[发明专利]一种基于空地协同医疗救援的设施点预选址方法

权利要求书

1.一种基于空地协同医疗救援的设施点预选址方法，其特征在于，

S0：预先设置目标应急医疗救援区域中相关参数：包括设施点和受灾点的数量、空地属性和建设成本，设施点、受灾点和医院的地理坐标和地理特征，航空器起降最小净空面积和运行速度，地面车辆的运行速度，最佳治疗时间阈值和应急医疗响应时间阈值；其中，所述设施点包括出救点和转运点，受灾点同时也是联运点，空地属性包括空侧和地侧，转运点和医院均为空侧属性；

S1：建立包括出救点、转运点、受灾点和医院的编号、类型、地理坐标与占地面积的点信息索引表；

S2：根据出救点和受灾点的地理特征及航空器的起降最小净空面积来判断其所具有的空地属性，即判断出救点和受灾点为空侧或地侧，并生成点空地属性表；

S3：根据实际路网状况确定任意两点间的路段是否连通，构建点到点的可连通路段覆盖矩阵；

S3中，构建点到点的可连通路段覆盖矩阵，具体包括：定义矩阵标题行与标题列为所有类型点编号，矩阵值即为两点间是否生成路段，根据实际路网状况确定任意两点间的路段是否连通，若路段连通，则路段值取1，反之取0；

S4：通过集覆盖模型求解，在可连通路段覆盖矩阵中选择可连接的路段以形成多条可响应受灾点的路径，并构成可连通路径集合，其中，响应受灾点的路径是指可连通出救点-受灾点-医院或者出救点-受灾点-转运点-医院的路径；

S4中，空地协同调度选址集覆盖模型的目标函数表示如下：

其中，c_A表示设置一个地侧出救点所需成本；δ_a为0-1逻辑变量，表示是否采用地侧调度方式，若采用，该值取为1，反之取0；C_H表示设置一个空侧出救点所需成本；δ_h为0-1逻辑变量，表示是否采用空侧调度方式，若采用，该值取为1，反之取0；C_R表示设置一个空地转运点所需成本，δ_r为0-1逻辑变量，表示是否采用转运调度方式，若采用，该值取为1，反之取0；当且仅当特定调度方式被采用，即逻辑变量取值为1时，才会产生对应调度方式下的设施建设成本；w_ahrj、w_ahlj分别表示受灾点j被覆盖的设施点为转运点r、联运点l的逻辑变量，ε表示为拉格朗日乘子，以求得目标函数取到极值时各个变量的解；

空地协同调度选址集覆盖模型的约束条件如下：

δ_ahr＝δ_aδ_hδ_r (6)

δ_ahl＝δ_aδ_hδ_l (7)

其中，第一组0-1逻辑变量w_hj、w_aj、w_ahrj、w_ahlj表示受灾点j被覆盖的设施点的属性，分别代表空侧出救点h、地侧出救点a、转运点r和联运点l，若受灾点j被某种出救点所覆盖，则对应的逻辑开关变量取值为1，反之取为0；第二组0-1逻辑变量A_hj、A_aj、A_ahrj和A_ahlj，表示在特定受灾点j，空侧、地侧、空地转运以及空地联运调度方式是否可用，若可用，则对应的逻辑开关变量取值为1，反之取为0；第三组逻辑变量δ_a、δ_h、δ_r、δ_l分别表示是否配置航空器、地面车辆、转运点与联运点，若采用，该值取为1，反之取0；第四组0-1逻辑变量δ_ahr、δ_ahl分别表示转运方式和联运方式是否成立，若成立，该值取为1，反之取0；式(2)～式(5)为空地协同选址调度模型的集覆盖约束，保证对于目标应急医疗救援区域所有的受灾点j被空侧、地侧、空地联运和空地转运中的至少一种调度方式所覆盖；式(2)确保对于被空侧出救点覆盖的受灾点j，有可选且选中空侧调度方式；式(3)确保对于被地侧出救点覆盖的受灾点j，有可选且选中地侧、空地转运或空地联运的调度方式；式(4)表示受灾点j被空侧覆盖时需一架航空器，被地侧覆盖时需两辆地面车辆的数量约束；式(5)实现了空地联运与空地转运方式的切换，当A_ahlj为0时，A_ahrj才取为1，反之亦然；式(6)和式(7)为转运点与联运点成立的约束条件，式(6)表明当可供航空器着陆的转运点、航空器和车辆资源都具备时，转运方式才成立，即当且仅当δ_a、δ_h、δ_r都为1时，δ_ahr才取值为1；式(7)为联运点δ_ahl的成立约束条件，与式(6)分析方法相同；式(8)～式(11)为确保空地联运覆盖的一组约束条件，对于被空地联运方式覆盖的受灾点j，式(8)～式(10)分别有可选且选中对应地面车辆、航空器与联运点，式(11)确保当w_ahl取值为1时，δ_a、δ_h、δ_ahl都必取值为1，使得空地联运覆盖方式成立；同理，约束条件(12)～(15)为确保空地转运覆盖方式成立的一组约束条件，分析方法与式(8)～式(11)相同，对于空地转运方式覆盖的受灾点j，式(12)～式(14)分别有可选且选中对应地面车辆、航空器与转运点；式(15)确保当w_ahr取值为1时，δ_a、δ_h、δ_ahr都必取值为1，使得空地转运覆盖方式成立；

S5：根据出救点至受灾点的应急医疗响应时间阈值T_R和出救点至医院路段的应急运输时间阈值T_H，在可连通路径集合中确定响应受灾点的可选路径并生成可选路径集合D，同时，更新可连通路段覆盖矩阵并得到可选路段覆盖矩阵；

S6：将可选路段覆盖矩阵中连接所有可选路段的点的集合确定为预选址集合S，根据预选址集合S中点的数量和建设成本求得目标应急医疗救援区域的最大建设成本B；

S7：将预选址集合S与最大建设成本B代入最大覆盖模型，以成本作为约束，保证各受灾点都能被覆盖的前提下，依次判定响应各受灾点的最优路径，去除冗余的可选路径，保留最优路径所包含的所有路段，更新可选路段覆盖矩阵并得到最优路段覆盖矩阵，同时确定各类型点到受灾点的调度方式矩阵A；

S7中，空地协同调度选址最大覆盖模型的目标函数表示如下：

其中，对于特定受灾点j，其权重设为w_j；x_j、y_j为一组0-1逻辑变量，若该受灾点被空侧调度方式所覆盖，x_j取值为1，否则为0；若由备份覆盖方式进行覆盖，则y_j取值为1，否则为0；θ与(1-θ)分别表示空侧覆盖和备份覆盖所占的比例，备份覆盖是指除空侧覆盖外的覆盖方式，包括地侧覆盖、空地联运覆盖和空地转运覆盖；ε表示为拉格朗日乘子，以求得目标函数取到极值时各个变量的解，用于平衡受灾点的成本差异；

空地协同调度选址模型最大覆盖模型的约束条件如下：

z_j＝w_hjy_j (19)

其中，式(17)是对各种应急调度方式总成本的计算，保证目标应急医疗救援体系内，航空器、地面车辆和转运点的设施建设成本不大于空地联运调度选址集覆盖模型所得的最优函数值，即最大成本；式(18)为空地联运调度选址最大覆盖模型的约束条件，对于任意受灾点j，若x_j取值为1，则该受灾点能够被至少被四种覆盖方式的一种响应；式(19)用于定义备份覆盖的可用性，当且仅当设施点为空侧属性且需转运时，该值取为1，否则为0；约束条件(20)保证了当备份覆盖可用时，必有空侧出救点与对应航空器使得空侧调度方式成立；式(21)～式(23)为成立的一组线性约束条件，当受灾点j由备份覆盖时，式(21)表明必有一个空侧出救点进行响应，式(22)表明必有空侧调度方式进行覆盖，式(23)确保当z_j取值为1时，空侧出救点参数w_hj与空侧调度方式选择参数y_j都必取值为1，否则不成立，即备份覆盖不可用；其中，自变量z_j是为了约束数学模型而设立的，取值只能为0或1，确保在多次覆盖时必会包含航空器；

S8：由最优路段覆盖矩阵获得连接最优路段的点的集合，结合点信息索引表后即可得到最优选址集合G；再根据最优选址集合G中设施点的数量和建设成本计算目标应急医疗救援区域的最终建设成本。