突发公共事件下应急物流中优化运输问题研究

突发公共事件下应急物流中的优化运输问题的研究

近些年来大规模突发性公共事件频发,SARS危机、印度洋海啸、南亚大地震、卡特里娜飓风等突发事件造成的巨大损失,给事发地民众留下了难以忘怀的惨痛记忆。现代社会的高速发展,使人口、资源、环境、公共卫生等方面的社会问题日益尖锐,导致各类突发性公共事件爆发的频率加快,危害程度加剧,影响范围扩大。根据国际自然灾害组织统计的数据分析,二十世纪九十年代全球所遭受的自然灾害次数与二十世纪六十年代相比,增加了4倍多。而从我国的具体情况分析,目前我国正进入社会、经济高速发展的关键阶段,这既是关键发展期,同时又是矛盾凸显期,我国正处于突发性公共事件高发时期,随着城镇化进程加快,这种形势还在加剧。

而且由于特有的地质构造条件和自然地理环境,我国也是世界上遭受自然灾害最严重的国家之一。根据联合国统计数据显示,2005年全年我国共发生31次各类重大自然灾害,是全世界发生重大自然灾害次数最多的国家。在突发事件处置过程中,必须建立应急物流系统,保障灾害处置中所需的应急救援物资供应,以资解决或处理居民基本生活、死者安葬、伤者救助、卫生防疫、灾后重建、恢复生产、恢复秩序等事项,否则受灾面积、人员、损失将会持续扩大,灾害有可能会演化为灾难。因此在突发事件爆发时建立应急物流系统,迅速地将救援物资送达物资需求点,直接影响到整个突发性公共事件救援行动的成效。

本文研究了在大规模突发性公共事件爆发的情况下,应急物流系统的设计以及应急物流领域关键问题之一:救援物资运输与车辆调度模型的构建与求解。通过分析应急物流的目标、区别与约束条件,设计出适应于突发事件特殊环境运行的应急物流系统。总结了突发事件环境下救援物资运输问题的限制条件,据此设计并解决了救援物资运输与车辆调度模型与可靠路径选择模型。本文的研究可以为突发事件爆发时应急管理人员建立应急物流系统,在复杂的环境中制定快速、高效、可靠性好的救援物资运输与车辆调度计划提供指导。

本文主要研究内容具体包括:(1)从突发事件的属性与应急管理的机理出发,总结了应急物流的属性与作业目标,详细对比分析了应急物流与一般商业物流在目标、驱动力、物资供应者、物流网络设计、外部影响环境等方面的差异。根据应急管理状态划分,以及应急物流与一般商业物流差异的演变过程,将应急物流的运行归纳为日常管理、启动阶段、平稳运作、善后处置四个阶段,并划分了不同阶段的过渡条件。由于在平稳运作阶段后,应急物流与商业物流的主要差异已经消除,可以将物流系统的执行主体向第三方物流公司过渡。按照越库作业的思想,采用扁平化的结构设计了专用于启动阶段的应急物流供应网络,它由应急物流中心、物资中转站与需求中心三类设施组成,通过该网络配送应急物资可以在尽量减少货物流转环节同时降低无用物资进入应急物流系统的机率,达到应急物流快速响应、满足需要等作业目标的要求。

(2)对于救援物资运输调度子问题,分析救援物资运输与车辆调度问题与车辆路径选择问题的区别,归纳该问题的约束条件包括运输多种物资、每种物资都可能有多个供应点与需求点、物资的供应量、需求量、供需地点会发生变化,车辆可出现在供应网络中任意一点,数量有限并随时间发生变化等等。为了描述这个复杂问题,设计了多模式分层网络,以形式化表示物资从源点到终点流动以及车辆循环使用的行为,并以此为基础,在网络流模型的基础上建立救援物资运输与车辆调度的混合整数规划模型。基于拉格朗日松弛法设计了拉式运输调度算法,以求解该模型的近似最优解,最后使用上述算法求解了一个包括三种运输模式、七个顶点、两种物资的实验算例,验证了算法的收敛性,并且通过调整输入参数的值,证明了该算法在输入参数波动情况下的具有良好地鲁棒性。(3)对应急物流中的关键决策问题救援物资运输进行了研究,它包括救援物资运输调度与可靠路径搜索两个子问题。

由于突发事件经常会毁坏当地的基础交通设施,造成部分路段的旅行时间延长,甚至完全中断,为了减少突发事件对当地路网的影响,保证救援物资可以按计划运达目的地。本文对突发事件下的可靠路径搜索问题进行了研究,由于在突发事件爆发时,无法在短时间内通过抽样实验等方法,得到路段旅行时间的概率分布函数,所以提出了一种不依赖于道路旅行时间概率分布的可靠路径搜索模型。它通过使用模糊综合评价法评估影响因子对道路通行状态的影响,建立场景集以描述交通运输网络旅行时间的不确定性,最后使用Minimax理论设计绝对与相对可靠路径搜索模型,选择源点到终点的高可靠性路径,并通过基于动态规划法的算法计算该模型的最优解。它可以在突发事件环境下,搜索出目标可靠路径,同时还可以降低救援物资运输调度问题求解的复杂性。

通过对以上问题的研究,可以帮助应急物资保障人员构建出一个可以在突发事件爆发后快速、高效地保障救援物资供应的应急物流系统,为物资运输搜索可靠路径,设计最小化时间与成本物资运输与车辆调度方案,为突然爆发的灾难提供有效、实用的应对方案与决策模型。实现在最小延迟时间下满足救援物资的需求,以最大限度地降低大规模突发性公共事件对社会正常秩序地冲击,减少人员伤亡。

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