大规模应急救援资源配送点选址鲁棒优化研究——以地震应急救援为例

Lessons from Tangshan， Wenchuan and Yushu earthquakes that outburst and uncertainty of large-scale disasters, and the needs of explosive emergency demands caused emergency logistics disorder and serious short-board effect, Which makes us to know that the planning of distribution of the emergency relief resources is extremely important, but it is relatively weak in current research. And the difficulty to get the probability distributions of uncertain parameters and the fuzzy membership function, so robust optimization is used to solve the distribution optimization problems. Our research is including: 1) to establish spoke-hub network topology based on the indexes of the relevant parameters and the uncertain factors; 2)to build robust optimization models and algorithms design based on multiple coverage and the multi-objective; 3) to build distribution models and algorithms of double λ-Hub point based on robust optimization; 4) to build failure -solved of Hub-spoke network model and algorithms based on γ-hub shortcut model; 5) to build Hub-spoke network robust optimization model and algorithm of distribution of emergency relief resources in consideration of collaboration flexibility value; 6) to give cases study of Chinese distribution of emergency resources based on seismic intensity zoning map in China. Our research will be of great significance for large-scale emergency relief in China or even on the world.

从唐山、汶川和玉树地震得出教训：大型灾害的突发性、不确定性及爆炸性的应急物资需求，会出现应急物流紊乱，产生严重的"短板效应"，凸显应急救援资源配送点布局规划的重要性，而当前研究却较为薄弱。为此，在不确定性参数概率分布和模糊隶属度函数难以获得的情况下，用鲁棒优化来解决布局优化问题，具体包括：1）在建立相关参数的指标体系和分析不确定影响因素的基础上，构建轴辐网络拓扑结构；2）构建基于多目标多重覆盖模型的Spoke点布局鲁棒优化模型及算法设计；3）构建基于双重λ-鲁棒优化模型的Hub点布局模型及算法设计；4）构建基于γ-捷径模型的轴辐网络故障解决模型及算法设计；5）构建考虑"协同柔性价值"的应急救援资源配送点网络鲁棒优化模型及算法设计；6）以我国地震烈度区划图为依据，实证研究我国应急救援资源配送点优化布局。课题成果对提高我国乃至世界大规模应急救援水平具有重要的理论和现实意义。

唐山、汶川和玉树地震的经验教训告诉我们：灾前应急救援资源配送点如果缺乏合理布局规划，会导致救援应急物流出现紊乱，救援工作产生严重的“短板效应”。 因此，需要制定全局性先验性配送规划，科学规划应急救援资源配送点才能使整个应急物流网络有效发挥作用。为此，本课题做了以下几方面工作：1）研究应急服务设施轴辐网络中的Spoke点设施选址问题，针对受灾需求点对各类别服务的时效性要求不同，构建满足不同服务质量水平下的多重覆盖模型。该模型有利于提高受灾需求点的覆盖满意度。2）研究地震应急管理中Hub点之间的相互连接和支持问题。①基于Campbell第2类覆盖的定义，提出应用于灾害应急反应的枢纽集覆盖模型和枢纽最大覆盖模型，并进一步简化约束条件个数，提出枢纽集覆盖模型的代理松弛问题。试验结果表明，代理松弛问题的改进遗传算法在计算时间上具有优势并且多数情况下能得到最优解。②考虑在途时间不确定，运用随机规划方法建立的随机p枢纽中心覆盖模型（SpHCP）则表明：当援助程度设置为适当的值时，所提模型可对应急设施进行鲁棒配置；当模型中在途时间具有显著的不确定性时，采用随机规划方法往往是一个更稳妥的选择。3）基于云模型和模糊多属性决策提出地震救援应急物流能力（ERELC）评价模型，用于评估地震救援中的应急物流整体服务质量。提出的CAHP的系统框架方法可扩展到其他自然灾害的应急管理评估，也适用于其他语言环境。4) 将烈度区划以及烈度衰减理论引入覆盖模型，分别采用层次分析法和随机规划方法对参数进行确定，构建有容量限制的确定型最大覆盖模型和考虑地震烈度的随机规划模型，对比研究发现，随机规划模型更加注重应急救援设施选址的公平性和效率性。5) 基于连续三角直觉模糊熵的TOPSIS新算法，提出具有三角直觉模糊数的多标准群体决策的新方法, 确定了决策者的权重和群体决策中标准的权重，可用于地震应急救援中专家的群体决策。