應(yīng)急物質(zhì)調(diào)配模型研究綜述

應(yīng)急物資調(diào)配模型研究綜述摘要：本文介紹了應(yīng)急物資調(diào)配問題的特點，然后綜述了國內(nèi)外主要學者關(guān)于應(yīng)急物資調(diào)配的研究模型及結(jié)論，重點分析了應(yīng)急物資調(diào)配問題的研究現(xiàn)狀、模型建立的限制條件及其優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：應(yīng)急物資；調(diào)配模型；綜述1引言隨著工業(yè)化及全球化進程的加劇、社會結(jié)構(gòu)的變遷，各種大規(guī)模自然災(zāi)害和公共安全事件等突發(fā)事件越來越頻繁地侵襲著我們生存的世界，造成巨大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。因此開展應(yīng)急物資調(diào)度、快速及時地將應(yīng)急物資運送至受災(zāi)地點，對于提高應(yīng)急響應(yīng)能力、減少受災(zāi)范圍、最大限度降低生命財產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實意義。應(yīng)急資源調(diào)度是指為應(yīng)對突發(fā)公共事件，在最短的時間內(nèi)從各個供應(yīng)點將應(yīng)急資源調(diào)配調(diào)度給資源需求點，以提供救援所需的工作物資與資源，迅速恢復常態(tài)，其目標是追求事件效益最大化和災(zāi)害損失最小化。由于突發(fā)事件應(yīng)急救援中應(yīng)急資源的分類及分布遇有復雜性，突發(fā)事件應(yīng)急資源的抽象化模型必然是一個多目標多約束的問題。由于突發(fā)事件的救援資源的調(diào)度和一般情況下資源的調(diào)度具有很大的不同，故突發(fā)事件發(fā)生情況下救援資源的調(diào)度首要考慮的目標是在最短的時間內(nèi)調(diào)度所需的一定性質(zhì)和數(shù)量的資源，即最小化資源調(diào)度時間，其次才考慮資源調(diào)度的成本問題。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在應(yīng)急資源調(diào)配時，如何選擇應(yīng)急物資儲備點，運輸方式，以及應(yīng)急物資運送車輛的最優(yōu)行駛路線成為研究的重點。應(yīng)急資源調(diào)度研究發(fā)展很快，很多文獻的研究是基于VRP理論，并將模糊數(shù)學理論、博弈論、網(wǎng)絡(luò)流理論、Agent理論、排隊論、集對分析等應(yīng)用于應(yīng)急調(diào)度模型。對應(yīng)急物資調(diào)配問題的研究基本分為應(yīng)急物資的靜態(tài)調(diào)配和動態(tài)調(diào)配問題兩種，靜態(tài)調(diào)配問題主要表現(xiàn)在應(yīng)急出救點的組合優(yōu)化問題上，即指從多個備選的應(yīng)急出救點中選擇參與此次應(yīng)急救援活動的出救點，并確定相應(yīng)出救點提供的物資量，制定物資調(diào)配方案。動態(tài)調(diào)配問題主要表現(xiàn)在把在緊急狀態(tài)下的物資調(diào)配問題轉(zhuǎn)變?yōu)閷\輸網(wǎng)絡(luò)最短路的求解問題，使運輸車輛盡可能地早到達應(yīng)急物資需求點、在最早的時間開始應(yīng)急救援工作。由于存在多目標、多運輸方式、多種類貨物等約束條件，使得應(yīng)急救援物資運輸問題的建構(gòu)與解決非常復雜，目前討論此問題的文獻較少，不能與其重要性及目前應(yīng)用需要相適應(yīng)。2.1國外研究現(xiàn)狀在國外，一些學者將應(yīng)急物資配送問題定義為時窗限制多運輸方式多種類貨物網(wǎng)絡(luò)流問題。Rathietal.(1992）研究了在緊急狀態(tài)下多品種物資供應(yīng)問題的線性規(guī)劃模型。在該模型中源點與目的點之間的路線以及在每條路線上貨物運輸量都是預先定義好的，解決的是每條線路上分配的最優(yōu)運輸車輛的數(shù)量，解出的最優(yōu)車輛數(shù)不是整數(shù)時，則將車輛數(shù)都增加至大于這個實數(shù)的最小整數(shù)。因為在問題中沒有限制車輛的數(shù)量，這與應(yīng)急物流的場景是不相符的，這個問題實際演化成商業(yè)物流中多車場情況下集貨與送貨一體化的車輛調(diào)度問題[1]。AliHaghan和OhSei-Chang(1996)對災(zāi)害救助中的大規(guī)模、多商品、多模式、帶時間窗的網(wǎng)絡(luò)流問題建立了模型，并提出了2種啟發(fā)式算法：一種算法將模型分解為子問題來求解，另一種算法利用交互式fix-and-run方式，即在每次迭代逐步固定整數(shù)變量，直到所有整數(shù)變量都為定值[2]。GoegreFList(1998)首先提出了危險品的應(yīng)急物資調(diào)配模型，對輻射性廢料泄漏事故中發(fā)生的應(yīng)急救援物資調(diào)配問題進行了研究，認為在放射性危險品運輸過程中應(yīng)由離應(yīng)急物資需求點最近的應(yīng)急出救點參與應(yīng)急救援活動，并建立了運輸優(yōu)化模型，但該模型沒有考慮單個應(yīng)急物資出救點不能滿足應(yīng)急物資需求點對物資需求的情況[3]。Knott(1988)以總運輸費用最小化和運輸物資量最大化為目標，建立應(yīng)急物資調(diào)度線性規(guī)劃模型，用于提高應(yīng)急物資調(diào)度效率。作者認為應(yīng)急物資調(diào)度的總體目標是在正確的時間里把合理數(shù)量的物資配送災(zāi)民，約束條件包括三個，一是每個時段內(nèi)的應(yīng)急物資供應(yīng)數(shù)量要大于需求量，二是運載車輛使用時間限制，三是應(yīng)急物資配送數(shù)量要小于可用數(shù)量?？傮w來說，該文獻是對單一物品、單一運輸方式進行研究的網(wǎng)絡(luò)流問題[4]。Fiedrich等人(2000)通過建立動態(tài)規(guī)劃模型，討論了在時間、資源數(shù)量、資源種類有限的情況下，使死亡人數(shù)最少的資源配置問題，給出了地震后向多個應(yīng)急物資需求點分配資源的最優(yōu)化模型[5-6]。Konstaninos(2002)對公路事故的應(yīng)急救援物資調(diào)配問題進行了研究，建立了以應(yīng)急響應(yīng)時間最短為目標的適時決策支持系統(tǒng)的公路網(wǎng)事故響應(yīng)模型[7]。GulayBarbarosoglu等人(2002)對災(zāi)害應(yīng)急中重要救援物資的調(diào)配問題進行了研究，將應(yīng)急物資分為多個品種、采用多種運輸方式運輸，根據(jù)應(yīng)急物資的供應(yīng)和需求以及運輸網(wǎng)絡(luò)容量的隨機性，建立兩階段隨機規(guī)劃模型，并用GAMS軟件進行求解。模型通過遞回機制有效的將目標沖突的兩個決策層協(xié)同起來，能夠協(xié)同的原因是其總目標是一致的，即制定有效的物資配送方案。由于文章目的在于提出解決問題的思路而非方法，故并沒有給出模型的算法。該文獻的另一貢獻在于加入了人員安排，并考慮到?jīng)Q策者的偏好，使模型的可操作性大大增強[8-9]。Mete等(2003)用一個兩階段隨即規(guī)劃方法來應(yīng)對不同災(zāi)難類型和等級情況下的應(yīng)急藥品存儲和調(diào)度問題。第一個階段是準備階段的隨機規(guī)劃(SP)模型，用來決策可能的藥品存儲醫(yī)院的位置和它們的庫存水平;第二階段是應(yīng)急反應(yīng)階段的混合整數(shù)規(guī)劃(MIP)模型，用來決策藥品調(diào)度數(shù)量和運輸路徑。最后用美國西雅圖地區(qū)的地震情景，展示了此兩階段隨機規(guī)劃方法的效果，根據(jù)地震可能發(fā)生的概率和情景，從5個備選醫(yī)院中選出3個作為應(yīng)急藥品存儲中心，并確定了各醫(yī)院的運輸車輛數(shù)目[10]。JaeYoungChoi(2003)研究了在路網(wǎng)變動情況不確定條件下如何進行調(diào)度物資的問題，建立了以災(zāi)害中受傷人員存活數(shù)最大為目標的有限資源物資調(diào)配的模型[11]。Kannan等(2004)對地震后的關(guān)鍵路徑識別進行研究，設(shè)計了雙目標規(guī)劃模型，目標一是最小化總的運輸費用，目標二是關(guān)鍵路徑必須覆蓋盡可能多的災(zāi)民，模型的約束條件包括物資流量守恒，路徑覆蓋需求點約束，關(guān)聯(lián)費用消耗，預算總額約束等等，并利用分支定界的方法來求解該模型[12]。KaanOzbay等人(2004)針對應(yīng)急物資資源的有效可利用性和應(yīng)急物資需求的不確定性，建立了具有隨機模型[13]。LinetOzdamarL等人(2004)研究了地震事故災(zāi)害中應(yīng)急物流系統(tǒng)與多種類物資分配問題，將多物資網(wǎng)絡(luò)流問題與運輸路線問題結(jié)合在一起研究，描述了應(yīng)急救援物資運輸?shù)南拗茥l件：包括供應(yīng)物資有限，使用運輸方式與工具種類較多，車輛數(shù)、物資供應(yīng)量、車場等各種問題參數(shù)都是隨時變化的等等，并將多物資調(diào)配問題分解成兩個多物資網(wǎng)絡(luò)流問題，提出應(yīng)急物資運輸目標函數(shù)是盡量減少貨物運輸延遲，車輛完成運輸任務(wù)后不需要回到出發(fā)車場等，同時根據(jù)以上條件設(shè)計了宏觀應(yīng)急物資運輸計劃模型，這個模型主要解決的是隨時間變化的動態(tài)貨物運輸問題。但此模型完全沒有考慮運輸成本的最小化問題，同時目標函數(shù)是最小化各周期內(nèi)未滿足貨物量的總和，這實際上給量大的物資賦予較高的運輸優(yōu)先權(quán)，從而使一些重要比重小的物資如藥品最后運輸，對應(yīng)急實踐的指導作用有限[14-15]。Sheu等人(2007)針對大規(guī)模自然災(zāi)害事故中應(yīng)急物資分配的問題，用混合模糊聚類—優(yōu)化方法，以參與出救點設(shè)施設(shè)備數(shù)量最小化為目標，建立了多目標動態(tài)規(guī)劃模型[16]。Sheu等人(2010)又針對大規(guī)模自然災(zāi)害事故提出動態(tài)救援管理規(guī)劃模型，文章建立了短期動態(tài)需求預測模型來對受災(zāi)地區(qū)隨時間變化的需求進行預測，在運輸之前對災(zāi)區(qū)進行劃分并根據(jù)受災(zāi)程度確定配送優(yōu)先級。通過將時間分成不同的時段，當供給量、需求量、車輛數(shù)等發(fā)生變化時，可以按照時段重新調(diào)整[1]Rathi.A.K.,

Church,

R.L.,

Solanki,

R.S.,

1992.

Allocating

resources

to

support

a

multi-commodity

flow

with

time

windows[J].

Logistics

and

Transportation

Review

28

(2),

167–188.[2]]AliHaghan，Sei-ChangOh.FormulationandSolutionofaMulti-Commodity，Multi-ModalNetworkFlowModelforDisasterRelief0perations[J].TransportReseareh，1996，30(3):231-250[3]GeorgeFL.Routingandemergency-response-teamsitingforhigh-levelradio-activewasteshipments[J].IEEETransactionsonEngineeringManagement,1998,45(2):141-152.[4] MeteH0,ZabinskyZB.Stochasticoptimizationofmedicalsupplylocationanddistributionindisastermanagement[J].Int.J.ProductionEconomics,2010,126(1):76-84.[5]FiedrichF,GehbauerF,RickersU.Optimizedresourceallocationforemergencyresponseafterearthquakedisasters[J].SafetyScience,2000,35(1):41-57.[6]FioruedP,GaetantiF,MinciardiR,etal.Realtimeoptimalresourceallocationinnationalhazardmanagement[C].ProeeedingofIEMSS2004-complexityandintegratedresourcemanagementOsnabreuck(Gennany).2004.[7]KonstantinosGZ,KonstantinosN,Androutopoulos,GeorgeM,Vasilakis[J].ArealtimeDecisionSupportSystermforRoadwayNetworkResponseLogisticsTransportationResearchPartC,2002,(10):1-18.[8]BarbarosogluG,OzdamarL,CevikA.Aninteractiveapproachforhierarchicalanalysisofhelicopterlogisticsindisasterreliefoperation[J].EuropeanJournalofOperationResearch,2002,140(1):118-133.[9] BarbarosogluG,ArdaY.Atwo-stagestochasticprogrammingframeworkfortransportationplanningindisasterresponse[J],JournaloftheOperationalResearchSociety,2004,55(1):43-53.[10] MeteH0,ZabinskyZB.Stochasticoptimizationofmedicalsupplylocationanddistributionindisastermanagement[J].Int.J.ProductionEconomics,2010,126(1):76-84.[11]JaeY.Stochasticschedulingproblemsforminimizingtardyjobswithapplicationtoemergencyvehicledispatchingonunreliableroadnetworks[D].NewYork:UniversityofNewYork,2003.[12] KannanViswanathl,SrinivasPeeta.TheMulticommodityMaximalCoveringNetworkDesignProblemforPlanningCriticalRoutesforEarthquakeResponse[A].82ndAnnualMeetingoftheTransportationResearchBoard,WashingtonD.C,2003,568-588.[13]OzbayK,XiaoWH,CemIyigun;MelikeBaykal-Gursoy.Probabilisticprogrammingmodelsforresponsevehicledispatchingandresourceallocationintrafficincidentmanagement[R],RutgersUniversity,I&SE-Workingpaper.2004.4-14.[14]OzdamarL,EkinciE,KucukyaziciB.Emergencylogisticsplanninginnaturaldisaster[J].AnnalsofOperationResearch,2004,129(4):217-245.[15]LinetOzdamar.LinetOzdamar.EmergencyLogisticsPlanninginNaturalDisasters[J].AnnalsofOperationReaearch,2004,129:218-219.PlanninginNaturalDisasters[J].AnnalsofOperationReaearch,2004,129:218-219.[16]SheuJB.Challengesofemergencylogisticsmanagement[J].TransportationResearchPartE,2007,43(2):655-659.[I7] SheuJB.Dynamicrelief-demandmanagementforemergencylogisticsoperationsunderlargescaledisaster[J].TransportationResearchPartE,2010,46(4):1-17.[18]Gwo-HshiungTzeng,Hsin-JungChengandTsungDowHuang.Multi-objectiveoptimalplanningfordesigningreliefdeliverysystems[J].TransportationResearchPartE,2007,43(6):673-686.[19]CarmenG.Rawls,MarkA,Turnquist.Pre-positioningofemergengcysuppliesfordisasterresponse[J].TransportationResearchPartB,2010,44(4):521-534.[20]劉春林，盛昭瀚，何建敏.基于連續(xù)消耗應(yīng)急系統(tǒng)的多出救點選擇問題[J].管理工程學報，1999，4(3):12-17.[21]劉春林，何建敏，施建軍.一類應(yīng)急物資調(diào)度的優(yōu)化模型研究中國管理科學，2001，3(9):29-36.[16]汪欲，何建敏.應(yīng)急系統(tǒng)中多資源出救方案的研究[J].東南大學學報(自然科學版)，2002，3(32):61-65.[22]劉春林，施建軍，李春雨.模糊應(yīng)急系統(tǒng)組合優(yōu)化方案選擇問題的研究[J].管理工程學報，2002，2(16):25-28.[23]劉春林，何建敏，盛昭瀚.應(yīng)急系統(tǒng)多出救點選擇問題的模糊規(guī)劃方法[J].管理工程學報，1999，4(13):23-28.[24]戴更新，達慶利.多資源組合應(yīng)急調(diào)度問題的研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2000，9:52-55.[25]何建敏，劉春林，尤海燕.應(yīng)急系統(tǒng)多出救點的選擇問題[.T].系統(tǒng)工程理論與實踐，2011，11:89-93.[26]高淑萍，劉三陽.應(yīng)急