基于模糊數(shù)的最大覆蓋模型對巡邏哨優(yōu)化的研究

葉建梅+陶應(yīng)奇

[摘 要]目前，在很多部門或單位存在哨位構(gòu)造不合理、設(shè)計不科學(xué)、設(shè)置不規(guī)范、功能不完善等問題，導(dǎo)致較多隱患，險情頻發(fā)。為提高哨兵的執(zhí)勤水平、訓(xùn)練與作戰(zhàn)效率，本文采用梯形模糊數(shù)建立線性規(guī)劃的區(qū)域最大覆蓋模型，優(yōu)化了每個時間段的巡邏哨兵組數(shù)，避免了“暗角”的出現(xiàn)，進(jìn)而提高了巡邏效能。

[關(guān)鍵詞]巡邏哨；梯形模糊數(shù)；最大覆蓋模型

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.24.124

[中圖分類號]E254 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1673-0194（2016）24-0-03

1 引 言

哨位是哨兵執(zhí)勤、警戒、戰(zhàn)備時所在的崗位，是軍人維護(hù)國家領(lǐng)土、邊境與重要部門的眼睛。國家政府機(jī)構(gòu)部門、國家重要目標(biāo)及大型活動、林海、雪原、戈壁、邊疆、春運(yùn)期間各大車站等都設(shè)置了專門的哨位，如軍人參與執(zhí)勤是為提早發(fā)現(xiàn)異常情況，及時發(fā)出警告預(yù)警，做好處置突發(fā)事件的準(zhǔn)備。從執(zhí)勤的方式來看，崗哨主要分為：營門自衛(wèi)哨、大門哨等、巡邏哨、明哨與暗哨。固定哨和巡邏哨是崗哨執(zhí)勤的兩種主要方式。

武警部隊的主要任務(wù)是執(zhí)勤與處理突發(fā)事件，時時刻刻都有數(shù)以萬計的哨兵在一線執(zhí)勤，傳統(tǒng)的哨位的分配已經(jīng)不能滿足時代發(fā)展的需要，又因武警部隊執(zhí)勤區(qū)域廣而復(fù)雜，為了提高執(zhí)勤哨兵的執(zhí)勤水平、訓(xùn)練與作戰(zhàn)效率，需要對哨位進(jìn)行優(yōu)化。武警部隊擔(dān)負(fù)著各種各樣的執(zhí)勤任務(wù)，比如春運(yùn)各大車站的執(zhí)勤，由于春運(yùn)期間是突發(fā)事件發(fā)生的高峰期，為減少突發(fā)事故的發(fā)生，配有專門車站的治安人員、公安人員及武警人員維護(hù)該地區(qū)的安全，但因人員過多、流動性過強(qiáng)、分布較廣，因而，在執(zhí)勤的過程中主要采取的是巡邏哨的方式。而巡邏哨的流動性過強(qiáng)，巡邏人員的隨意性過大，巡邏區(qū)域與區(qū)域間的劃分對哨兵而言不夠明確，巡邏監(jiān)管力度不夠，這些都會導(dǎo)致巡邏“死角”的增加。本文主要從定量的角度合理分配哨位、優(yōu)化巡邏區(qū)域的分配，減少巡哨人員的數(shù)量，避免“死角”的出現(xiàn)，使其更科學(xué)化。

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，軍隊管理的數(shù)字化、信息化，對部隊和軍隊院校的現(xiàn)代化建設(shè)提出越來越高的要求。為滿足在新技術(shù)形勢下的國防建設(shè)需求，保證部隊和軍隊院校日常工作的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從定量的角度科學(xué)合理地優(yōu)化崗哨在國防現(xiàn)代化建設(shè)中已成為共識，同時，也為軍校學(xué)員畢業(yè)后進(jìn)入基層的科學(xué)管理工作奠定了理論基礎(chǔ)。

2 巡邏哨的問題描述與模型構(gòu)建

2.1 問題描述

以春運(yùn)期間某火車站的夜間巡邏哨設(shè)置為例，由于夜間巡邏時視線射程范圍窄，為更好地管理執(zhí)勤工作，需合理優(yōu)化巡邏區(qū)域及巡邏路徑，避免巡邏哨中“死角”的出現(xiàn)，消除執(zhí)勤隱患。根據(jù)火車站建筑物的分布情況、易出現(xiàn)“盲角”的地方及巡邏哨的設(shè)置要求，現(xiàn)將巡邏區(qū)域劃分為八個區(qū)域。

因此，研究的問題可描述為：設(shè)某火車站有8個待巡邏區(qū)域Di（1≤i≤8），已知擬定6組夜間哨兵備選站Sj（1≤j≤6），要求每個巡邏區(qū)域都能指派一組哨兵進(jìn)行巡邏。通過計算，可知每組哨兵從每個哨兵備選站至每個巡邏區(qū)域的總巡邏面積，按照梯形模糊數(shù)表示如表1。如何確定分配方案可使總的巡邏效能最高？

2.2 預(yù)備知識

為便于研究巡邏效率，現(xiàn)引入有效封鎖寬度，對哨兵的巡邏區(qū)域做評估。假設(shè)哨兵的巡邏路徑為AB，不法分子采用定速直線運(yùn)動方式進(jìn)行突破，且突破方垂直于哨兵的巡邏路徑方向，記巡邏速度為Va。在夜間，假定哨兵對目標(biāo)的監(jiān)視范圍為一個長80cm的矩形，ds為探測距離。不法分子能成功突破就是在不進(jìn)入哨兵的監(jiān)視范圍內(nèi)，由巡邏線的一側(cè)移動到巡邏線的另一側(cè)。設(shè)路徑為AB、寬為ds的帶型區(qū)域?yàn)樯诒阉鲙?，如圖1所示。不法分子能否成功突破，主要是不法分子在哨兵的搜索帶內(nèi)，移動期間目標(biāo)與巡邏兵力之間的位置關(guān)系。若想成功突破，不法分子在哨兵搜索帶內(nèi)的巡邏期間，不能允許哨兵經(jīng)過自己的路線。否則，一旦二者的距離小于ds，認(rèn)定為不法分子被發(fā)現(xiàn)。由此可知，要想加大安全程度，應(yīng)盡可能地讓不法分子在哨兵監(jiān)視的搜索帶內(nèi)，或者說提高搜索帶內(nèi)的監(jiān)視時間。

通過有效封鎖寬度對線式巡邏行動的效能描述為：若存在一個垂直于哨兵巡邏路線，寬度為的2ds帶型區(qū)域，不法分子若采用位于該區(qū)域內(nèi)的路線進(jìn)行突破，必被發(fā)現(xiàn)，則稱2ds為巡邏的有效封鎖寬度。

由于夜間可視范圍較窄，很容易出現(xiàn)安全事故或存在安全隱患，所以，為了加大巡邏力度和安全效果，我們采用雙人同向的巡邏方式。為了方便研究，現(xiàn)利用巡邏時的有效封鎖面積來界定巡邏效能。

定義1：有效封鎖面積是指規(guī)定時間內(nèi)探測距離與速度、巡邏時間的乘積的兩倍，即Va=5.4km/h其中，巡邏速度取正常人行走速度為Va=5.4km/h。

定義2：設(shè)模糊數(shù)?的隸屬度函數(shù)為：

3 基于模糊數(shù)的最大覆蓋模型求解

在計算過程中，取所有梯形模糊數(shù)在最優(yōu)解的可能性α=0.9的情形。

（1）若哨兵備選組數(shù)量1≤p≤3時，無最優(yōu)分配方案存在。

（2）若哨兵備選組數(shù)量p=4時，巡邏分配方案為：x63=1，x73=1，x84=1，x54=1，x15=1，x45=1，x26=1，x36=1，可控制巡邏區(qū)域的總面積的最優(yōu)值為Z0=24.2203×103平方米，被選中的哨兵組是第四組到第六組。通過極小化算子，可得出該組解符合要求的可能性為0，故該分配方案不是合理的優(yōu)化方案。

（3）若哨兵備選組數(shù)量x42=1時，巡邏分配方案為：x42=1，x63=1，x73=1，x84=1，x54=1，x15=1，x25=1，x36=1，可控制巡邏區(qū)域的總面積的最優(yōu)值為Z0=24.2643×103平方米，被選中的哨兵組是第二組到第六組。通過極小化算子，可得出該組解符合要求的可能性為100%，故該分配方案是可選擇的優(yōu)化方案。

（4）若哨兵備選組數(shù)量p=6時，巡邏分配方案為：x42=1，x81=1，x63=1，x73=1，x54=1，x15=1，x25=1，x36=1，可控制巡邏區(qū)域的總面積的最優(yōu)值為Z0=24.2643×103平方米，被選中的哨兵組是第二組到第六組。通過極小化算子，可得出該組解符合要求的可能性為100%，故該分配方案是可選擇的優(yōu)化方案。

綜上所述，當(dāng)巡邏組數(shù)為5組或6組時，在同一時間段內(nèi)的可控巡邏區(qū)域總面積均是24.2643×103平方米，為了避免“窩工”現(xiàn)象，因而，采取的最佳巡邏組數(shù)應(yīng)為5組。

4 結(jié) 語

本文主要目的是在尋求較高安全效能的基礎(chǔ)上選擇合理的人員組數(shù)及分配方案，同時盡可能避免了巡邏時出現(xiàn)“暗角”“盲角”的情況。在以后的巡邏中，組織人員可以考慮雙人反向等多種巡邏方式。

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