灾后模糊需求情境下考虑救援公平性的应急物资调度问题模型与算法研究

在重大灾害发生初期,由于受灾地区对应急物资的需求激增,合理的应急物资分配有助于提高救援效率。本文考虑受灾点应急物资需求具有模糊属性,将需求物资用三角模糊数表示,以受灾群众损失最小、体现救援公平性的受灾点应急物资满意度方差最小及应急救援成本最小为目标,构建了灾后初期应急物资调度的多目标模糊优化模型,并采用改进的粒子群算法对模型进行求解。该算法在粒子群算法的基础上采取天牛寻找食物的策略,将单一粒子分为左、中、右三个粒子,并结合单纯形算子和模拟退火策略,使算法不易陷入局部收敛。本文通过算例进行模拟实验表明,所提出的模型和算法可以有效解决重大灾害事件下应急物资的合理分配问题,且改进算法的性能更优。     

不确定需求下考虑供应商参与机制的应急资源配置鲁棒优化研究

突发事件应急资源优化配置是突发事件发生后救援工作有效开展的前提和基本保障。本文在调研国内外相关研究的基础上，以应对地震灾难为背景研究考虑供应商参与机制的应急资源保障策略，在灾前选择供应商建立政府与供应商的合作机制完成政府储备仓库的选址与资源配置，突发事件发生后依托政府储备仓库和供应商生产能力共同满足应急救援对应急资源的分时段需求，以期协调供应商与政府储备、灾前实物采购与灾后生产能力采购的比例，在保障救援效率的同时降低应急资源保障体系的成本。同时由于地震灾难发生具有需求不确定性的特点，本文引入L1范数描述需求的不确定性，建立了备灾与灾害救援两阶段决策的鲁棒优化模型，并给出了鲁棒模型对应问题的转化方法。最后通过算例仿真验证了模型和对应问题转换方法的有效性，为地震的应对提供理论指导和决策支持。     

救援物资跨区域调度双层规划模型——考虑幸存者感知满意度和风险可接受度

为减少幸存者的痛苦、提高灾害响应效率和降低各种损失,聚焦于跨区域救援物资反应性调度主从优化问题.综合考虑救援物资调度与分配网络中不确定供应-需求-行程时间、公平性分配原则、幸存者多层次异质性与风险可接受度限制、利益相关者的层级或纵向"府际"关系、需求可拆分、多灾点、多供应点和多运输模式等特征;构建了上层最小化加权行程时间总和,下层最大化加权感知满意度的双层整数规划模型.通过分析模型的特征,设计了以互补松弛条件为基础的原始-对偶算法对其进行求解.最后,以汶川地震为算例,验证了所提出模型与求解策略的可行性与有效性.     

基于数量柔性契约的双源应急物资采购定价模型

针对灾害事件发生的不确定性以及灾害发生后应急物资需求量的爆发式增长，本文设计了一个政府主导的基于数量柔性契约的双源应急物资采购模型。在存在一个现货市场的情况下，政府除了常规采购外，还会与供应方签订一份数量柔性契约，用以建立政企联合储备应急物资的合作关系。通过数理推导，本文发现灾害事件发生概率，政府自身储备量，现货市场采购价格会对双方决策产生重要影响，并给出三个影响因素在满足不同条件时政企双方的最优决策，同时进一步分析了这三个因素对政府采购成本与供应方利润的影响。最后，通过数值模拟的方式对所得结论进行了验证。本文的研究为政府与企业构建联合储备应急物资的合作关系提供了指导与依据。     

多受灾点应急物资动态多阶段分配模型研究

针对传统的单阶段物资分配模型可能导致应急物资分配的局部冗余或短缺、高成本、系统无法达到全局最优等现实情况，通过在指数效用函数中引入灾民物资需求的比例短缺测度公平，以物资短缺的延迟损失最小化与物资分配的总成本最小化为目标构建考虑多集散点、多配送中心和多受灾点的三级配送网络的应急物资动态多阶段分配模型，设计了目标转化与线性近似相结合的模型求解方法，并通过算例对所提出模型的有效性和可行性进行了验证。结果表明：所提出的多阶段模型能够兼顾物资分配的效率与公平，最大程度地降低物资短缺的延迟损失以及物资分配的总成本；运用灾民物资需求的比例短缺量化公平，避免了由于各受灾点的需求量差异而对公平分配产生的影响，可以使各受灾点即使在应急救援初期物资有限、中期物资持续供不应求等情况下，仍然能够在每阶段获得一定比率的所需物资，进而避免较大的物资短缺损失，确保多受灾点之间多阶段应急物资分配的公平性，更符合灾害救援实际，可为现实大规模灾害应急救援物资多阶段分配提供决策支持。     

模糊信息下多种类应急物资多周期分配优化模型

考虑灾害的突发性、信息获取的不完全性以及应急救援的紧迫性，引入区间数描述应急物资供给与需求的模糊不确定性，引入三角模糊数刻画路网容量受限情况下每周期的最大物资运输总量，综合考虑灾害、灾区、灾民以及物资等多重因素，引入延迟系数，以应急物资分配的总延迟时间最小化和总系统损失最小化为目标，构建模糊信息条件下考虑多需求点、多配送中心、多物资、多周期、多目标的应急物资动态分配优化决策模型，分析了区间目标函数、区间模糊与三角模糊约束条件的清晰化方法，采用基于二维欧式距离客观赋权模糊算法求解模型，并以青海玉树地震为例对所提出模型的有效性和可行性进行验证。结果表明：所提出的模型能够最大程度地权衡延迟时间与系统损失，形成多周期最优的物资分配方案；现实多周期应急物资分配，时间并不是唯一考虑的因素，需要综合考虑不同应急周期的灾情、灾区、灾民和物资等多种因素对系统总损失造成的影响；重视时间偏好系数，可能使系统总损失增大，表明单一考虑时间偏好系数和损失偏好系数均具有片面性，应该把握选择"度"，发挥二者结合的相互促进作用；物资分配方案基于决策者偏好，并考虑每周期不同需求点的易损性、重要性、需求紧急性以及各类应急物资的重要性与时效性差异参数，有利于提高多周期决策的柔性和现实适用性。     

基于手机定位数据的突发事件下道路修复和物资配送集成优化研究

应急道路的修复是突发事件发生后有效开展物资配送的前提,而道路修复和物资配送二者集成研究极大地提高整个应急救援效率。但是由于灾害的突发性和不确定性,决策者很难立即获取充分的灾情信息,尤其是灾民分布情况、位置、灾害影响和物资需求等信息。传统的获取灾情信息的方法通常是通过救援人员的现场报导和调查,卫星图像等,阻碍了救援活动的迅速开展,效率低下。手机等移动设备的普及和广泛应用,使得手机定位数据为灾害情况下的应急救援提供了更加快捷的信息获取手段,大大提高了应急救援的效率。本文基于手机定位数据,同时结合道路修复和物资配送二者的相互关系,建立了混合整数线性规划模型,通过手机定位数据获取灾民分布情况、位置、灾害影响和物资需求等信息,实现精准道路修复和物资配送的决策,并设计了相应的启发式求解算法。最后通过算例仿真验证了模型和算法的有效性,同时将手机定位数据下的救援结果与缺少手机定位数据的常规救援结果进行比较分析,验证了文章所提出的手机定位数据的应用在应急救援方面的优势。     

考虑关联与替代关系的应急物资储备量模型

应急物资储备量决策是应急管理的重点工作之一 ，需要兼顾以人为本和经济性两方面的要求．针对应急救援的阶段性特点，应急物资被划分为响应期物资和恢复期物资。其中，恢复期物资需求量会受到响应期物资缺货量的影响。首先考虑两阶段应急物资之间的关联关系，构建了考虑关联关系的应急物资储备量决策模型，分析了模型最优解的特征；进一步，分析了同类应急物资之间的替代性，构建了考虑关联与替代关系的应急物资储备量决策模型，设计了基于蒙特卡洛仿真的求解算法；最后，通过算例分析，验证了模型的有效性。理论和计算分析的结果表明，将应急物资的关联和替代关系与储备量决策综合考虑，可在保证供应的前提下减少应急物资的储备量。     

考虑时效与公平性的震后应急物资动态配送优化研究

大规模地震后应急物资的高效保障是应急救援有效开展的必要前提。震后应急物资运输与配送包括从区域储备仓库和外围物资集散地运输到区域应急配送中心、由区域应急配送中心配送到各个受灾点两个阶段。应急物资保障具有持续时间长、需求紧迫性强和物资相对短缺等特点。本文以应急物资保障时效性与分配公平性为目标，建立了考虑多种运输方式、多时段动态的应急物资配送中心选址与运输配送路径优化的多目标规划模型，并基于此模型设计了一种带精英策略的非支配排序的遗传算法，以九寨沟地区地震灾难情景对模型进行实证研究，验证了模型和算法的有效性，以期为震后应急物资保障提供理论指导与决策支持。     

一个应急条件下港口群物资优化调度模型北大核心

由于海域面积广阔、生存环境恶劣,单一港口供应能力有限,难以满足突发灾害事件时的大量应急物资需求.本文针对港口群应急物资协同调度问题,构建考虑运输成本和任务完成度的双目标规划模型,并设计求解该模型的NSGA-1算法,通过港口群和陆上供应点的协同调度,满足应急物资快速可靠的运送需求.基于南海海区港口数据设计数值实验,对比了受灾顺序随机和受灾顺序确定两种情境下方案的鲁棒性.本文的研究结论对突发灾害事件港口群应急管理具有一定的指导意义.     

应急救援物资紧缺的两级配送路径选择研究

针对应急救援物资紧缺难以满足所有需求的情形,以单个需求点最大缺货量最小、车辆运输费用最小为双目标,建立从配送中心到分发点再到需求点的两级配送路径选择模型,设计复杂性为O(n3)的近似算法GA进行求解,证明算法近似比的上下界并讨论影响因素,用数值验证算法GA的近似比接近于1,表明算法GA具有较好的性能。最后以雅安灾区配送实例验证模型和算法的有效性。     

基于信息更新的两阶段鲁棒-随机优化调配模型研究

在突发事件的应对中,应急决策过程的灾情信息具有动态性、不确定性等特征,从而使得整个应急救援过程中的决策都必须随信息更新而不断调整,本文在调研国内外相关研究的基础上,以地震为背景提出了基于信息更新的资源调配决策问题。文章结合灾情信息更新的特征,给出了应急救援响应的阶段划分;以此为基础建立了两阶段鲁棒-随机优化模型,通过虚拟储备库点及虚拟临时分发中心点的设计,实现了第一阶段调配结果对第二阶段调配决策的后效性调整决策;根据鲁棒优化及随机优化的特点,设计了相应的原始-对偶及L-Shaped Method算法对模型进行求解;最后,通过CPLEX软件编程求解,并进行情景生成下的算例分析,与其他方法比较分析,证明了文章所设计的模型在灾情信息更新下的优势。     

基于期权契约的政企联合储备应急物资模型与利润分配机制研究

突发灾害发生后，应急物资需求量呈现爆发式增长。在实际情况下，为了保障应急物资的及时性与可用性，政府可能与不止一家供应商联合储备应急物资。目前众多研究均假设在应急物资供应链中，只存在一个应急物资供应商，鲜有关于政府与多个供应商联合储备应急物资的研究，也缺少对竞争型供应商利润分配机制的探讨。当然，与政府达成储备合作协议的企业也不宜过多，否则会增加政府对供应商利润分配的难度及潜在的管理成本。因此，本研究以政府与两个竞争型供应商联合储备应急物资的情形为例，构建了基于期权契约的政府与两个供应商联合储备应急物资模型，推导出政企最优决策策略。当供应链达到协调时，与政府单独储备模型相比，政企联合储备应急物资模型降低了政府常规物资储备水平，提高了应急物资储备总量。在此基础上，本文还给出了政府成本与两个供应商利润都得到改善的条件，确定了合理分配供应商利润的期权执行价格取值范围。本研究更加贴近我国国情与应急物资储备的实际情况及现实条件，对强化政企合作储备应急物资具有重要的意义，为政府更好地应对突发灾情提供了操作策略与指导原则。     

震后初期应急物资配送的模糊多目标选址-多式联运问题

针对震后初期应急物资配送系统优化问题,考虑应急物资需求模糊情况下应急物资配送中心选址和应急物资多式联运安排的集成决策,以应急物资配送总时间最短和受灾点应急物资未满足的总损失最小为目标,建立了一个震后应急物资配送的多目标选址-多式联运问题优化模型,设计了一种采用二维编码的非支配排序多目标遗传算法,并对该算法进行了复杂性分析。算例分析结果表明:该算法可以在得到Pareto前沿的同时,根据决策者偏好在Pareto前沿面上给出各种优化决策方案。     

震后应急物资配送的模糊定位-路径问题研究

从系统集成优化的角度研究震后应急物资配送的一种新模糊定位-路径问题(LRP),综合考虑救灾点所在地理位置和地形导致的应急车辆行驶时间的随机性、救灾点应急物资需求量的不确定性与应急物资配送的时间紧迫性,以应急物资总运达时间最短与总配送成本最小为目标,构建一个基于机会约束规划的多目标模糊LRP优化模型,并根据模型的特点设计了一种混合免疫遗传算法予以求解。最后,通过算例验证了本文方法能有效解决震后应急物资配送的模糊多目标LRP,实现了震后应急物流中心定位和应急车辆路径规划的联合决策。     

基于应急物流的减灾系统LRP研究

减灾系统的定位-路径问题(Location-Routing Problem,LRP)的研究对提高应对突发事件能力和灾害应急管理水平有着重要的意义。本论文将见在系统的定位-路径问题划分为应急服务设施选址和应急资源运输路线安排两个子问题,针对两个子问题建立了以总成本(包括应急服务服务设施点建设成本,运输成本和灾害损失成本)最小为目标的LRP模型,并利用一个两阶段的启发式算法进行求解。最后选择以某一典型台风灾害为例,对基于应急物流的减灾系统的LRP模型进行算例分析,结果表明了模型的合理性和算法的可行性。     

Stochastic Optimization for Natural Disaster Asset Prepositioning

A key strategic issue in pre‐disaster planning for humanitarian logistics is the pre‐establishment of adequate capacity and resources that enable efficient relief operations. This paper develops a two‐stage stochastic optimization model to guide the allocation of budget to acquire and position relief assets, decisions that typically need to be made well in advance before a disaster strikes. The optimization focuses on minimizing the expected number of casualties, so our model includes first‐stage decisions to represent the expansion of resources such as warehouses, medical facilities with personnel, ramp spaces, and shelters. Second‐stage decisions concern the logistics of the problem, where allocated resources and contracted transportation assets are deployed to rescue critical population (in need of emergency evacuation), deliver required commodities to stay‐back population, and transport the transfer population displaced by the disaster. Because of the uncertainty of the event's location and severity, these and other parameters are represented as scenarios. Computational results on notional test cases provide guidance on budget allocation and prove the potential benefit of using stochastic optimization.     

考虑供应风险的多源应急物资采购双层规划模型

自然灾害频繁发生,事故灾难不断涌现,公共卫生事件猝不及防,社会安全风险交织叠加,给人们的生产和生活带来了巨大的风险和不确定性。在突发事件背景下,考虑应急物资供应中的各类风险,激励多源应急物资的稳定供给,受到党和政府高度重视。应急物资供应有哪些风险,如何规避这些风险,针对多种渠道的采购,如何优化采购结构。这些问题是本论文关注的重点。本文以政府、制造型企业、受灾地区民众为决策主体的三级供应链为基础,构建了上层以整个供应链系统收益最大化为目标函数、下层以供应风险最小化为目标函数的双层规划模型,对不同情景下物资采购订单的分配进行研究。在此基础上,本文以某市洪涝灾害为例进行分析,证明了模型的可行性,并探究了供应风险变化对物资采购订单分配、以及整个供应链系统收益的影响,以期为政府应急物资采购决策提供参考性建议。     

An option contract pricing model of relief material supply chain

Relief material management which aims to reduce the impact of disaster and maintain social stability is of great importance for nonprofit organization (NPO) such as government, department of civil affair or Red Cross. However, the research of efficiency and performance on this field has long been ignored. In order to improve the efficiency and performance of the relief material management, we apply the supply chain management method into this field. Considering the relief material management system as a supply chain with one buyer and one supplier, we introduce the option contract mechanism into relief material supply chain management. With reasonable assumptions, we design an option contract with two delivery steps, and build an option pricing model with binominal lattice to estimate the different values of the same option contract for both members of supply chain. Furthermore, we analyze the impacts of the different parameters (such as the ratio of inventory, subjective probability of disaster, etc.), on the supply chain and its members in detail. The numerical example presented at last demonstrates that, with two delivery steps, there is a feasible price range of option contract which makes both members of relief material supply chain profitable and willing to conduct the transaction with option contract.