文/閆 華 李 耀 林世崗

基于GIS的野戰(zhàn)油庫空間多準則選址模型

文/閆 華 李 耀 林世崗

摘 要：本文根據(jù)野戰(zhàn)油庫的選址要求和特點，建立了野戰(zhàn)油庫選址評價準則體系；采用成對比較法計算得到各準則權重，建立了野戰(zhàn)油庫選址的綜合評價函數(shù)，以ArcGIS作為仿真工具，利用基于GIS的野戰(zhàn)油庫空間多準則選址模型，對某區(qū)域內(nèi)的選址適宜性進行了分析，結果驗證了模型的有效性。

關鍵詞：野戰(zhàn)油庫；選址；地理信息系統(tǒng)；空間多準則

1.引言

野戰(zhàn)油庫是野戰(zhàn)條件下在戰(zhàn)役或戰(zhàn)術后方地域內(nèi)臨時開設的可移動的油料倉庫，它依托后方油庫、野戰(zhàn)輸油管線，負責向作戰(zhàn)部隊供應油料，是溝通戰(zhàn)役油料保障系統(tǒng)與戰(zhàn)術油料保障系統(tǒng)的橋梁。開設野戰(zhàn)油庫是戰(zhàn)役油料主管部門和擔負有開設野戰(zhàn)油庫任務的后方油庫的一項重要工作[1]。野戰(zhàn)油庫具有開設急促、收發(fā)頻繁、防護困難及隨時轉(zhuǎn)移等特點，其選址與作戰(zhàn)緊密結合，不僅涉及軍事效益，還需要考慮多方面的綜合影響[2]。野戰(zhàn)油庫選址的評價指標中既有軍事因素又涉及地理和社會經(jīng)濟因素，是一類復雜的多準則決策問題。目前對野戰(zhàn)油庫選址問題的研究采用的主要方法有多目標模糊決策方法[1]、層次分析法與模糊綜合評價[3，4]、決策樹方法[5]、重心法[6]和集對分析方法[7]等。上述各種方法的優(yōu)點是能夠綜合考慮各種因素，根據(jù)指標對備選方案進行排序，缺點是對不同備選方案的指標取值涉及較多的人為主觀因素，難以真實反映指標取值。

野戰(zhàn)油庫選址的各項指標中，大部分均與地理信息密切相關。比如：與主要保障單位、后方油庫及主要襲擊目標之間的距離指標，可以由研究區(qū)域的主要軍事目標和力量配置圖表示；交通條件指標，可以由研究區(qū)域內(nèi)的鐵路、公路圖表示；地形隱蔽指標可以由研究區(qū)域的土地利用狀況圖表示，如森林、丘陵、山地等隱蔽性要優(yōu)于平原地帶。因此，基于地理信息系統(tǒng)對野戰(zhàn)油庫站選址進行研究，具有過程簡單、結果直觀的優(yōu)點，能夠充分利用擬開設油庫地域的地理信息（如交通數(shù)、高程、坡度和土地利用狀況數(shù)據(jù)等），使得分析結果更加準確全面。

2. 基于GIS的多準則決策分析

多準則決策分析（multi-criteria decision analysis，M CDA），也叫做多準則決策制訂（multi-criteria decision m aking，M CDM），是在一些不相關、不一致的規(guī)則的基礎上，評估一系列可供選擇的方案和策略，從中找出最優(yōu)決策的分析方法[8，9]。一個多準則決策問題可用如下關系式來表示，式中f(x)是多準則決策問題的目標函數(shù)，c為準則，d為準則權重。

地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）的基本功能是對與地理、空間位置有關的數(shù)據(jù)和信息的顯示、操作和分析，而G IS的空間分析功能則可以基于這些數(shù)據(jù)和信息，為資源配置、環(huán)境評價、優(yōu)化選址、土地利用和城市模擬等應用領域提供分析結果，制訂決策和計劃[10，11]?；贕IS的空間多準則決策分析問題所涉及的問題、方案、決策、規(guī)則、變量和影響因子等都具有空間特性，其基本原理是基于GIS數(shù)據(jù)庫，按照每條準則的特性來生成準則圖。然后利用GIS數(shù)據(jù)圖層的疊加操作，將每個準則圖層與對應的權重相乘，對加權后的準則圖層進行疊加操作，得到一個結果圖層，這個圖層就是分析得到的綜合評價結果。基于GIS的空間多準則決策分析原理如圖1所示。

3.野戰(zhàn)油庫的空間多準則選址模型

3.1 野戰(zhàn)油庫選址評價準則

圖1 基于GIS的空間多準則決策分析原理

圖2 野戰(zhàn)油庫選址評價準則體系

野戰(zhàn)油庫選址必須適應后方配置，便于組織油料供應和保障油庫安全。綜合文準則1獻[1，3，5，7]中對影響野戰(zhàn)油庫選址因素的分析，將野戰(zhàn)油庫站主要評價準則歸納如下：

（1）位置恰當 庫址應選擇在主要作戰(zhàn)方向便于機動的位置上，既便于保障主要作戰(zhàn)方向，也能兼顧次要方向；既便于對下供應，又便于上級補給。油庫還應避開大居民點等明顯目標。

（2）交通方便 油庫應靠近主要公路或水陸交叉點，有條件時應爭取靠近鐵路。

（3）地形因素 油庫應盡量選擇在具有良好的隱蔽、防護和天然偽裝條件的山地、丘陵地、森林地，以便充分利用自然防護能力，還應有方便的水源。

（4）地幅適當 庫區(qū)地幅大小要與油庫的容量、儲存方式和供應任務相適應。根據(jù)分散配置的要求，油庫地幅應使油料和油料裝備有足夠的設置空間，車輛有足夠的行駛空間，并便于組織警防和管理。

通過分析各影響因素，建立了野戰(zhàn)油庫選址評價準則體系，如圖2所示。

3.2 準則權重計算

空間多準則問題需要使用多條準則來幫助制訂決策，但不同的準則對結果的貢獻比例也不同。在多準則決策中，使用權重來衡量準則的相對重要性，權重的大小決定了該條準則對結果的影響比重，對準則的重要性分配權重可以改變每個評估準則的決策變量的順序。

權重通常要進行歸一化處理，對于一個包含n個準則的準則集，對應的權重集這個關系。常用的確定空間多準則決策問題權重的方法有人為判斷法、排序法、排序指數(shù)法和成對比較法。成對比較法源于Saaty的層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）[12]，其最大優(yōu)點在于每次比較時只考慮當前的兩條準則，比較容易確定準則之間重要性的相對關系，是多準則決策問題中確定準則權重最常用的方法之一。

本文采用成對比較法，計算得到野戰(zhàn)油庫選址評價體系中各準則的權重如表1所示。

3.3 綜合評價函數(shù)

多準則決策的核心問題是怎樣整合多條準則，使之成為一個單指標，通過這個指標對所有可行方案排序，就是要建立一個綜合評價函數(shù)，即決策規(guī)則?，F(xiàn)有多種建立評估函數(shù)的方法，其中線性加權法是基于GIS的空間多準則決策分析中應用最多的方法之一。

線性加權法基于GIS數(shù)據(jù)圖層的疊加操作，將每個準則圖層與對應的權重相乘（加權過程），然后對加權后的準則圖層進行疊加操作，得到評價結果圖層。利用線性加權法建立的野戰(zhàn)油庫選址綜合評價函數(shù)為

表1 準則權重計算

圖3 研究區(qū)域的土地利用和部隊分布

圖4 研究區(qū)域內(nèi)野戰(zhàn)油庫選址的適宜性分析

圖5 野戰(zhàn)油庫選址方案評價結果

式中Yi是第i個油庫選址方案的最終得分，Xij是第i個油庫站在第j個準則下的得分，Wj是第j個準則的權重值。對Yi進行排序，Y值大的位置就是開設野戰(zhàn)油庫的最佳地點。

4.仿真算例

數(shù)據(jù)準備：某地區(qū)待供部隊分布圖，后方油庫分布圖，主要公路和鐵路圖，土地利用圖，高程圖等。其中土地利用圖和高程圖為柵格數(shù)據(jù)，待供部隊分布、后方油庫分布以及主要公路和鐵路圖為矢量數(shù)據(jù)。

選取ArcGIS10.0作為仿真工具，通過ArcCatalog添加所有的柵格和矢量數(shù)據(jù)文件到ArcM ap中，研究區(qū)域內(nèi)的土地利用和部隊分布如圖3所示。

利用ArcGIS10.0中的緩沖區(qū)分析、疊置分析、空間分析模塊等分析工具，根據(jù)評價準則依次進行分析，最后通過對各準則分析圖層進行加權疊加，得到對研究區(qū)域內(nèi)野戰(zhàn)油庫選址的適應性分析圖，如圖4所示，圖中顏色越深的地方表明開設野戰(zhàn)油庫的適應性越高。綜合顯示土地利用數(shù)據(jù)等圖層，得到最終分析結果如圖5所示，圖中黑色顯示部分為最適宜開設野戰(zhàn)油庫的地點。

5.結論

基于GIS的空間多準則野戰(zhàn)油庫選址模型用于輔助制定野戰(zhàn)油庫開設方案。根據(jù)野戰(zhàn)油庫的開設要求和特點，建立了野戰(zhàn)油庫選址評價準則體系，計算得到各準則權重，并建立了野戰(zhàn)油庫選址的綜合評價函數(shù)。基于本文建立的野戰(zhàn)油庫選址模型，以ArcGIS作為仿真工具，對某區(qū)域內(nèi)的選址適宜性進行了分析，結果表明基于GIS的空間多準則選址過程簡潔直觀，能夠充分利用與選址相關的地理信息，使分析結果更加準確全面。

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〔基金項目：解放軍后勤工程學院青年基金資助項目〕

作者單位：（解放軍后勤工程學院）