关键词:
地震灾害
应急物资
调度优化
决策支持
摘要:
近年来频繁发生的地震灾害表明,无论是在应急物资需求数量还是调度时间方面,震灾的发生都给受灾地区提出了更高的要求,同时给应急物资调度活动也带来了更高的挑战。而低效率、高成本的应急物资调度活动可能会加重灾区人员伤亡和财产的损失程度,后果严重的甚至可能诱发后续次生灾害的发生。因此,震灾发生后,如何高效率、低成本和低风险地优化应急物资调度活动已成为应急物流领域持续研究的热点问题。震灾的应急调度优化和应急救援问题是与人民群众生命财产安全紧密关联的决策问题,因此以符合实际灾情情况和实际救援条件为基础和核心展开的研究更具实际意义,而现有的多数应急物资调度优化研究往往多集中于追求复杂的数学模型构建和推导,主要存在以下四方面的问题:首先,目前大多应急管理领域的研究系统性较为薄弱,导致物资需求预测、物资筹集和调度配送问题都分相互脱节,不成体系,而震后的实际救援要求各部分环节紧密相联,而脱离了上下环节的单一研究的科学可信性较低且实际应用性较弱;其次,无论是物资需求预测、物资筹集还是调度优化方面,目前的大多数研究都是以时间、成本或者其他单一因素为目标进行研究,而忽略了实际的应急决策需要兼顾多个目标为综合考虑因素的实际情况;再有,震灾发生后,灾情信息蜂拥而至的同时会造成发生信息模糊、缺失或难以判断的实际情况,而目前无论是经典的鲁棒双层规划还是复杂网络的提出,都是基于信息完备可知的条件下提出,没有较综合、全面的考虑实际救援环境中多目标对应急物资调度产生的影响;最后,应急救援说到底是对生命财产损失的救援,即救助受灾民众为核心主旨的工作,而绝大多数研究并没有将灾民特性为目标因素进行研究,往往造成应急物资调度优化与灾民实际需求不一致,会造成资源冗余或不足。本文以“地震灾害应急物资调度优化”为研究对象,在对应急调度优化现有研究成果总结分析的基础上,以应急物资动员理论、震灾应急阶段划分理论以及物资调度优化理论为基础,采用约束问题的多目标优化方法、最优停止决策、随机过程、数据包络分析方法、多重比较分析方法以及定性与定量相结合等多种研究方法,从灾情实际情况出发,就应急物资调度相关关键技术研究的不足,深入研究了应急物资实时需求预测、筹集随机终止决策、调度优化决策和有效途径机理分析等前沿性课题,尽可能结合实际救援情况地使应急救援资源效用最大化,同时大大降低了应急成本和风险,提高应急物流效率和救援满意度。其主要研究内容如下:首先,在应急物资需求预测方面,针对震灾初期需求信息紧迫且难以获取的实际情况,提出一种新的更适用于实际灾情需求的预测方法和模型,主要解决以下三个决策问题:第一,针对以往只依靠应急救援管理人员和专家的主观判断或者只应用时间序列推理的预测方法的不足,提出了案例推理和时间序列相结合的新模型,既可以借鉴以往宝贵的历史案例经验,还可以结合新发生的震灾案例进行科学的时间序列预测;第二,基于中国幅员辽阔,人口基数大和人口分布不均匀的国情,提出“平均人口密度”的概念,并将其引入模型构建中,提高预测科学性和精度,更符合震灾实际需要;第三,针对实时动态应急物资需求量预测研究的不足,构造了基于案例推理方法的时间序列分析模型,最后通过模型拟合和USGS获取的1948年以来中国案例库真是数据校验得到令人满意的结果,为研究应急物资筹集随机终止和应急调度优化等问题提供决策支持。其次,在应急物资调度优化决策研究方面,以震灾应急期间的任务转换和应急管理目标为依据,分别探讨了基于灾情信息特征的两大类调度优化决策问题,即完备灾情信息和非决策灾情信息情况下的调度优化决策。完备灾情信息方面,主要从多目标规划的视角解决了以下三个决策问题:第一,通过最优停止理论和相关衡量指标的选取研究了应急物资筹集停止最优时间,筹集停止时间的研究不仅承接物资需求预测的研究而且为应急调度优化决策提供铺垫和基础,使本文对应急物资动员体系研究更加科学、系统;第二,构建应急调度优化相关的输入和输出决策单元,并通过数据包络分析的模型改进对应急时期不同阶段的调度方案进行效率排序和优化决策;第三,从多响应点的视角,基于公平性约束条件构建考虑物资特性等因素的调度优化决策模型,并通过多目标演化优化算法进行求解,最后分析了公平性和救援能力的关系。非决策性灾情信息方面,主要通过数据挖掘方法解决两个决策问题:第一,应用统计分析方法对灾民特性进行初步探究,通过对中国汶川地震和日本神户地震的真实数据多重比较分析,得出相应结论,为基于灾民特性的模糊调度优化模型构建提供参考;第二,应用机器学习和面向数据库相结合的数据挖掘方法,构建考虑灾民特性的基于模糊灾情信息的调度优化决策模型,通过对经典Apriori算法的改进得出相关结论。最后,在应急物资调度优化的有效途径方面,针对目前广泛应用的协同和占线的有效途径,以设置的灾害情景为背景构建调度优化决策模型,