灾害管理中的应急物资鲁棒优化模型与方法研究

The study of disaster management suffers from the unpredictability of disasters in time, location, and magnitude. In the current literature, optimization problems of emergency commodities are commonly formulated as scenario-based stochastic models, which may face huge challenges in practical implementation. To address this concern, in this proposal, we study robust optimization models and methods for emergency commodities management from strategic and operational aspects, respectively. In the strategic planning level, we study how to decide the total amount of supplies pre-positioned with the consideration of multiple demand sources. In the operational management level, we study logistic network planning with the consideration of deprivation costs. For each problem, we analysis the structure and properties of the robust models, derive their closed-form optimal solutions or find their equivalent problems, which should be easily solvable, and then propose high efficient approaches to solve them. Some theoretical results have been found. Finally, we plan to implement those models on some real cases and discuss the managerial insights of considering multiple demand sources and considering deprivation costs in the field of disaster management.

灾害管理领域的研究通常受到灾情发生时间、地点以及规模等不易预测性的制约。现有文献中，应急物资配置的研究几乎都是构建了基于场景的随机优化模型，这使得很多决策方法在实践环节中将遇到巨大挑战。鉴于此，本项目计划从战略规划层和运营管理层，分别研究应急物资优化配置问题的鲁棒优化模型和方法。在战略规划层，我们将研究考虑多需求源的总供给量问题；在运营管理层，我们将研究考虑匮乏成本的物流网络规划问题。本项目将构建这些问题的鲁棒优化模型并深入分析其结构性质，推导出可能的最优解或者找到易解的等价问题，并提出高效的求解算法。经研究，我们已经取得了一些初步的结果。最后，通过案例研究以及数值计算实验，项目将论证在灾害应急管理问题中考虑多需求源、考虑匮乏成本的实际管理意义。

由于灾害发生时间、地点以及规模的不易预测性，现有文献中应急物资管理相关的决策方法将在实践环节遇到巨大挑战。鉴于此，在本项目的研究中，我们主要采用了鲁棒优化的理论与方法以充分考虑应急管理领域中关键参数的不确定性。我们从战略规划层和运营管理层，分别研究了考虑多需求源的应急物资总供给量问题和考虑匮乏成本的供应链网络优化问题。经过对所构建鲁棒优化模型结构性质的分析，推导得到了最优解的闭式表达式或者易解的等价模型，通过数值计算实验展示所提出鲁棒优化模型的有效性，论证了在应急物资问题研究考虑多需求源和匮乏成本的管理启示。在本项目的研究中，我们进一步探讨了台风灾害疏散问题和公共卫生突发事件中的资源配置问题，其研究结论可以为灾害救援部门或相关企业组织提供决策参考。目前本项目的研究成果部分在审稿修改中，还有部分成果正在整理即将投稿。