[发明专利]基于合作机制的化工园区巡逻车调度方法、系统及介质

权利要求书

1.一种基于合作机制的化工园区巡逻车调度方法，其特征在于实施步骤包括：

1)对化工园区的道路网络进行建模得到图模型G；

2)确定巡逻车的初始配置，包括巡逻车的数量r和每辆巡逻车的初始位置sp；

3)将图模型G进行区域划分成r个区域，每个区域分配一辆巡逻车；

4)构建各辆巡逻车的巡逻转移图pG；

5)将化工厂区、巡逻车建立巡逻博弈模型，在得到各辆巡逻车的巡逻转移图的基础上求解巡逻博弈模型得到各辆巡逻车的最佳巡逻路线；

步骤5)的详细步骤包括：

5.1)将化工厂区、巡逻车建立的巡逻博弈模型：

对参与者进行建模，将化工厂区定义为攻击者、各辆巡逻车定义为防守者；

对策略进行建模：

生成任意区域k中第i个攻击者的策略如下式所示：

上式中，t为释放过量大气污染物的具体开始时间，d_k,i为排放源的工作持续时间；

生成任意区域k中唯一的一辆巡逻车的策略如下式所示：

上式中，策略表示为区域k的巡逻转移图pG_k的边际覆盖向量，其中c_k(s,e)表示巡逻车在区域k中的状态s到达状态e的边际覆盖率，Π表示巡逻转移图pG_k中所有连边的笛卡尔积，即区域k的巡逻转移图pG_k中连边数组pE_k包含的所有连边；

对收益进行建模：

生成任意区域k中防守者的收益和攻击者的收益如下式所示：

上式中，表示攻击失败情况下的防守者获益，表示攻击成功情况下的防守者损失，表示攻击成功情况下的攻击者获益，表示攻击失败情况下的攻击者损失，f^k为攻击成功或失败的概率，概率f^k的计算函数表达式如下式所示：

上式中，为区域k中化工厂区过量排放大气污染物被固定监测站、传感器等固定监测资源探测到的概率，为被巡逻车探测到的概率，概率的计算函数表达式如下式所示：

上式中，只有当巡逻车在正在排放过量大气污染物的化工厂区内巡逻时才有一定概率探测到，在巡逻转移图pG_k上表现为攻击者策略和巡逻者策略有重叠的部分，m表示重叠的情况种类数量，为每一种重叠情况下的探测概率，为巡逻车处于相应重叠情况的概率；

将概率作为选择相应巡逻策略的概率，将防守者的策略用边际覆盖向量表示，确定是的线性多项式：

上式中，Coe_m为系数矩阵，由区域k的巡逻转移图pG_k得到；

最终，建立参与者、策略和收益三个要素构成的巡逻博弈模型如下式所示：

上式中，f^k为攻击成功或失败的概率，m表示重叠的情况种类数量，为区域k中化工厂区过量排放大气污染物被固定监测站、传感器等固定监测资源探测到的概率，为每一种重叠情况下的探测概率，Coe_m为系数矩阵，为边际覆盖向量，表示攻击失败情况下的防守者获益，表示攻击成功情况下的防守者损失，表示攻击成功情况下的攻击者获益，表示攻击失败情况下的攻击者损失；

5.2)在得到区域k的巡逻车的巡逻转移图pG_k的基础上求解巡逻博弈模型得到各辆巡逻车的最佳巡逻路线：针对任意区域k中每个攻击者的策略(t,d_k,i)计算区域k中防守者的收益和攻击者的收益假设攻击者策略是攻击者的最佳响应如下式所示：

上式中，表示攻击者收益的最大值，表示任意攻击者采取任意攻击策略时的收益值，t为释放过量大气污染物的具体开始时间，d_k,i为排放源的工作持续时间，为区域k中任意攻击者的所有攻击策略的集合；t^#表示攻击者收益最大时的攻击开始时间，即攻击者收益最大时释放过量大气污染物的开始时间，表示攻击者收益最大时的攻击持续时间，即攻击者收益最大时排放源的工作持续时间，为用于表示防守者巡逻策略的边际覆盖向量；

设置防守者的目标如下式所示：

上式中，表示防守者的目标，t^#表示攻击者收益最大时的攻击开始时间，表示攻击者收益最大时的攻击持续时间，表示攻击者采取最佳攻击策略时防守者的最佳巡逻策略的边际覆盖向量，为用于表示防守者巡逻策略的边际覆盖向量，表示区域k中防守者的策略集合，表示攻击者收益最大时防守者采取策略的收益；求解获得巡逻博弈模型均衡解如下式所示：

上式中，表示最终得到的边际覆盖向量，t^*表示防守者收益最大时攻击者的攻击开始时间，表示防守者收益最大时攻击者的攻击持续时间，t^#表示攻击者收益最大时的攻击开始时间，表示攻击者收益最大时的攻击持续时间，为区域k中任意攻击者的所有攻击策略的集合，表示防守者的目标；从而得到最终得到的边际覆盖向量即为防守者的最优巡逻策略，并将最优巡逻策略在巡逻转移图上表示为最优巡逻路线。