多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法

摘要

本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，属于农机运维服务技术领域。本发明实现方法为：依据现有行政区划，选择合适的行政级别，将服务区域划分为空间单元，获取每个空间单元的需求数量。根据多服务商原则和服务提供商之间需求转移原则，建立服务提供商分配变量。根据各服务区域需求量的最大相差量最小原则，建立多服务商协同模式下的服务区域重划分模型，根据求解该模型输出的优化方案，优化平衡超负荷区域的服务需求，提高服务提供商的服务效率，最大程度利用维修资源，缓解服务网络内供需不平衡的问题。此外，本发明采用模拟退火算法求解，能够提高求解效率和求解结果的鲁棒性，快速生成农机运维服务区域重划分方案。

说明书

技术领域

本发明涉及一种多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，属于农机运维服务技术领域。

背景技术

我国幅员辽阔，农耕面积巨大，在收获季节，农业机械长时间连续工作，故障维修需求爆炸性增加。如果不能给故障农机提供及时的维修服务，将严重影响收割进度，造成经济损失。农机运维服务网络是为故障农机提供维修服务而形成的包含制造商、服务提供商、农机用户等多个主体和各类维修物资的网络。运维服务网络给故障农机提供及时性的维修服务，为农机装备的持续性作业提供保障。运维服务网络的设计包括服务站的选择、服务资源的分配和服务区域的划分。其中服务区域划分是将相邻的空间单元聚集成一个区域，并保持该区域内空间单元的连续性。服务区域划分是否合理影响到服务响应及时性、服务资源与服务需求匹配均衡性、服务效率等一系列和服务质量密切相关的指标。

当前运维服务区域的划分主要依据现有行政区划。农机跨区作业近年来逐渐增多，仅依据行政区划形成的服务网络在为跨区农机提供维修服务时有很大的局限性，无法保证服务效率。另一方面，当前的服务区域划分方法下，一个服务区域内仅有一个服务提供商。在此情况下出现了有些服务提供商因服务资源有限无法满足本区域的所有维修需求，有些服务提供商因区域内维修需求量少维修资源过剩的现象。这样的服务区域划分方法导致服务网络内供需不平衡，难以最大程度利用服务资源。

发明内容

针对于当前服务区划下服务资源维修需求匹配不均衡、服务响应不及时的问题，本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法要解决的技术问题是：以行政区域划分为基础整合重划新的服务区域，通过维修需求转移实现多服务商的协同运维，最大程度利用维修资源，缓解服务网络内供需不平衡的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，依据现有行政区划，选择合适的行政级别，将服务区域划分为空间单元，获取每个空间单元的需求数量。根据多服务商原则和服务提供商之间需求转移原则，建立服务提供商分配变量。根据各服务区域需求量的最大相差量最小原则，建立多服务商协同模式下的服务区域重划分模型，根据求解该模型输出的优化方案，优化平衡超负荷区域的服务需求，提高服务提供商的服务效率，最大程度利用维修资源，缓解服务网络内供需不平衡的问题。

本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，包括如下步骤：

步骤一、依据现有行政区划，选择合适的行政级别，将服务区域划分为空间单元，空间单元的集合记为I。获取每个空间单元的需求数量，需求数量的集合记为D。

依据现有行政区划，选择合适的行政级别，将服务区域划分为空间单元，空间单元的集合记为I，I＝{I

步骤二、根据多服务商原则和服务提供商之间需求转移原则，建立服务提供商分配变量的初始矩阵。

根据多服务商原则和服务提供商之间需求转移原则，建立服务提供商分配变量x

其中B为m×i矩阵，表示服务区域内的m个服务提供商和i个空间单元之间的服务关系。矩阵B中元素为1时，表示第i个空间单元被m服务提供商服务，元素为0时，表示第i个空间单元不被m服务提供商服务。第i个空间单元能够同时被一个以上的服务提供商服务，即矩阵中每一列的和大于等于1；每一个服务提供商为多个空间单元提供服务，每一行的和代表服务提供商服务空间单元的数量。

步骤三、根据各服务区域需求量的最大相差量最小原则，建立多服务商协同模式下的服务区域重划分模型。依据步骤一中的空间单元集合I和需求集合D，根据步骤二构建的分配变量，以各服务区域需求量的最大相差量最小为优化目标建立优化模型。

目标函数为：

minz

约束条件为：

Z≥Δd

z表示最大需求差；变量Δd代表服务提供商之间的需求差；m,n表示有服务提供商的空间单元编号；k表示划分后的第k个区域；x

步骤四、对步骤三中建立的多服务商协同模式下的服务区域重划分模型进行求解，通过需求转移、整合重划区域、多服务商协同运维，获得新的服务区域划分方案，优化平衡超负荷区域的服务需求，提高服务提供商的服务效率，最大程度利用维修资源，缓解服务网络内供需不平衡的问题。

为了扩大搜索空间，提高求解结果的鲁棒性，步骤四对步骤三中建立的多服务商协同模式下的服务区域重划分模型进行求解，所述求解方法选用模拟退火算法，具体实现方法为：

步骤4.1：生成初始解，即初始空间单元划分方案，将现有的空间单元方案作为初始解。

步骤4.2：生成新解，即新的空间单元划分方案，在初始解的基础上，随机选择两个服务区域，通过交换两个区域的任意两个空间单元生成新解。为了确保每个地区至少包含一个服务提供商，每生成一个新解都会被验证。如果存在某个区域没有服务提供商，则重复生成新的解决方案，直到每个区域至少有一个服务提供商。

步骤4.3：计算目标函数值，在这个阶段，计算目标函数的值，比较新解和当前解的目标函数值。对于每个解决方案，计算每个地区的总需求和地区之间的最大需求差异。假设每个区域都是连续的，对于违反此约束的地区，目标函数值将增加一个大的正数M作为惩罚。

步骤4.4：判断迭代次数是否达到预设次数，模拟退火算法设置一个非常高的初始温度。每次迭代，温度值通过乘以一个从0到1的随机数来减少。当指定的最大迭代次数完成时，程序终止，输出服务区域重划分结果，根据所述服务区域重划分结果得到服务区域划分方案；此外，在连续几次迭代局部最小值不再有改善时，迭代终止；若不满足终止条件则返回步骤4.3。

有益效果

1、本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，基于各服务区域需求量的最大相差量最小原则，建立多服务商协同模式下的服务区域重划分模型，能够优化平衡超负荷区域的服务需求，提高服务提供商的服务效率。

2、本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，以行政区域划分为基础整合重划新的服务区域，通过维修需求转移实现多服务商的协同运维，能够最大程度利用维修资源，缓解服务网络内供需不平衡的问题。

3、本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，采用模拟退火算法进行求解，能够提高求解效率和求解结果的鲁棒性，快速生成农机运维服务区域重划分方案。

附图说明

图1是实施例1的湖南省当前服务站服务区域划分现状；

图2是本发明公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法流程图；

图3是湖南省区域重划分方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1

以某农机制造企业在湖南省的服务区域划分为例，湖南省现有的农机运维服务区域以“城市”为最小空间单元。该农业机械公司在湖南省有10家维修服务提供商。服务提供商分布在不同的位置，编号从1到10，由同一服务提供商提供服务的区域用相同的颜色进行着色，如图1所示。

本实施例通过湖南省2012年1月到6月的维修记录统计10个服务商的维修情况，如表1所示。

表1湖南省服务商服务现状

本实施例的目的是给出多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，该方法的流程图如图2所示。首先，进行空间单元划分，为了获得更准确的分区结果，本实施例突破了“城市”的限制，选择“县”作为最小的空间单元，将湖南省划分为101个空间单元作为初始空间单元；根据多服务商原则和服务提供商之间需求转移原则，构建服务提供商分配变量；然后以各服务区域需求量的最大相差量最小为优化目标，服务区域内有多个服务提供商为约束条件建立优化模型，并选用模拟退火算法对数学模型求解；根据求解结果进行服务区域划分，得到多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方案。

如图2所示，本实施例公开的多服务商协同模式下的农机运维服务区域重划分方法，具体步骤如下：

步骤一、依据现有行政区划，选择合适的行政级别，将服务区域划分为空间单元。以“县级行政区”为单位，将整个湖南省划分为101个空间单元，记为集合I，I＝{I

表2空间单元划分结果和需求量统计结果

步骤二、根据多服务商原则和服务提供商之间需求转移原则，建立服务提供商分配变量x

步骤三、根据各服务区域需求量的最大相差量最小原则，建立多服务商协同模式下的服务区域重划分模型。依据步骤一中的空间单元集合I和需求集合D，根据步骤二构建的分配变量，以各服务区域需求量的最大相差量最小为优化目标建立优化模型。

目标函数为：

minz

约束条件为：

Z≥Δd

z表示最大需求差；变量Δd代表服务提供者之间的需求差；m,n表示带有服务提供商的空间单元编号；k表示划分后的第k个区域；x

步骤四、对步骤三中建立的多服务商协同模式下的服务区域重划分模型进行求解，通过需求转移、整合重划区域、多服务商协同运维，获得新的服务区域划分方案，优化平衡超负荷区域的服务需求，提高服务提供商的服务效率，最大程度利用维修资源，缓解服务网络内供需不平衡的问题。

为了扩大搜索空间，提高求解结果的鲁棒性，步骤四对步骤三中建立的多服务商协同模式下的服务区域重划分模型进行求解，所述求解方法选用模拟退火算法，步骤四的具体实现方法为：

步骤4.1：生成初始解，即初始空间单元划分方案，将现有的空间单元方案作为初始解。

步骤4.2：生成新解，即新的空间单元划分方案，在初始解的基础上，随机选择两个服务区域，通过交换两个区域的任意两个空间单元生成新解。为了确保每个地区至少包含一个服务提供商，每生成一个新解都会被验证。如果存在某个区域没有服务提供商，则重复生成新的解决方案，直到每个区域至少有一个服务提供商。

步骤4.3：计算目标函数值，在这个阶段，计算目标函数的值，比较新解和当前解的目标函数值。对于每个解决方案，计算每个地区的总需求和地区之间的最大需求差异。假设每个区域都是连续的，对于违反此约束的地区，目标函数值将增加一个大的正数M作为惩罚。

步骤4.4：判断迭代次数是否达到预设次数，模拟退火算法设置一个非常高的初始温度。每次迭代，温度值通过乘以一个从0到1的随机数来减少。当指定的最大迭代次数完成时，程序终止，输出服务区域重划分结果，根据所述服务区域重划分结果得到服务区域划分方案；此外，在连续几次迭代局部最小值不再有改善时，程序也终止；若不满足终止条件则返回步骤4.3。

按照上述步骤对多服务商协同模式下的服务区域重划分模型进行求解，得到服务区域重划分结果，其中空间单元和服务提供商之间的分配结果如表3所示，服务需求在服务提供商之间的转移结果如表4所示，服务区域重划分方案如图3所示。

表3空间单元和服务提供商之间的分配结果

表4服务需求转移结果

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。