云南大学交巡警服务平台的设置与调度
交巡警服务平台的设置与调度论文 交巡警服务平台的设置与调度摘要本题讨论了如何设置交巡警服务平台、各平台的管辖范围以及警务资源调度问题。实质上是关于多目标的优化问题。针对交巡警服务平台的管辖范围分配及警力调度问题，首先利用图论中的Floyd算法建立A区服务平台与路口节点的路径关系模型，在此基础上对服务平台进行局部调整，并将该方法应用到全市六区的服务平台设置分析与调整中。对于问题一：1.a（1）从正面考虑，先通过最短路径算法求每个服务平台与节点之间的最短路径，根据最短路径的长度，确定每个服务平台能够及时到达的所有节点，再将共有的节点在各服务平台之间合理地分配。对于无法在3分钟内到达的节点(按照就近原则划分给最近的平台。） （2）是关于各平台的分配管辖范围问题，首先编程实现92个路口节点的标号和连线，求出相邻两路口节点之间的距离，建立92*92的邻接矩阵，然后在matlab环境下采用floyd算法求出任意两个点之间的最短距离，从中提取出92*20的矩阵，再引入0-1整型规划模型，最后建立以总路程（时间转化为路程）最小为目标函数，以各个平台发案率均衡为约束条件，建立优化模型，使用Lingo编程实现区域的自动划分； 1.b是关于如何封锁13个交通要道口，以“一个平台的警力最多封锁一个路口”为约束条件，以“最后到达的警力所花时间的最小值（时间转化为路程）”为目标函数，建立相关模型，求出最优解； 1.c是要在原有平台数的基础上增加25个平台，以发案均衡量和出警时间为约束条件，建立模型求出结果，再对结果进行分析适当的增减平台数使目标最优。对于问题二：2.a针对全市的具体情况,分析该市现有交巡警服务平台设置方案的合理性。分区内和区外两方面考虑。首先区内分析，类似A区的做法，对B C D E F各区进行划分平台的管辖范围，再筛选出不合理的平台；其次区外分析，结合各个城区面积和人口的影响，把面积和人口作为权重（采用变异系数赋权法：变异系数又称"标准差率"，是衡量资料中各观测值变异程度的另一个统计量。当进行两个或多个资料变异程度的比较时，如果度量单位与平均数相同，可以直接利用标准差来比较。如果单位和(或)平均数不同时，比较其变异程度就不能采用标准差，而需采用标准差与平均数的比值(相对值)来比较。）进而计算各个区所需平台数，与原有平台数相比较筛选出不合理的平台，建立模型得出解决方案。2.b在该市地点P处发生重大案件，服务平台接到报警后，犯罪嫌疑人已驾车逃跑了3分钟。就可以找出逃犯在3分钟内逃跑的范围，我们以此范围可以部署3道警力防线： 第1道防线：以P中心点到周边3分钟的路程的路口部署警力封锁各个路口，形成第一道封锁圈；第2道防线：由于出警也需要时间，以P中心点到周边(3+t)分钟的路程的路口部署警力封锁各个路口，形成第二道封锁环；第3道防线：封锁该市的出市区的17个交通要道口，防止逃出市区，形成第三道封锁。三道防线同时封锁，层层围堵，最终抓捕逃犯综合使用Matlab、LINGO等软件，运用了最短路径算法、整数规划理论等方法，使得模型不断改进：运用逆向思维建立了更为简便的服务范围规划模型，将节点平均犯案率、平台平均服务人口数引入模型，考虑罪犯驾车逃跑路径的所有可能情况，提出外层堵内层搜的围堵方案，使得问题的求解更为全面、精确。关键词: matlab floyd算法 0-1整型规划 lingo编程 变异系数赋权法一、问题的重述为了更有效地贯彻实施“有困难找警察”职能，需要在市区的一些交通要道和重要部位设置交巡警服务平台。每个交巡警服务平台的职能和警力配备基本相同。由于警务资源是有限的，根据城市的实际情况与需求就合理调度警务资源、管辖范围设置、交巡警服务平台分配提出了以下问题。问题一：1、根据该市中心城区A的交通网络和现有的20个交巡警服务平台的设置情况及相关的数据信息。请为各交巡警服务平台分配管辖范围，使其在所管辖的范围内出现突发事件时，尽量能在3分钟内有交巡警（警车的时速为60km/h）到达事发地。2、对于重大突发事件，如何调度全区20个交巡警服务平台的警力资源，对进出该区的13条交通要道实现快速全封锁。（一个平台的警力最多封锁一个路口）3、由于现有交巡警服务平台的工作量不均衡和有些地方出警时间过长的实际情况，拟在该区内再增加2至5个平台，请确定需要增加平台的具体个数和位置。问题二：1、 针对全市（主城六区A，B，C，D，E，F）的具体情况，按照设置交巡警服务平台的原则和任务，分析研究该市现有交巡警服务平台设置方案（参见附件）的合理性。如果有明显不合理，请给出解决方案。 2、如果该市地点P（第32个节点）处发生了重大刑事案件，在案发3分钟后接到报警，犯罪嫌疑人已驾车逃跑。为了快速搜捕嫌疑犯，请给最佳围堵方案。二、模型假设1出警过程中，警车行驶的总是最短路径；2所有道路均为双行道；3在较短的时间内，服务平台管辖范围里不会出现两个以上的突发事件；4警车抵达路口后，封锁路口需要的时间忽略不计；5交巡警服务平台接警后，准备时间忽略不计，视为立刻出发；6犯罪嫌疑人驾车逃跑时，行驶速度为60km/h。三、符号说明i 全市第i 个路口节点 j 第j个交巡警服务平台 k 第k个出入市区的路口节点 ci 表示第i个路口的发案率 dij 第i个路口节点到第j个交巡警服务平台的最短距离 a1 案发率的偏差限W总 92个交通路口节点的案发率的总和a2 距离的偏差限vm 警车的时速v 犯罪嫌疑人的车速sp p点到全市各出口的距离tj 第j个城区所需的平台个数（j=1,2,3,4,5,6）W1 人均发案率权重W2 人口密度权重Zij 第i个影响因素分别对六个城区的影响程度（i=1,2；j=1,2,3,4,5,6）e 设计合理方案时的指标系数Lk 第k个城区分区后所有距离的平均值 （k=1,2,3,4,5,6）mk 设计合理方案时第k个城区距离的限制条件 nk 设计合理方案时每个区可设置的最少平台数r 每个区的路口总数地图距离和实际距离的比例是1:100000,即1毫米对应100米 四、问题分析一、问题的总体分析 交巡警服务平台的管辖范围分配及警力调度问题是一个具有实际背景的新课题，其本质是运筹与优化问题。涉及的主要知识背景为图论、整数规划以及多目标规划等，可利用最短路径、最优指派以及多目标规划等方法来求解。主要思想为根据实际背景设置约束条件，求解最优目标值，进而给出满足多个目标的最佳方案。二、问题的具体分析 1.a 在每个交巡警服务平台的职能和警力配备基本相同条件下，问题的关键在于求出各个服务平台到每个路口节点的最短路，主要考虑的方向是各个平台管辖范围内的总的时间最短（最短时间可转化为出警的最短路程）与均衡每个平台的发案率这两个因素，显然，这是个双目标问题，为了方便求解，把双目标函数单一化，将各个平台发案率的均衡转化为约束条件建立模型，进而划分出区域。其中，我们引入了0-1规划模型，采用了floyd算法求出图中任意两个站点之间的最短距离，再根据所建立的模型划分出具体区域。具体做法如下：（1）、首先，根据附录2中92个路口节点的横纵坐标，使用matlab编程（程序见附录1），进而将每个节点标号、连线。图形如下：（2）、再用公式算出两两之间的距离（如果有路），得出92*92的邻接矩阵，其中矩阵中的元素表示两两之间的距离，若不存在路，则用一个较大的数代替,在matlab环境下利用floyd算法求出两两之间的最短路程和最短路径，然后从中抽出92个节点分别到20个服务平台的最短距离。（程序见附录2）（3）、引入0-1整型规划变量，然后以92个节点分别到20个服务平台的总的路程最小为目标函数，以各个平台发案率的均衡为约束条件建立优化模型；（4）、使用lingo软件编程，实现区域的自动划分。（程序见附录3）1.b 为了对进出A区的交通要道实现快速全封锁，应该以抵达每个节点时间的长短为主要指标，来分析各区服务平台的合理性，并根据结果来选取合理的节点增设服务平台。这里所用方法与问题一的求解方法相同。建立目标函数为该标准最小，即最大距离最小化问题，以一个平台的警力最多封锁一个路口为约束条件的模型。利用lingo编程从而得出该去交巡警服务平台警力合理的调度方案。（程序见附录4）,1.c 由于现有交巡警服务平台的工作量不均衡和有些地方出警时间过长,为了使工作量，时间量均衡，题中要求增加2至5个平台，所以我们建立了以距离，发案率为权值的目标函数，再根据题意建立最优模型，最终得出需要增加的合适的平台个数和位置。2.a 该题要求按照设置交巡警服务平台的原则和任务，分析研究该市六个主城区现有交巡警服务平台设置方案的合理性。所以要从区内，区外两大方面考虑，整体考虑时人口密度、人均发案率为主要影响因素，我们采用了变异系数赋权法将2个影响因素的权重算出，进而列出每个城区所需的平台个数，然后与现有的进行比较，将明显不合理的城区挑出；内部考虑时出警时间、工作量的均衡性为主要影响因素，因此我们先根据1.a的模型将另外5个城区进行划分，结合题目所给图形可以发现现有交巡警服务平台的分布主要存在两个问题：首先是盲点问题，问题一中在确定管辖范围时可能会有任何服务台在3分钟内都无法到达的路口，我们首先要为这些点根据实际情况增设部分交巡警服务平台。其次是工作量问题，这里我们可以根据所给数据计算出每个交巡警服务平台所管辖范围的发案率，在划分结果的基础上筛选不合理的城区。建立模型将不合理的城区内的服务平台进行适当的增减，重新划分各平台的管辖范围以使得效果最优。2.b 在该市地点P处发生重大案件，服务平台接到报警后，犯罪嫌疑人已驾车逃跑了3分钟。就可以找出逃犯在3分钟内逃跑的范围，我们以此范围可以部署3道警力防线： 第1道防线：以P中心点到周边3分钟的路程的路口部署警力封锁各个路口，形成第一道封锁圈；第2道防线：由于出警也需要时间，同时逃犯还在继续逃跑，就要以P中心点到周边(3+t)分钟的路程的路口部署警力封锁各个路口，形成第二道封锁环；第3道防线：封锁该市的出市区的17个交通要道口，防止逃出市区，形成第三道封锁。三道防线同时封锁，层层围堵，最终抓捕逃犯五、模型的建立与求解模型的建立：一、1.a 该题要求为各交巡警服务平台分配管辖范围，由于时间主要花费在路程上，要达到各平台以最快速度到达突发事件的地点，所以我们主要考虑路线问题，选择最优路线，因此，我们建立了以最短路程为目标，以服务平台的发案率均衡为限制条件的模型来划分区域。（程序见附录2）目标函数： 约束条件： (i=1,2,92 j=1,2,20) （i=1，2，20） (i=1,2，,92) (j=1,2,20)偏差限的确定：我们画出了1.5到2.5之间的所有不同的偏差值与目标最优解的坐标图如下：由图可看出在1.9附近，目标函数值变动最小，为此我们选择1.9为偏差限，此时最优目标函数值为：1236.497求解结果：当a1=1.9时，划分结果最优为：平台1: 68 69 71 73 74 75平台2: 40 43 7
