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考虑震后应急物资保障阶段性特征的选址—联运问题研究

郑斌  
【摘要】:近年来,全球地震灾害频发,给人类造成了巨大危害和损失。而应急物资保障作为震后救援工作的关键,需要在有限时间、空间和资源约束下快速满足应急物资需求,以实现灾害损失最小化。其核心是如何科学合理地布局应急物资配送中心、安排多种运输方式进行应急物资联运,而且这两个问题之间具有紧密联系,有必要进行集成优化管理。 首先,震后应急救援活动是个动态更新的过程,具有明显的阶段性特征。鉴于此,为提高震后应急物资保障的效率,本文首先通过对震后应急物资保障阶段性特征进行分析,将震后应急物资保障过程分为震后初期、紧急救援期、应急恢复期三个阶段,并将震后应急物资保障中的三个阶段与一般物流系统做对比,提炼出各阶段不同于一般物流的特征,把握其中的主要问题和需要考虑的关键因素。 其次,将震后应急物资配送中三个阶段实际救援过程中的特点和现象进行数学抽象,用合适的参数、变量和表达式予以刻画和表述,分别对三个阶段进行数学建模,具体如下: (1)震后初期阶段,主要考虑多物资集散点供应量不同;多受灾点需求量不同;多品种救灾物资紧迫性程度不同;路网部分中断,多运输方式运输能力不同;通信中断,物资集散点通过预测需求对受灾点采取主动配送,即供方主导性;物资供不应求等特点,建立一个上层以物资运送时间最短为目标,下层以物资分配公平性最大为目标的震后初期应急物资配送中的选址—联运双层规划模型。 (2)震后紧急救援期,考虑多物资集散点供应量不断变化;多受灾点需求量不断变化;多品种救灾物资紧迫性程度不同;路网逐渐修复,多运输方式运输能力不同;通信设备基本恢复,物资集散点通过下级物资需求上报情况进行被动配送,即拉式配送;物资供不应求显现仍然突出;时间窗限制;当决策方案不再适应不断变化的救灾任务时,采取实时优化、动态决策,逐渐开放应急物资配送中心,以此满足不断加重的救灾任务需求。建立了一个上层以受灾点需求应急物资时间满意度最大,下层为物资分配公平性最大的震后紧急救援期应急物资配送中的选址—联运双层规划模型。 (3)震后应急恢复期,除考虑多物资集散点,多受灾点,多品种救灾物资,多运输方式之外,该阶段路网完全恢复,信息完全通畅,物资供应及物资需求定期更新,物资需求基本得到满足,物资集散点根据受灾点的需求量进行按需配送,即拉式配送,该阶段时间跨度大,规划时程长,适合采取多周期动态决策。基于此,建立了一个以总费用最小的震后应急恢复期应急物资配送中的多周期动态选址—联运模型。 再者,针对上述三个模型的特点,分别设计了基于不同启发式规则的混合遗传算法进行求解,每个阶段模型不同,目标和约束条件也不一样,因此编码设计也不同,根据不同的编码设计不同的解码方式,有效地处理了主从目标决策、动态实时决策、多周期决策、运输能力限制约束、应急物资配送中心吞吐量限制约束、受灾点最低满足率约束、时间窗约束、应急物资配送中心允许开放最大数量约束等一系列。 最后,以汶川大地震应急物资保障各阶段为背景构造算例,分别对震后初期、紧急救援期、应急恢复期的模型和算法进行验证,并对模型中主要参数进行灵敏度分析,结果表明算法具有较好的性能,可以有效解决震后应急物资保障阶段性的选址—联运问题。 本文建立了强健的震后应急物资配送体系以及灵活的应急反应机制,为震后应急物资保障提供辅助性决策支持,并对震后应急管理中急需解决的实际问题提供科学的理论、方法和工具。


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