具有连通性与缓冲区要求的广义保护区集合覆盖问题

自然保护区的设计正日益成为确保濒危野生动物保护的关键任务。为保证物种的保存和整体生态功能，所设计的保护区通常必须满足一系列空间要求。在这些必要特征中，从业者与研究人员指出了两个关键方面：(i) 连通性，以避免空间破碎化；以及 (ii) 围绕（或保护）所谓核心区域的缓冲区设计。本文引入了具有连通性与缓冲区要求的广义保护区集合覆盖问题。该问题扩展了经典的保护区集合覆盖问题，并允许同时处理这两个要求。我们开发了一个基于整数线性规划与分支割平面的求解框架。该框架通过有效不等式、构造式与原始启发式算法以及局部分支策略得到了增强。我们对基于美国三个州和澳大利亚一个地区数据的网格图实例和实际实例进行了广泛的计算研究，以评估所提模型在应对决策者面临的自然保护区设计挑战时的适用性。结果表明，一方面，所提模型具有灵活性，能够根据决策者的要求提供解决方案；另一方面，所设计的算法行之有效，能够在合理的计算时间内提供良好的解。