軍事單位灘岸阻絕設置最佳化暨求解演算法之研究

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張紹珩(Shao-Heng Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

軍事單位灘岸阻絕設置最佳化暨求解演算法之研究

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摘要(中)

為維護臺海與區域安全秩序，「殲敵於灘岸」是臺海防衛作戰重要環節之一。灘岸阻絕設置案例由各式材料混合編組，藉其拘束性配合軍事單位作戰行動，以有效遲滯、侷限敵方於所望範圍。隨備戰時間緊迫有限，如何依指定方案迅速指派人員及機具完成整體設置顯得至關重要，若能提前規劃軍事單位資源進行設置排程，可提升防衛績效，亦助於決策者調整所屬地區現擬方案編制。
　　本研究以軍事單位指揮官的部署角度，針對單位所屬四種有限資源均符合連續作業時間限制條件，使用最小化總設置時間最大化設置工作量的技巧與數學規劃方法，進行設置人員與車輛機具指派排程規劃。在模式求解方面，當面臨實務上多項材料混合編排之灘岸阻絕設置案例時，難以於戰爭階段有限時間內求得最佳指派結果。爰此，本研究基於鬆弛固定演算法概念搭配CPLEX數學規劃軟體，發展一啟發式解法以有效求解問題。藉由臺灣兩地區擬定範例進行驗證，評估模式之適用性及演算法績效，結果證實本研究模式與啟發解法可供單位指揮官有效進行資源指派參考，在未來亦能協助決策者研擬地區性灘岸阻絕設置案例。

摘要(英)

Beach obstacle placement is crucial for defending the Taiwan Strait, as it can impede and confine the enemy’s landing by using various mixed materials. However, due to the time constraints for preparation, it is challenging to allocate personnel and equipment effectively to complete the placement according to the plan.
　　This study aims to optimize the assignment and scheduling of military units from an commander′s perspective, considering four types of limited resources and a restriction on continuous operation time. The objective is to minimize the total placement time while maximizing the placement workload by applying mathematical programming methods. However, finding the optimal solution for realistic shore obstruction scenarios with multiple mixed materials is difficult within the limited time frame of war. Therefore, this study develops a heuristic algorithm based on the Relax-and-Fix concept and the CPLEX software to efficiently solve the problem. The model and algorithm are validated through simulations drawn up in two regions in Taiwan. The results show that the proposed approach can offer valuable guidance for decision-makers in resource deployment and shore obstruction placement scenarios in different regions.

關鍵字(中)

★ 最佳化
★ 無順序性工項
★ 資源限制排程
★ 啟發式解法

關鍵字(英)

★ Optimization
★ Non-sequential execution of work items
★ Resource-Constrained Scheduling
★ Heuristic

論文目次

摘　要 v
ABSTRACT vi
目　錄 vii
圖目錄 x
表目錄 xi
第一章緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 研究目的與範圍 2
1-3 研究方法與流程 4
第二章文獻回顧 6
2-1 國內軍事單位灘岸阻絕 6
2-2 指派排程規劃 7
2-3 軍事最佳化問題 8
2-4 大型問題啟發式演算法 9
2-5 文獻評析 11
第三章模式構建 12
3-1 問題描述 12
3-2 模式架構 14
3-2-1 模式基本假設與已知條件 14
3-2-2 每道阻絕之單元工項分組明確 16
3-2-3 符號說明與數學定式 18
3-2-3-1 模式之符號說明 18
3-2-3-2 數學定式 19
3-3 模式驗證 20
3-4 模式求解方法 25
3-4-1 演算法參數：預估總設置時間 25
3-4-2 逐步鬆弛固定演算法 26
3-5 小結 31
第四章範例測試 32
4-1 資料輸入 32
4-1-1 軍事單位配屬資源規模資料 32
4-1-2 各資源對應時窗限制參數資料 33
4-1-3 單元工項對應各資源設置參數資料 34
4-2 模式發展 37
4-2-1 問題規模 37
4-2-2 電腦演算環境 37
4-2-3 模式輸入資料 38
4-2-4 模式輸出資料 39
4-3 範例測試與演算法績效分析 40
4-3-1 範例測試結果 40
4-3-2 演算法結果分析 41
4-3-2-1 演算法測試結果 41
4-3-2-2 模式適用性：T地區範例測試 44
4-3-2-3 演算法績效：範例規模變動測試 49
4-3-2-4 演算法績效：隨機產生灘岸阻絕設置範例測試 51
4-4 模式與實務現況對照分析 56
4-5 參數之敏感度分析 57
4-5-1 設置人員資源敏感度分析 57
4-5-2 挖土機資源敏感度分析 59
4-5-3 裝土機資源敏感度分析 61
4-5-4 多用途橋梁載運車敏感度分析 62
4-6 參數之方案分析 63
4-6-1 動員時期軍事勤務隊支援設置之方案分析 63
4-6-2 不同單位支援區域設置之方案分析 64
4-6-3 單位擴增編制情況之方案分析 64
4-7 結果討論與管理意涵 65
第五章結論與建議 67
5-1 結論 67
5-2 建議 68
5-3 貢獻 69
參考文獻 70

參考文獻

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指導教授

顏上堯(Shang-Yao Yan)

審核日期

2023-7-27

推文