的取定,理论上海上每个点都有可能发生船舶溢油事故,因此都应为潜在的溢油事故发生点,这无疑大大增加建模的工作量.因此,可针对某一海域,根据特征将其划分为多个海区,然后选取各海区的中心代表该海区的溢油事故发生位置.

在参数设定[3]上,根据通过港口或海域的船舶艘数及发生事故次数,可以较为方便地计算出该港口或海域未来船舶发生事故的风险概率.但是考虑到溢油事故发生点具有不确定性和离散性的特点,很难在具体某个小区域采集到较多的相关数据计算其发生概率,因此用该点溢油事故几率风险因数pi反映特定区域的事故风险概率.同时,溢油事故发生位置对所在海域或周边海域环境的影响及相应应急措施采取的紧急程度有很大关系,用li表示该点溢油位置风险因数.当然,溢油量的多少跟溢油应急设施调运数量及应急时间密切相关,用qi表示该点溢油量风险因数.此外,溢油事故形式如船舱破损、爆炸、倾覆等的不同将导致污染方式(连续泄漏或瞬时泄漏)的差异,在一定程度上会左右污染物质在水体中的污染范围和强度,并影响应急行动的开展,为此,用mi表示其事故形式风险因数.通过以上假定,便可以得出海上溢油综合风险因数Ii.根据不同风险因数的特征,可以将其进行分级,限于篇幅在此不作详解,具体参见文献［4］.

另外,由于溢油事故可能发生在不同海域,为简单起见,仅考虑在某一海域内发生溢油事故时,在同一海域诸多应急服务设施点中只选取1个服务设施点进行应急服务.

最短路径分析在各种应急系统中的应用十分广泛,因此,针对最短路径进行的分析研究不但可以解决应急决策系统的应用需求,而且可以很方便地将其研究成果推广到一般的实际应用系统.当前解决此类问题基本上是基于经典的Dijkstra算法和Floyd算法.

由于本文主要涉及求解图中任意两点之间最短路径的算法,因此采用Floyd算法.在没有负圈的网络中,任意1条途径的长度不小于相应的最短路径,并且最短路径的子路径也一定是最短路径,这是进一步讨论的基础.

采用Floyd最短路径算法解决以最短时间为最优目标的应急设施选址问题,能一次性地确定任意两点间的最短距离（费用）,算法不仅适应于静态单设施选址,也适应于动态多设施网络规划.例如,若最短路径被紧急占用或出现故障,可以快速决定最合适的备用设施点以应对溢油突发事故需求；特别是运用Matlab这一强大的科学计算软件包编程求解,操作简单,具有很强的实际意义.

在此,首先采用Floyd算法计算出最小距离矩阵S和最短路径矩阵P.然后模型算法步骤[5]为：

3 计算举例

针对地理特征的特殊性,选取上海长江口海域为研究对象,其敏感区和易受损资源主要包括以下几个方面：自然保护区、海洋自然水产资源和水产养殖资源、的栖息地、潮间带生物、农田、沼泽地和红树林、盐田、各种类型的岸线、船舶和水上设施等.图1为标有敏感区域的长江口海域图.

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参考文献：

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