基于蚁群算法的突发性水污染应急物资调配

王彦贺　匡正

摘要：随着工业现代化的发展，带来了经济的增长，但同时也在不断破坏着环境，突发性水污染事件频发，如2014年兰州苯污染、2013年山西苯胺污染、2012年龙江镉污染；《国家环境保护“十二五”规划（2011-2015）》提出要完善应急决策、指挥调度系统。本文主要通过对突发性水污染的特性，及应急物流的特点进行分析，提出了数学模型，通过改进的蚁群算法进行求解。最后通过实例仿真，验证其有效性。

关键词：突发性水污染； 应急物资调度； 蚁群算法； 数学模型

中图分类号：TP393.4 文献标识码：A文章编号：2095-2163（2014）04-0075-04

Abstract：While the development of modern industry has brought economic growth， the environment is constantly destroyed， which caused frequent incidents of sudden water pollution， such as benzene pollution in Lanzhou in 2014， 2013， Shanxi aniline contamination， 2012 Long Jiang cadmium pollution； "National Environmental Protection" Twelfth five Year Plan "（2011-2015）" proposed to improve emergency decisions， command and Control System. In this paper， through the characteristics analysis of sudden water pollution， and the characteristics of emergency logistics ， a mathematical model is solved by improved ant colony algorithm. After that， an example simulation in done to verify its validity.

Key words：Sudden Water Pollution； Emergency Supplies Distribution； Ant Colony Algorithm； Mathematical Model

0引言

工业现代化的高度发展，使得越来越多的化学用品在生产，生活的各个领域获得了广泛应用，其直接后果之一就是对人们赖以维系的水环境造成了现实威胁。众所周知的是，突发性水污染具有重大的危害性。首先，由于水是日常生活的必需品，水体污染将直接威胁人们的生命安全和身体健康；其次，水污染会造成一定的经济损失，同时还需要大量的资金用以治理维护，以至于需要付出巨大的经济代价；最后，当人们得知水源受到污染时，必然会形成一定的心理压力，甚至引发不必要的恐慌，这将不利于社会的平稳发展。基于此，一旦污染发生后的快速应急物资调配对治理工作的顺利、即时开展即显得至关重要。本文将对其进行专题探讨和论述。

应急物资调配属于组合优化问题。由Dorigo[1-3]等人通过模拟蚂蚁觅食过程而提出的蚁群算法，已经广泛应用在组合优化、函数优化、网络路由、数据挖掘等众多领域的问题求解中，而且取得了不错的效果。

1突发性水污染的应急物资调配模型

在应急物资调配领域，刘春林[4-7]等人较早开始研究，并取得了丰富的成果，具体表现在：建立了单资源条件下以最早应急开始时间为目标的应急物资调配模型和应急物资需求约束、多出救点，限制时间的条件下以应急响应时间最短，出救点数目最少为目标的应急物资调配模型，并对模型进行了优化、求解和验证。戴更新[8]等人则对多资源组合的应急调度问题进行了研究。张婧[9]等人更建立了基于偏好序的多事故应急物资调配博弈模型。其后，杨继君[10]等人又对面向非常规突发事件的应急资源合作博弈调度进行了研究。

1.1模型的描述

突发性水污染事件具有一定的流域性，这是由于水体的流域性而决定的。污染物在进入水体后，首先会在水体中向四周扩散，同时会因为水流运动而向下游进行迁移，就将对下游居民的生活饮用水、工农业用水造成严重的安全隐患。

水污染由于流域性而进行扩散，当某地发生污染时，需要治理救援的地点经常是多个，为了将应急物资快速调配到多个需求点，就需要多个出救点的共同参与；水污染也具有持续性，如果不能从速治理，污染程度将不断加深，需要的救援物资也将随之增加，因而这是一种时变需求。针对上述分析，本文将对“带时变需求的多出救点，多需求点模型”进行系统研究，并给出其完整的研究过程。

突发性水污染应急物资调配模型建立在一定的假设条件下：

（1）多个出救点的物资总量满足多个需求点的物资需求量。

（2）在突发性水污染的紧迫条件下，不考虑出救点的车辆路径和运力约束。

（3）每个需求点的物资需求量，将随时间线性增长。

（4）需求点治理水污染时，物资将不断消耗，但物资供给不能中断，否则治理工作将停止。

4结束语

突发性水污染具有日益严峻的危害性，应急物资的调配对突发性水污染的治理救援工作具有重要的理论及现实意义。通过应急物资调配的需求分析，本文建立了适合突发性水污染的应急物资调配模型。对于模型的求解，则采用了应用广泛的蚁群算法，由于蚁群算法的缺点，则使用了自适应性挥发因子的改进。而且经过仿真算例，进一步验证了模型和算法的有效性。

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