基于GIS的野战油库空间多准则选址模型

2014-04-14林世岗

中国储运 2014年12期

文/闫华李耀林世岗

基于GIS的野战油库空间多准则选址模型

文/闫华李耀林世岗

摘要：本文根据野战油库的选址要求和特点，建立了野战油库选址评价准则体系；采用成对比较法计算得到各准则权重，建立了野战油库选址的综合评价函数，以ArcGIS作为仿真工具，利用基于GIS的野战油库空间多准则选址模型，对某区域内的选址适宜性进行了分析，结果验证了模型的有效性。

关键词：野战油库；选址；地理信息系统；空间多准则

1.引言

野战油库是野战条件下在战役或战术后方地域内临时开设的可移动的油料仓库，它依托后方油库、野战输油管线，负责向作战部队供应油料，是沟通战役油料保障系统与战术油料保障系统的桥梁。开设野战油库是战役油料主管部门和担负有开设野战油库任务的后方油库的一项重要工作[1]。野战油库具有开设急促、收发频繁、防护困难及随时转移等特点，其选址与作战紧密结合，不仅涉及军事效益，还需要考虑多方面的综合影响[2]。野战油库选址的评价指标中既有军事因素又涉及地理和社会经济因素，是一类复杂的多准则决策问题。目前对野战油库选址问题的研究采用的主要方法有多目标模糊决策方法[1]、层次分析法与模糊综合评价[3，4]、决策树方法[5]、重心法[6]和集对分析方法[7]等。上述各种方法的优点是能够综合考虑各种因素，根据指标对备选方案进行排序，缺点是对不同备选方案的指标取值涉及较多的人为主观因素，难以真实反映指标取值。

野战油库选址的各项指标中，大部分均与地理信息密切相关。比如：与主要保障单位、后方油库及主要袭击目标之间的距离指标，可以由研究区域的主要军事目标和力量配置图表示；交通条件指标，可以由研究区域内的铁路、公路图表示；地形隐蔽指标可以由研究区域的土地利用状况图表示，如森林、丘陵、山地等隐蔽性要优于平原地带。因此，基于地理信息系统对野战油库站选址进行研究，具有过程简单、结果直观的优点，能够充分利用拟开设油库地域的地理信息（如交通数、高程、坡度和土地利用状况数据等），使得分析结果更加准确全面。

2. 基于GIS的多准则决策分析

多准则决策分析（multi-criteria decision analysis，M CDA），也叫做多准则决策制订（multi-criteria decision m aking，M CDM），是在一些不相关、不一致的规则的基础上，评估一系列可供选择的方案和策略，从中找出最优决策的分析方法[8，9]。一个多准则决策问题可用如下关系式来表示，式中f(x)是多准则决策问题的目标函数，c为准则，d为准则权重。

地理信息系统（geographic information system，GIS）的基本功能是对与地理、空间位置有关的数据和信息的显示、操作和分析，而G IS的空间分析功能则可以基于这些数据和信息，为资源配置、环境评价、优化选址、土地利用和城市模拟等应用领域提供分析结果，制订决策和计划[10，11]。基于GIS的空间多准则决策分析问题所涉及的问题、方案、决策、规则、变量和影响因子等都具有空间特性，其基本原理是基于GIS数据库，按照每条准则的特性来生成准则图。然后利用GIS数据图层的叠加操作，将每个准则图层与对应的权重相乘，对加权后的准则图层进行叠加操作，得到一个结果图层，这个图层就是分析得到的综合评价结果。基于GIS的空间多准则决策分析原理如图1所示。

3.野战油库的空间多准则选址模型

3.1 野战油库选址评价准则

图1 基于GIS的空间多准则决策分析原理

图2 野战油库选址评价准则体系

野战油库选址必须适应后方配置，便于组织油料供应和保障油库安全。综合文准则1献[1，3，5，7]中对影响野战油库选址因素的分析，将野战油库站主要评价准则归纳如下：

（1）位置恰当库址应选择在主要作战方向便于机动的位置上，既便于保障主要作战方向，也能兼顾次要方向；既便于对下供应，又便于上级补给。油库还应避开大居民点等明显目标。

（2）交通方便油库应靠近主要公路或水陆交叉点，有条件时应争取靠近铁路。

（3）地形因素油库应尽量选择在具有良好的隐蔽、防护和天然伪装条件的山地、丘陵地、森林地，以便充分利用自然防护能力，还应有方便的水源。

（4）地幅适当库区地幅大小要与油库的容量、储存方式和供应任务相适应。根据分散配置的要求，油库地幅应使油料和油料装备有足够的设置空间，车辆有足够的行驶空间，并便于组织警防和管理。

通过分析各影响因素，建立了野战油库选址评价准则体系，如图2所示。

3.2 准则权重计算

空间多准则问题需要使用多条准则来帮助制订决策，但不同的准则对结果的贡献比例也不同。在多准则决策中，使用权重来衡量准则的相对重要性，权重的大小决定了该条准则对结果的影响比重，对准则的重要性分配权重可以改变每个评估准则的决策变量的顺序。

权重通常要进行归一化处理，对于一个包含n个准则的准则集，对应的权重集这个关系。常用的确定空间多准则决策问题权重的方法有人为判断法、排序法、排序指数法和成对比较法。成对比较法源于Saaty的层次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）[12]，其最大优点在于每次比较时只考虑当前的两条准则，比较容易确定准则之间重要性的相对关系，是多准则决策问题中确定准则权重最常用的方法之一。

本文采用成对比较法，计算得到野战油库选址评价体系中各准则的权重如表1所示。

3.3 综合评价函数

多准则决策的核心问题是怎样整合多条准则，使之成为一个单指标，通过这个指标对所有可行方案排序，就是要建立一个综合评价函数，即决策规则。现有多种建立评估函数的方法，其中线性加权法是基于GIS的空间多准则决策分析中应用最多的方法之一。

线性加权法基于GIS数据图层的叠加操作，将每个准则图层与对应的权重相乘（加权过程），然后对加权后的准则图层进行叠加操作，得到评价结果图层。利用线性加权法建立的野战油库选址综合评价函数为

表1 准则权重计算

图3 研究区域的土地利用和部队分布

图4 研究区域内野战油库选址的适宜性分析

图5 野战油库选址方案评价结果

式中Yi是第i个油库选址方案的最终得分，Xij是第i个油库站在第j个准则下的得分，Wj是第j个准则的权重值。对Yi进行排序，Y值大的位置就是开设野战油库的最佳地点。

4.仿真算例

数据准备：某地区待供部队分布图，后方油库分布图，主要公路和铁路图，土地利用图，高程图等。其中土地利用图和高程图为栅格数据，待供部队分布、后方油库分布以及主要公路和铁路图为矢量数据。

选取ArcGIS10.0作为仿真工具，通过ArcCatalog添加所有的栅格和矢量数据文件到ArcM ap中，研究区域内的土地利用和部队分布如图3所示。

利用ArcGIS10.0中的缓冲区分析、叠置分析、空间分析模块等分析工具，根据评价准则依次进行分析，最后通过对各准则分析图层进行加权叠加，得到对研究区域内野战油库选址的适应性分析图，如图4所示，图中颜色越深的地方表明开设野战油库的适应性越高。综合显示土地利用数据等图层，得到最终分析结果如图5所示，图中黑色显示部分为最适宜开设野战油库的地点。

5.结论

基于GIS的空间多准则野战油库选址模型用于辅助制定野战油库开设方案。根据野战油库的开设要求和特点，建立了野战油库选址评价准则体系，计算得到各准则权重，并建立了野战油库选址的综合评价函数。基于本文建立的野战油库选址模型，以ArcGIS作为仿真工具，对某区域内的选址适宜性进行了分析，结果表明基于GIS的空间多准则选址过程简洁直观，能够充分利用与选址相关的地理信息，使分析结果更加准确全面。

参考文献

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[4]郭海华，吴家锋，徐华.基于层次分析法的机场野战油库选址研究[J]. 中国储运，2009，1: 121～122.

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