考虑供需匹配的应急资源调配网络均衡模型与应用研究

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近年来随着地震、塌方、泥石流、雨雪冰冻等一系列自然灾害的多发、频发,我国在处置自然灾害救援的应急资源调配上面临巨大的挑战。一方面,诸如车辆、油料等应急物流基础设施保障作为应急物流体系的重要支撑和“制约因素”之一,在应急资源调配过程中扮演着举足轻重的作用,其供给和需求的不匹配会严重影响应急资源调配的实施效率,拖延救援进度。另一方面自然灾害救援下的应急物流需求越来越复杂,形式上多呈现出复杂网络化特征,表现为供应链网络一体化中的应急物流整合。既要保证车辆、油料供需匹配的同时又要对复杂网络条件下的物资数量、车辆数量、路径选择实现决策优化的难度进一步增加。因此建立考虑供需匹配的应急资源调配网络均衡模型进行分析决策尤为重要。首先,本文在前人基础上细化应急资源调配决策问题,综合考虑了物资调配成本、车辆调配成本等因素对应急资源调配以及路径优化的影响,构建物资资源流、车辆资源流多决策变量共同影响下的应急资源调配网络均衡模型。其次,本文以考虑供需匹配的复杂网络下的应急资源调配决策问题为研究视角,同时考虑了车辆、油料等供需匹配程度最大的要求以及由物资调配成本、车辆调配成本等构成的应急资源调配成本最小的目标,针对受灾点不同的需求条件以及车辆资源、油料资源等基础设施保障在应急物流体系中的不同特点和需求性质,建立了贴近现实的单决策变量且带约束的车辆供需相近程度函数、多决策变量且无约束的油料供需差异程度函数,从不同的角度表现了供需匹配的程度。在此基础上,分别构建了考虑车辆供需匹配的应急资源调配网络均衡模型、考虑油料供需匹配的应急资源调配网络均衡模型,探讨了考虑供需匹配的应急资源最优调配策略。以网络均衡理论、供需匹配思想、流线优化理论、变分不等式理论为主要研究依据,结合多目标优化的手段,研究考虑供需匹配的应急资源调配网络均衡模型,结合“8·8九寨沟地震”为案例进行应用研究、敏感性分析,解决了复杂网络条件下保证车辆(油料)供需匹配的同时进行应急资源调配决策优化的现实问题。通过投影收缩算法,对考虑供需匹配的应急资源调配网络均衡模型的最优应急物资调配数量、车辆调配数量等均衡解进行求解,具有理论和现实意义。本文主要研究工作包括以下几个方面:(1)细化了应急资源调配决策问题,在现有研究基础上综合考虑了物资调配成本、车辆调配成本等因素对应急资源调配以及路径优化的影响,构建物资资源流、车辆资源流多决策变量共同影响下的应急资源调配网络均衡模型。这种“货”、“车”分离模式可以更全面地优化和分析应急资源调配决策问题。(2)针对车辆资源、油料资源等基础设施保障在应急物流体系中的特点和需求性质,分别构建了贴近现实的单决策变量且带约束的车辆供需相近程度函数、多决策变量且无约束的油料供需差异程度函数。对于相近程度函数,函数值越接近于1,供需匹配程度越大;对于差异程度函数,函数值越接近于0,供需匹配程度越大。从不同的角度表现和衡量了供需匹配的程度,建立了适合自然灾害背景的“供需匹配程度”度量方法。(3)分别构建了考虑车辆供需匹配的应急资源调配网络均衡模型、考虑油料供需匹配的应急资源调配网络均衡模型,分析了通道的拥挤程度系数、车辆装载率、应急能力限制、车辆调配成本、油料需求、成本优化目标与供需匹配优化目标间的权重等一系列因素对网络均衡结果的影响。并以“8·8九寨沟地震”为例,得出了相似自然灾害背景下的应急资源最优调配策略,对政府/企业在应急资源调配的决策优化方面提供整套的理论分析工具,具有一定现实意义。(4)基于投影收缩算法对应用研究中的数值算例进行求解,利用MatlabR2014a进行进行数以千次、甚至万次的迭代计算,Origin2018进行数据分析,验证模型有效性,得出一系列重要结论,为应急资源调配最优决策提供科学参考和政策建议。
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