發(fā)布時間：2020-02-04所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 臺風(fēng)災(zāi)害事件發(fā)生后的救援階段，應(yīng)急救援物資有限且物資需求點(diǎn)對物資需求具有不確定性。現(xiàn)有調(diào)度數(shù)學(xué)模型只考慮了救援車輛調(diào)度距離以及時間等因素，沒有考慮到提供給受災(zāi)點(diǎn)的救援物資可能存在不足或是過量及其對應(yīng)應(yīng)急救援效果的影響，導(dǎo)致調(diào)度成本過
摘 要: 臺風(fēng)災(zāi)害事件發(fā)生后的救援階段，應(yīng)急救援物資有限且物資需求點(diǎn)對物資需求具有不確定性。現(xiàn)有調(diào)度數(shù)學(xué)模型只考慮了救援車輛調(diào)度距離以及時間等因素，沒有考慮到提供給受災(zāi)點(diǎn)的救援物資可能存在不足或是過量及其對應(yīng)應(yīng)急救援效果的影響，導(dǎo)致調(diào)度成本過高。針對以上問題，提出基于離散蜂群的臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型。考慮到提供給受災(zāi)點(diǎn)的應(yīng)急物資可能不足或是過量的特點(diǎn)，在設(shè)定受災(zāi)點(diǎn)所需物資量遵從正態(tài)分布的前提下，以最小化物資分配不足和供應(yīng)過量所帶來的損失、車輛調(diào)度成本為優(yōu)化目標(biāo)，考慮受災(zāi)點(diǎn)對服務(wù)時間的要求和車輛承載能力等約束，構(gòu)建了緊迫性需求條件下的調(diào)度問題的優(yōu)化模型，并采用離散蜂群算法對調(diào)度問題優(yōu)化模型進(jìn)行求解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提模型與其他調(diào)度數(shù)學(xué)模型相比，有效降低了應(yīng)急物流車輛調(diào)度成本，可為臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急管理者提供科學(xué)的決策依據(jù)。
關(guān)鍵詞: 大數(shù)據(jù)背景; 臺風(fēng)災(zāi)害; 應(yīng)急物流; 車輛調(diào)度優(yōu)化; 離散蜂群
我國對臺風(fēng)災(zāi)害的預(yù)報已達(dá)到非常高的水平，但突發(fā)性的臺風(fēng)事故時有發(fā)生[1 - 2]。突發(fā)性的臺風(fēng)事故造成了大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，必然需要對災(zāi)區(qū)及時供應(yīng)所需物資，對人員、資金進(jìn)行緊急轉(zhuǎn)移。若不及時解決，受災(zāi)面積、人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失將會擴(kuò)大[3]。應(yīng)急物流車輛調(diào)度是保證臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急救援工作得以開展的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段車輛調(diào)度數(shù)學(xué)模型以追求應(yīng)急救援時間最短為目標(biāo)，能夠滿足時間限制約束條件，但所需調(diào)度成本較高，難以滿足實(shí)際的突發(fā)性臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急需要[4]。在這種情況下，如何在滿足受災(zāi)點(diǎn)應(yīng)急物流時間窗約束下，合理安排應(yīng)急物流車輛運(yùn)輸以盡可能地節(jié)省調(diào)度成本，成為該領(lǐng)域亟待研究的主要問題，受到了廣泛關(guān)注[5 - 6]。
國內(nèi)外對自然災(zāi)害應(yīng)急物流車輛調(diào)度已有大量的研究，例如朱娜等[7]提出一種基于矢量投影- 理想點(diǎn)法的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型。該模型以應(yīng)急救援時間、物資供應(yīng)點(diǎn)數(shù)量、運(yùn)輸成本為車輛調(diào)度優(yōu)化目標(biāo)，在車輛承載能力等約束條件下構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型，并使用“矢量投影 - 理想點(diǎn)法”對多目標(biāo)調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行求解。張雷等[8]提出基于優(yōu)先等級的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型。考慮到自然災(zāi)害發(fā)生初期應(yīng)急物資需求影響因素，采用可變集理論確定不同物資需求點(diǎn)應(yīng)急救援優(yōu)先級，在此基礎(chǔ)上以整個應(yīng)急救援時間最短為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型。該模型能夠滿足時間限制約束條件，但所需調(diào)度成本較高。
在當(dāng)前研究成果中，臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化的目標(biāo)都是以最小化調(diào)度時間、車輛調(diào)度距離等因素進(jìn)行簡化假設(shè)，沒有考慮到前期物資供應(yīng)是否充足，及救援物資供應(yīng)不足對臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急救援效果的影響。針對上述問題，在充分考慮關(guān)鍵救援階段應(yīng)急物資不足的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了考慮緊迫性變化需求的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型。
1 臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型
1. 1 應(yīng)急調(diào)度問題優(yōu)化模型
在大數(shù)據(jù)背景下，考慮到臺風(fēng)災(zāi)害發(fā)生后關(guān)鍵救援階段應(yīng)急物資可能供應(yīng)不足的情況，設(shè)定受災(zāi)點(diǎn)物資需求量滿足正態(tài)分布。考慮提供給受災(zāi)點(diǎn)物資過量或是不足所造成的調(diào)度損失，以最小化物資分配損失、車輛調(diào)度成本等為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建調(diào)度問題優(yōu)化模型。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
某沿海地區(qū)發(fā)生臺風(fēng)災(zāi)害，共有 6 個受災(zāi)點(diǎn)需要物資救援，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，使用 paramics 仿真軟件，對構(gòu)建的臺風(fēng)災(zāi)害應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。受災(zāi)地區(qū)交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)如圖 1 所示。現(xiàn)有一批物資需要從應(yīng)急供應(yīng)點(diǎn) 1 運(yùn)輸?shù)讲煌男枨簏c(diǎn)，6 表示當(dāng)前等待救援的受災(zāi)點(diǎn)，未來物資需求點(diǎn)為 2，3，4，5，且物資運(yùn)輸過程中無物資補(bǔ)充。
設(shè)定應(yīng)急物資供應(yīng)點(diǎn)共有 5000 個單位的物資，每個物資供應(yīng)點(diǎn)提供一臺運(yùn)輸車。不同應(yīng)急物資供應(yīng)點(diǎn)的單位物資需求量如表 1 所示。
經(jīng)過計(jì)算機(jī)仿真模擬，可計(jì)算得到應(yīng)急救援車輛抵達(dá)不同物資需求點(diǎn)的最優(yōu)救援調(diào)度路徑，選取方案結(jié)果如表 2 所示。
分析表 2 可知，當(dāng)前物流需求點(diǎn)在位置 6，假設(shè)未來階段臺風(fēng)災(zāi)害點(diǎn)發(fā)生在位置 3 時，調(diào)度應(yīng)急物資所需時間最少，且有充足的應(yīng)急救援物資; 假設(shè)未來階段臺風(fēng)災(zāi)害點(diǎn)發(fā)生在位置 5 時，救援物資調(diào)度所需時間最多，且應(yīng)急救援物資未滿足量最大。相比當(dāng)前的哪里發(fā)生災(zāi)害再考慮向發(fā)生災(zāi)害的受災(zāi)點(diǎn)提供物資運(yùn)輸?shù)那闆r，所構(gòu)建的優(yōu)化模型能夠提前對可能發(fā)生臺風(fēng)災(zāi)害的受災(zāi)點(diǎn)進(jìn)行救援準(zhǔn)備，當(dāng)發(fā)生突發(fā)性臺風(fēng)災(zāi)害事件時也能及時應(yīng)對。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證所提模型的綜合有效性，將所提模型與基于矢量投影 - 理想點(diǎn)法的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型和基于優(yōu)先等級的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型的車輛調(diào)度成本進(jìn)行對比，對比結(jié)果如圖 2 所示。為了便于描述，將所提模型、基于矢量投影 - 理想點(diǎn)法的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型和基于優(yōu)先等級的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型分別表示為 MI、VU、PI。
推薦期刊：《自然災(zāi)害學(xué)報》Journal of Natural Disasters(雙月刊)1992年創(chuàng)刊，為災(zāi)害學(xué)學(xué)術(shù)性刊物。旨在展示我國災(zāi)害科學(xué)的研究成果，促進(jìn)自然科學(xué)與社會科學(xué)在災(zāi)害科學(xué)方面的結(jié)合。刊登各種自然災(zāi)害和社會科學(xué)在災(zāi)害科學(xué)方面的結(jié)合。刊登各種自然災(zāi)害和發(fā)生機(jī)理、災(zāi)害與人類社會的關(guān)系及其影響、防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)工程等方面的研究論文。讀者對象為災(zāi)害學(xué)研究工作者、防災(zāi)減災(zāi)專業(yè)技術(shù)人員及相關(guān)專業(yè)大專院校師生。
分析圖 2 可知，所提模型相比基于矢量投影 -理想點(diǎn)法的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型和基于優(yōu)先等級的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型車輛調(diào)度成本較少，且仿真效果更穩(wěn)定。基于優(yōu)先等級的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型車輛運(yùn)輸成本最高，主要原因在于該模型以整個應(yīng)急救援時間最短為目標(biāo)函數(shù)，沒有考慮到調(diào)度成本問題，導(dǎo)致最終車輛調(diào)度成本較高。
3 結(jié)論
現(xiàn)階段的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型多數(shù)只考慮了調(diào)度距離以及時間等因素，沒有考慮到提供給受災(zāi)點(diǎn)的救援物資是否充足，導(dǎo)致最終應(yīng)急救援效果并不好。對此方面加以改進(jìn)，綜合救援運(yùn)輸車輛承載容量和物資需求點(diǎn)的硬時間窗約束，構(gòu)建以最小化調(diào)度費(fèi)用為目標(biāo)的應(yīng)急物流車輛調(diào)度問題模型，并采用離散蜂群算法對應(yīng)急物流車輛調(diào)度問題模型進(jìn)行求解。通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提模型的綜合有效性，能夠滿足臺風(fēng)災(zāi)害事件發(fā)生時，應(yīng)急物流車輛調(diào)度的需要。
所構(gòu)建的應(yīng)急物流車輛調(diào)度優(yōu)化模型可為相關(guān)應(yīng)急供應(yīng)管理部門提供有效決策。但篇幅有限，沒有考慮到未滿足救援物資供應(yīng)量的災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)輸，這是未來階段需要進(jìn)一步研究的問題。
