面向多层级出救点的应急物资调度模型研究

h h j ∈π j h
h
min
{
T（ h j ） N（ h j ）
（ 3）
的方案 j 最优， 则 h 级的最优调度方案为
' h = ∪ h j （ m ≤ m） j =1 m'
（ 4）
（ 0 ＜ w ＜ p； 0 ＜ k ＜ n； 0 ＜ u ＜ k； h， e≥0 ； 0 ＜ p + d ＜ k， 上标为优先 Sh 等级） ， pj 代表受灾点 D j 的第 p 个且优先级别是 h 的可参与调 S pj 对应的物资供应量为 x pj 。 度的储备库， 具体来说， 某受灾点的多层级出救点优先队列 （ 从高到 除灾害发生地县级储 低） 依次就是灾害发生地的县级储备库 、 灾害发生地所 备库外与其同市的其他未受灾县的县级储备库 、 属市的市级储备库、 除灾害发生地所属市的市级储备库外与其 灾害发生地所在省级储备 同省的其他未受灾市的市级储备库 、 库、 国家级储备库。表 1 是 2010 年 4 月玉树地震受灾点玉树 县可调度的储备库优先级队列 （ 这里假设除玉树县和玉树州 市都未受灾且都有储备库 ， 国家级储备库列举 外所列的县、 部分） 。
直接关系到灾区人民的生命财 府和组织救灾工作的核心内容 ， 产安全和生产生活秩序的恢复 。 为应对突发自然灾害的紧急 物资需求， 我国目前已建成包括沈阳 、 合肥在内的 19 个中央级 救灾物资储备库。按照民政部关于国家救灾物资储备库的建 ， “十二五” 期间还将在此基础上， 继续新建或改扩建 10 设规划 个储备库， 并且在省、 市、 县各级行政区建设 1 至 2 个地方生活 类物资储备库， 为抗灾减灾活动奠定物质基础 。 对于国家救灾物资储备库物资的调拨工作 ， 目前主要由国 家民政部组织和实施。为了协调各类各级储备库物资的调配 和合理使用， 民政部门会依据先地方后国家 、 就近调运的原则， 建立储备库物资的调运和发放顺序 。 这类从预先建立的储备库中调拨物资到受灾点 ， 属于多点 物资调度类问题。从现有文献看， 针对多点物资调度模型的研 究开展得较多。 Fiedrich 等人
Research on emergency material dispatch model orienting multilevel depots
TIAN Weidong，ZHAO Li
（ School of Computer ＆ Information，Hefei University of Technology，Hefei 230009 ，China）
0引言在突发自然灾来自时， 应急救灾物资的调度和运输是各级政
目标问题的研究； Wang 等人 人
［5 ］
［4 ］
对多受灾点情况下的资源竞争
的问题通过各受灾点之间方案调整的方法进行研究 ； 耿泽飞等 则以应急开始时间最早 、 成本最少为目标利用表上作业 ［6 ］ 法解决资源竞争问题进行优化求解 ； 杨继君等人 基于非合 作博弈的应急资源调度模型对多受灾问题进行研究 。 在这些 研究中， 使用的调度模型主要是正常社会经济情况下的传统模 通过修改优化目标以适应应急救灾的背景 ， 或者在其基础 型， 上增加了一些针对应急情况的约束条件 ， 这些模型没有考虑我 因而与真实的救灾活动仍存在一 国实际救灾工作的组织特点 ， 定的差距。 本文以自然灾害的救灾物资调度为背景 ， 考虑我国救灾实 践的组织特点， 建立了较符合我国真实应急救灾物资调度过程 的多目标优化模型， 设计了针对该模型的求解算法 。实际应用 该模型是合理可行的。 情况表明，
第 28 卷第 11 期 2011 年 11 月
计 算 机 应 用 研 究 Application Research of Computers
Vol． 28 No． 11 Nov． 2011
面向多层级出救点的应急物资调度模型研究
田卫东，赵
摘
*
利
（ 合肥工业大学 计算机与信息学院，合肥 230009 ） 要： 针对我国应急救灾物资储备库系统的物资调度和运输的组织特点， 依据受灾点的多层级储备库优先级
S0 …， S0 …， Sh …， Sh …， Se …， Se 1j ， wj ， pj ， （ p + d） j ， （ k － u） j ， kj
h 中第 j 组的一个可行调度方案设为 j ， 第 j 组所有方案的集合
为 πj ， 若 j 组所有可调度出救点物资全部参与调度 ， 则方案集 合中只有一个方案且是最优的 ； 否则需对集合中的所有方案进 行选择， 即满足
表1
储备库 名称 玉树县库 杂多县库 囊谦县库 玉树州库 海东州库 优先 级别 0 1 1 2 3 储备库 名称 海西州库 海南州库 海北州库 西宁市库 果洛州库
h
为了使式（ 3 ） 中两个目标同时达到最优 ， 本文利用模糊优 这里定义两个模糊目标集 F1 和 F2 化的思想求解，
μ F1 （ h j ） = μ F2 （ h j ） = t － T（ t － T（ h j ） h 1 j）
建立了针对多出救点、 多受灾点的应急物资调度模型， 实现应急开始时间最早、 出救点数目最少的多目标 模型， 优化， 设计了模型求解方法， 并给出实例验证了此模型的有效性和合理性。 该模型已成功运用在国家应急救灾 物资调度系统设计和玉树地震模拟物资调度方案的制定中。 关键词： 物资调度； 多层级出救点； 多目标优化； 应急救灾 中图分类号： TP301. 6 文献标志码： A 文章编号： 1001-3695 （ 2011 ） 11-4045-04 doi：10． 3969 / j． issn． 10013695． 2011． 11． 011
注： 0 ～ 5 是优先级别从高到低的顺序
确立所有受灾点的多层级出救点队列后 ， 按照多层级出救 点队列从高级到低级对所有受灾点同时进行调度 。 由于多个 受灾点都在同一地区， 则所有受灾点分别得到的储备库优先队 列就可能从某级开始部分受灾点是重叠的 。 当所有未满足需 求的受灾点同时在某一级调度时 ， 首先按照此级可调度的储备 库进行分组， 相同的分为一组， 一组的所有受灾点看做一个大 的受灾点进行调度， 然后此级所有未满足需求的受灾点按不同 组分别进行调度。 1. 2 多目标规划模型 对于多出救点多受灾点调度问题 ， 多受灾点都需要一次性 消耗物资 w。各个受灾点的需求物资量是已知的 ， 可参与调度 S2 ， …， S n 为 n 个出 的出救点物资供应量也是已知的 。 设 S1 ， S i 的物资供应量为 x i （ 0 ＜ i ≤ n ） ， D1 ， D2 ， …， Dm 为 m 个 救点， D j 的物资需求量为 X j 。 受灾点，
［7 ］
。
（ 5） （ 6）
n － N（ h j ） h n － N（ 2 j）
其中： t 代表 h 级第 j 组所有出救点中最长的运输时间 ； n 代表
h h ［8 ］ h 级第 j 组所有出救点数目； 1 的一个最优 j 代表 min T （ j ） h h j ∈π j h ［8 ］ 解， 满足应急开始时间最早 ； 代表 min N （ j ） 的一个最优 h 2j h h j ∈π j
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计 算 机 应 用 研 究
第 28 卷
他储备库的物资， 以及上级行政区储备物资库中的物资 ； 如果 则调拨更高一级行政区物资储备库中的物 物资储备仍不足， 资。依次下去， 直至到达国家层面， 此时调拨中央级物资储备 库中的物资， 依此建立多层级出救点优先队列 。 每级政府部门本级可能拥有多个储备库 ， 所以相同优先级 别的出救点可能有多个 。设由受灾点 D j 确定的多层级出救点 优先队列为
［1 ］
1
1. 1
数学模型
多层级出救点的优先级建模 由于地方储备库物资的发放和管理由地方政府负责 ， 具体
对地震后单个受灾点如何最
［2 ］
小化人员伤亡、 减少损失的问题进行的研究 ； Sheu
提出了针
对大范围地震后如何在三天有效救援期内对受灾点快速响应 的改进应急调度方法， 主要采用模糊聚类和多目标动态编制计 划模型的方法； Chang 等人
h j
好， 此时对应的 T（ j ） 和 N（ j ） 越小， 即
h z = αμ F1 （ h j ） + （ 1 － α） μ F2 （ j ） h j
h
h
（ 7）
的值越大越好， 使 z 值最大的 就是 h 级第 j 组的最优方案。
2
2. 1
模型求解算法
基本思想 根据各受灾点确定各自的多层级出救点优先队列后 ， 所有
收稿日期： 2011-04-09 ； 修回日期： 2011-05-11 项目（ 91024008 ）
基金项目： 国家科技支撑计划基金资助项目 （ 2008BAK49B05 ） ； 国家自然科学基金资助
作者简介：田卫东（ 1970-） ， 男， 安徽合肥人， 副教授， 主要研究方向为人工智能、 数据挖掘、 计算机控制等； 赵利 （ 1987-） ， 女， 安徽利辛人， 硕士 研究生， 主要研究方向为应急管理 、 数据挖掘（ lilyzhao_2009@ 163． com） ．
［3 ］
由地方民政部门负责实施和执行 。一般情况下， 突发灾害救助 时， 首先调度受灾点本级的储备库和当地储备库的物资 ； 物资 则依据行政区划和行政管辖关系 ， 由当地政府向上级 不足时， 政府部门申请， 调拨同属上级政府管辖的 、 与受灾点同级的其
针对多受灾点根据 GA 算法对连
出救点数目最少多 续消耗物资的情况进行应急开始时间最早 、
k p =1 n i =1
受灾点同时从高级到低级依次进行调度 ， 在每一级都需对未满 足需求的所有受灾点进行分组 ， 然后按组进行调度。对某一级 某组受灾点的需求进行储备库选择调度时 ， 若此级此组的所有 则此级此组 可调度出救点物资总供应量不满足总剩余需求量 ， 所有出救点全部参与调度 ， 满足时部分参与调度。这里剩余需 求量表示某受灾点对某种物资初始需求量减去已调度到此受 灾点的物资量， 且初始需求量为初始物资需求量 。 对此组储备库全部参与调试且不为国家级时 ， 接受灾人口 数量及受灾严重程度分配物资 。 由于受灾点的物资剩余需求 量与受灾人口数量及受灾严重程度成正比 ， 所以按剩余需求量 同时计算 比例平均分配来代替按受灾人口严重程度分配物资 ， 各个受灾点的剩余需求量 ， 继续进行下一级调试。 对此组部分参与调度的情况 ， 计算出救点与受灾点之间的 运输时间（ 出救点与多个受灾点的平均运输时间 ） 以及对应的 物资供应量。若总剩余需求量不为零 ， 确定此组有无可调度储 备库物资供应量大于等于总剩余需求量 ， 如果有， 则调度满足 总剩余需求量供应量最小的储备库 ； 否则选择物资供应量最大 的出救点， 此时总剩余需求量要减去调度供应量最大的出救点 的物资量， 再从此组去掉物资供应量最大的出救点继续进行选 依次循环下去直到总剩余需求量为零 。 择， 其中运输时间的确定是根据出救点和受灾点利用 GIS 网 络分析功能进行最短距离的计算 ， 并根据运输方式确定出救点 到受灾点的运输时间， 铁路和公路运输以速度为 60 km / h 计