东南大学马捷获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学申请的专利一种传染病应急资源的多区域协同规划调度方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116013482B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-30发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211603202.6,技术领域涉及:G16H40/20;该发明授权一种传染病应急资源的多区域协同规划调度方法是由马捷;王牵莲;蒋杰辉设计研发完成,并于2022-12-13向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种传染病应急资源的多区域协同规划调度方法在说明书摘要公布了:本发明建立了传染病应急资源的多区域协同规划调度方法,本发明针对传染病研究范围内的居民出行过程进行建模,并刻画传染病在交通网络中的传播特征。将这两者有机结合,本发明建立了多区域传染病扩散模型,预测传染病应急资源的动态需求。以多区域传染病扩散模型为基础,并以系统成本最小化为优化目标,本发明构建了传染病应急资源的多区域协同规划调度模型;通过引入合适的辅助变量求解该模型,本发明获得了传染病应急资源的多区域协同规划调度方案。本发明能够帮助制定更加合理、有效的传染病应急资源多区域协同规划调度方案,更快速、精准地抑制传染病发展态势,从而提高多区域的突发公共卫生事件应对能力。
本发明授权一种传染病应急资源的多区域协同规划调度方法在权利要求书中公布了:1.一种传染病应急资源的多区域协同规划调度方法,其特征在于,该方法包括如下步骤: 1针对传染病研究范围内的居民出行过程进行建模,刻画居民在区域内、区域间的活动状态; 2考虑传染病在交通网络中的传播特征,并将该传播特征有机嵌入居民出行过程中; 3考虑居民出行影响,建立多区域传染病扩散模型; 4根据多区域传染病扩散模型,预测药物、消毒剂应急资源的动态需求; 5以系统成本最小化为优化目标,构建传染病应急资源的多区域协同规划调度模型; 6引入辅助变量,求解传染病应急资源的多区域协同规划调度模型以对传染病应急资源进行多区域协同规划调度; 步骤1中针对传染病研究范围内的居民出行过程进行建模,具体过程为: 假定传染病研究范围内的区域集合为Ω,总共有|Ω|个区域; 令表示区域i∈Ω的登记居民,依据其活动的空间位置,将登记居民分为4个部分:区域i内的居民、从区域i去区域j路上的居民、从区域j回区域i路上的居民、区域j内的居民,分别以Nii、Nij表示,其中,i,j∈Ω且j≠i,则存在如下等式关系: 令gii表示向其他区域出行的比例,则表示区域i的出行居民; 令θij表示向区域j出行的比例,有: 令表示从区域i抵达区域j的比例;令rij表示Nij在区域j内活动的比例;令表示从区域j抵达区域i的比例; 步骤2将传染病在交通网络中的传播特征有机嵌入居民出行过程中,具体方法如下: 根据SIS传染病模型,将研究范围内的人群N分为易感者S和感染者I,N=S∪I,易感者表示身体健康还未感染疾病的人群,感染者表示已经感染疾病的人群; 将居民出行过程与SIS传染病模型结合起来,各空间位置的人群Nii、Nij分为Sii、Sij、Iii、Iij这八种状态,其中,Sii、Sij分别对应表示Nii、Nij中的易感者,Iii、Iij分别对应表示Nii、Nij中的感染者,有Nii=Sii∪Iii,Nij=Sij∪Iij; 对于区域内传播,Sii接触到的概率为λi,接触后被传染的概率为βi;Sij接触到的概率为λj,接触后被传染的概率为βj; 对于区域间传播,令M表示区域间的出行模式集合,M={train,bus};m表示集合M中任一出行模式,m∈M,令表示区域i和区域j之间的出行人群选择模式m的比例,在以模式m出行过程中,从区域i去区域j路上的易感者接触到从区域k去区域l路上的感染者的概率为接触后被传染的概率为感染者恢复健康、变成易感者的概率为τ,假定人群的出生率和死亡率相等,均以μ表示; 步骤3建立的多区域传染病扩散模型具体为: 令fiiS,I、fijS,I分别表示Sii、Sij因接触感染者而被传染疾病的人数,令分别表示因在出行过程接触感染者而被传染疾病的人数,具体为: Sii状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,Sii状态人群的动态演化方程为: 状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,状态人群的动态演化方程为: Sij状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,Sii状态人群的动态演化方程为: 状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,状态人群的动态演化方程为: Iii状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,Iii状态人群的动态演化方程为: 状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,状态人群的动态演化方程为: Iij状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,Sii状态人群的动态演化方程为: 状态人群的动态演化关系为: 转化为数学表达式,状态人群的动态演化方程为: 综上,对于任一区域i∈Ω,考虑居民出行的多区域传染病扩散模型如下: 步骤5构建的传染病应急资源的多区域协同规划调度模型具体为: 令P表示所有的应急资源仓库集合,任一仓库p∈P,Pi表示区域i∈Ω的应急资源仓库集合,P=∪i∈IPi,令T表示系统规划、建设及运作的时间段集合,任一时段t∈T; 以系统成本最小化为目标建立优化模型,包括仓库选址成本、设施建设成本、资源采购成本、仓储成本和短缺成本,目标函数如下: 式中,cp表示资源仓库p∈P的选址费用,该费用固定,xp为0‑1变量,xp=1表示仓库p被选址建立,反之xp=0,∑p∈pcpxp表示系统的仓库选址成本,cap表示资源仓库p∈P单位规模的设施建设费用,yp表示仓库p的设施建设规模,∑p∈Pcapyp表示系统的设施建设成本,cs表示单位数量的资源s的采购费用,表示区域i所采购资源s的数量,表示系统的应急资源采购成本,表示区域i内单位数量的资源s的仓储费用,表示区域i在t时段内关于资源s的仓储数量,表示系统的应急资源仓储成本,表示区域i内单位数量的资源s的短缺费用或因短缺带来的经济损失,表示区域i关于资源s的短缺数量,表示系统的应急资源短缺成本; 对于该优化模型,有如下约束: 式中,Bi表示区域i的应急预算;bji表示其他区域j∈Ω\{i}对区域i的应急援助,该约束表示:区域i内用于应急资源仓库规划建设及资源采购的费用不得超过可用的应急预算与应急援助; 该约束表示区域i是否接受其他区域j∈Ω\{i}的应急援助,这一约束是多区域间的应急预算合作机制,若每个区域的应急预算仅限于本区域使用,则式中,表示资源仓库p∈P的允许建设规模,该约束表示:资源仓库的建设规模不得超过允许建设规模; 式中,rs表示单位数量的资源s所需要的存储空间,该约束表示:为仓库p采购的资源的存储空间不得超过该仓库的建设规模; 式中,表示在t=0时根据预算合作机制从区域j∈Ω\{i}预调度到区域i的资源s的数量,ηij表示区域i与区域j∈Ω\{i}之间的应急资源转化率,该约束保证了区域j∈Ω\{i}向区域i援助的应急资源的总价值; 式中,表示在时间段t内区域i对于资源s的需求,该约束表示区域i内应急资源的均衡状态,即区域i对资源s的需求,等于该地区资源s的短缺数量与采购数量之和; 式中,表示应急管理中心机构在t=0时从区域i再调度到区域j∈Ω\{i}的资源s的数量;表示应急管理中心机构在t=0时从区域j再调度到区域i∈Ω\{j}的资源s的数量;二者均为应急管理中心机构的资源再调度变量,表示t=0时区域i对于资源s的需求,该约束为应急资源的仓储约束,即应急资源储备与跨区域协调之间的均衡约束; 这两个约束保证了预调度和再调度过程中,各区域之间不发生循环调度; 这一约束限制了区域之间能够预调度和再调度的资源数量之和,不得超过该区域采购的资源数量; 以上约束表示了各决策变量的类型,其中,xp为0‑1变量;yp、为非负整数,即属于非负整数集合bij、为非负的连续变量; 综上,传染病应急资源的多区域协同规划调度模型为: s.t.步骤6求解传染病应急资源的多区域协同规划调度模型的具体过程为: 传染病应急资源的多区域协同规划调度模型本质上是一个混合整数非线性规划模型,包括以下四个非线性约束: 引入辅助变量,将这四个非线性约束一一转换为线性约束,具体为: 式中,和均为正无穷大,保证辅助0‑1变量φi、对原决策变量不产生影响,表示在时间段t内根据预算合作机制从区域j∈Ω\{i}预调度到区域i的资源s的数量,表示在时间段t内根据预算合作机制从区域i∈Ω\{j}预调度到区域j的资源s的数量,转化后的模型为一个混合整数线性规划模型,用Cplex或Gurobi求解器求解。
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