پایان نامه بررسی و کاربرد هوش ازدحامی در مسئله مدیریت بحران

پایان نامه  بررسی و کاربرد هوش ازدحامی در مسئله مدیریت بحران

چکیده

مدیریت بحران در سالهای اخیر اهمیت بسیاری پیدا کرده است . علت این امر گسترش محیط های شهری و کمبود واحدهای خدمات اورژانسی به نسبت سطح حادثه است . در حوادثی مانند سیل و زلزله همه شهر درگیر حادثه می شود . در چنین شرایطی با واحدهای اورژانسی محدود نمی توان به همه محلهای حادثه دیده نیرو اعزام کرد . در اینجا مسئله مدیریت منابع جهت تخصیص منابع اورژانسی به حوادث براساس اولویت مطرح می شود. هوش ازدحامی روشهای بهینه ای برای مدیریت منابع در بحران ارائه می دهد .  امروزه سیستمهای مدیریت اورژانسی به طور قابل توجهی از این روشهای جدید استفاده می کنند . جهت آزمایش این روشها محیط عملیات نجات روبوکاپ شبیه سازی شده است . در این محیط برای مدیریت بحران با بکارگیری عاملهای مختلف برنامه ریزی می شود . 

واژهای کلیدی

مدیریت بحران  ،  هوش ازدحامی  ،  عملیات نجات روبوکاپ  .  

مقدمه

مسئله مدیریت بحران در سالهای اخیر اهمیت شایانی یافته است . با توسعه محیطهای شهری ،هنگام وقوع یک بحران خطرات جانی و مالی زیادی افراد شهر را تهدید می کند .به این دلیل ایجاد سیستم مدیریت بحران مؤثر و سازمان یافته بسیار ضروری است. هر بحران شامل چندین حادثه با درخواست تعداد معینی واحد اورژانسی است .وضعیت نابهنجار زمانی به وجود می آید که مسئله کمبود منابع و رقابت برای منابع مطرح می شود.با اینکه هر بحران درجه شدت متفاوتی دارد، اما واکنش مناسب به درخواست هر بحران بسیار ضروری است. با تخصیص واحدهای اورژانسی به حوادث به طور خودکار ، گام بلندی در جهت حذف خطاهای بشری برداشته شده است .

در این پروژه روشهای هوش ازدحامی برای تخصیص تعداد بهینه از منابع در محیطی با چند بحران پیشنهاد شده است. این روشها تکنیکهای جدیدی در مدل کردن روند بحرانی با جمعیتی از عاملها و تخصیص منابع است به طوری که همه بحرانها بتوانند از منابع موردنظرشان استفاده کنند. هوش ازدحامی سیستمی است متشکل از تعداد زیادی افراد که با یک کنترل نا متمرکز و خودسامانده متعادل و هماهنگ می شوند . هوش ازدحامی ، منبع الهامی جهت توسعه سیاست های تخصیص گردش کار است. الگوریتم هایی که از این رفتار الهام میگیرند به طور موفقیت آمیزی جهت کاهش زمان های تنظیم شده و زمان های عملکرد در تولید زمان بندی صنعتی به کار میرود .

مدیریت بحران

هر جامعه به یک آرایش از واحدهای واکنش اضطراری برای رسیدگی به وقایع بحرانی گوناگون نیاز دارد. مدیریت بحران یعنی ارسال به موقع منابع مورد نیاز به مناطق بحران زده[1].

پیچیدگی این کار از ناهماهنگی واحدهای واکنش اضطراری مانند ماشینهای آتش نشانی ، آمبولانسها و ماشینهای پلیس ناشی می شود.

انواع روشهای الگوریتمی تخصیص منابع

چندین راه حل الگوریتمی و تعمیمشان برای رسیدن به راه حل های بهینه مسئله تخصیص منبع پیشنهاد شده است. در این بخش بعضی الگوریتمهای کاربردی برای حل مسئله تخصیص منبع بررسی می شود. اگرچه روشهای الگوریتمی برای مسائل تخصیص منبع گسسته و پیوسته بررسی می شود اما الگوریتمهای گسسته به خاطر ارتباطشان با این پروژه اهمیت داده می شود.

برنامه نویسی پویا:

برنامه نویسی پویا برای مسائل بهینه سازی به کار می رود زمانی که مجموعه ای از انتخابها برای رسیدن به یک راه حل بهینه وجود دارد. ممکن است چندین راه حل برای رسیدن به مقدار بهینه وجود داشته باشد. الگوریتم برنامه نویسی پویا می تواند در چهار مرحله طبقه بندی شود:

• تعریف ساختار راه حل بهینه
• تعریف بازگشتی راه حل بهینه
• محاسبه راه حل بهینه
• محاسبه راه حل بهینه در یک روش پایین به بالا
• تهیه راه حل بهینه با استفاده از اطلاعات بدست آمده از مراحل قبلی

الگوریتم ژنتیک

در سال 1975 الحاق اصول تکامل تدریجی روندهای بهینه سازی به طور رسمی انجام شد . برای به کارگیری یک الگوریتم ژنتیک نیاز به بیان راه حلی به عنوان یک ژنوم (یا کروموزوم) است. الگوریتم یک جمعیت اولیه را به عنوان ورودی می گیرد و عملگرهای ژنتیکی (جهش و برش ) را برای استنتاج و یافتن یک راه حل بهینه به کار می برد. مراحل اصلی به کارگیری الگوریتم های ژنتیک در مسائل زمان واقعی به صورت زیر است :

1- تعیین تابع هدف

2- بدست آوردن نمایش ژنتیکی راه حل

3- تعیین عملگرهای ژنتیکی

بازده الگوریتم ژنتیک به پارامترهای کنترلی وابسته است:

-  جمعیت اولیه

-  اندازه جمعیت

-  احتمال برش P_c

-  احتمال جهش P_m

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                       صفحه

فصل اول – مقدمه ............................................................................................................ 1

فصل دوم-مدیریت بحران................................................................................................... 4  

2-1-مقدمه ..................................................................................................................... 4

2-2-مدیریت بحران......................................................................................................... 5

2-3-آژانسهای مدیریت بحران........................................................................................... 8

2-3-1- آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA)......................................................... 8

2-3-2-اینفوسفر- سیستم دریافت و پاسخ................................................................................. 11

2-3-3-سیستم مدیریت بحران (CMS) .................................................................................. 12

2-4-انواع روشهای الگوریتمی تخصیص منابع..................................................................... 14

2-4-1-برنامه نویسی پویا................................................................................................. 14

2-4-2-برنامه نویسی عدد صحیح ....................................................................................  15

2-4-3-روش ضرب کننده لاگرانژ .................................................................................... 16

2-4-4-باز پخت شبیه سازی شده .................................................................................... 18

2-4-5-الگوریتم ژنتیک                                                                                 19

2-4-6- انشعاب و کران                                                                                21

2-4-7- الگوریتم حریص ................................................................................................ 21

2-4-8- جستجوی تابو                                                                                 22

2-4-9- تئوری بازیها                                                                                   23

2-5-عملیات نجات روبوکاپ............................................................................................ 23

2-5-1-ساختار سیستم............................................................................................................. 25

2-5-2-ساختار عاملها                                                                                   25

2-5-3-تشکیل تیم                                                                                      27

فصل3 -هوش ازدحامی..................................................................................................... 29

3-1- مقدمه .................................................................................................................... 29

3-2-الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه ها(ACO) ........................................................... 31

3-2-1-مورچه ها چگونه می توانند کوتاهترین مسیر را پیدا کنند؟......................................... 32

3-2-2-کاربردهای ACO............................................................................................... 34

3-3- الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات (PSO) ................................................................. 34

 3-3-1-الگوریتم pso .................................................................................................. 35

3-3-2 کاربردهای pso ................................................................................................. 37

 3-4-الگوریتم ژنتیکGA ............................................................................................... 37

 3-4-1- الگوریتم GA................................................................................................... 38

3-4-2-کاربردهای GA.................................................................................................. 39

فصل چهارم - استفاده از هوش ازدحامی در مدیریت بحران.................................................... 40

4-1-مقدمه.............................................................................................................................. 40

4-2-هوش ازدحامی ........................................................................................................ 42

4-3-حوزه مدیریت اورژانسی............................................................................................ 44

4-4-روش شناسی............................................................................................................ 46

4-5-مكانیزم های تخصیص كار مرسوم............................................................................... 46

4-6-روند واكنش اورژانسی .............................................................................................. 48

4-7-ساخت و ارزیابی مدل................................................................................................ 49

4-8-روش شبیه سازی.............................................................................................................. 51

4-9-طراحی آزمایشات..................................................................................................... 53

4-10-روش مقایسه مکانیزم.............................................................................................. 54

4-11-رتبه بندی............................................................................................................... 55

فصل پنجم-نتیجه گیری و پیشنهادات .................................................................................. 58

منابع ومراجع .................................................................................................................... 61

فهرست شکلها

عنوان                                                                                                                       صفحه

شکل 1-وقوع چند بحران هم زمان در یک ناحیه شهری............................................................. 6

شکل 2- FEMA – 101SLG فرایند برنامه ریزی................................................................ 9

شکل 3- FEMA- 101SLG سازمان مدیریت منابع............................................................. 10

شکل 4- اینوسفر – نمای کلی................................................................................................. 11

شکل 5- نمای کلی سیستم مدیریت بحران................................................................................ 13

شکل6- ساختار الگوریتم بازپخت شبیه سازی شده..................................................................... 19

شکل 7- ساختار الگوریتم ژنتیک ............................................................................................. 20

شکل 8- روند الگوریتم انشعاب و کران  22