不确定与动态信息环境下基于"预规划-重规划"集成建模的应急物流选址-调度鲁棒优化研究

Emergency rescue is one of the top tasks to relieve the effects of disastrous events, while proper emergency logistics management plays an essential role it the process. Due to the enormous uncertainty and different dynamic changes in the environment, it is quite usual that the initial planning becomes invalid finally. An effective way to solve this problem is to find a highly robust pre-planning and to make the reactive revision against the changes and new information (re-planning). There is no doubt that pre-planning and re-planning have strong interaction between each other, and the best result can be reached only when there is a proper coordination between them. The robust optimization for location/scheduling of emergency logistics management based on pre-planning/re-planning integrated modelling with uncertain and dynamic information is targeted in this project, with the aim of implementing two kinds of effective integrations, the first is. pre-planning and re-planning (including the integration of location and relocation, as well as scheduling and rescheduling), the second is location and scheduling. The main idea is to adopt a hierarchical modelling framework, in which the upper pre-planning is implemented with a robust optimization procedure while the lower re-planning is handled by reactive repairing for the previous strategies. The sophisticated meta-heuristic methods will be employed and incorporated with robust optimization procedure, and some priority-based heuristic rules will be developed for strategy repairing in order to ensure the reasonable computation efficiency for the optimization. Simulation will be employed to link the two levels. A set of novel, effective, and practical robust optimization methods for emergency logistics management is expected to be developed at the end of the project.

紧急救援是减轻灾害性突发事件后果的首要任务之一，而科学的应急物流管理则是实现高效救援的基础。由于实际环境中存在大量的不确定因素和各种动态变化，使得原先安排好的方案可能无法顺利实施，有效解决手段是寻找一个高鲁棒性的预规划，并在实际运作过程中针对发生的变化和新信息对初始规划进行修正（重规划）。"预规划-重规划"是相互影响的，只有实现二者的协同优化才能达到最佳效果。本项目针对应急物流设施选址和车辆调度的集成鲁棒优化问题拟在两个层面实现协同优化，即"预规划-重规划"（包括"选址-再选址"与"调度-重调度"）的集成，以及设施选址与车辆调度的集成。总体思路是采用递阶优化架构，以鲁棒优化实现上层预规划，以反应式策略修复实现下层重规划；上层以鲁棒优化结合智能启发式搜索算法为主要手段，下层以各种启发式修复规则为主要手段，利用系统仿真过程将二者加以衔接，从而建立一套应急物流管理的新型、高效、实用鲁棒优化方法。

本项目着重针对不确定与动态信息环境下的应急物流设施选址及车辆调度的鲁棒优化问题开展了深入研究。主要成果包括以下几个方面：（1）在物流设施选址方面，针对不同环境下信息的不确定性程度与问题的主要特征，提出了相应的鲁棒优化模型与求解算法，包括针对高度不确定性的基于不确定集合的选址问题鲁棒优化模型，以及针对有限不确定性的基于情景的选址问题两阶段鲁棒优化模型及求解算法，研究成果对于在恶劣环境发生的情况下有效规避损失并保障救援物资供应具有重要作用；在研究选址优化模型的同时，还开展了应急物流设施选址决策问题的研究，提出了一种基于粗糙集理论的应急设施选址决策方法，采用定性与定量相结合的手段有效解决了专家意见的不一致性和主观性问题。（2）在应急车辆调度优化方面，针对信息的不确定性与动态性特点，建立了需求可拆分应急车辆调度模型、带时间窗的两阶段应急车辆调度模型、动态信息环境下基于k-means的应急物资动态调度优化模型、模糊需求下的动态车辆路径优化模型、路径损毁条件下的多运输模式路径规划模型、应急物流车辆调度鲁棒优化模型，并设计了相应的优化算法，有关成果对于应急运输过程中在信息发生重要变化或有突发事件发生的情况下实现快速响应具有重要意义。（3）在不确定环境下的应急物流管理综合集成优化研究方面，分别研究了设施选址与物资调度以及设施选址与路径规划的集成优化问题，针对设施选址与物资调度的综合优化，提出了一种两阶段应急资源调度模型，采用“调度—重调度”模型生成预调度救援方案，并在需求出现干扰后通过“调度—重调度”模型进行修正，从而实现快速响应；设施选址与路径规划集成优化方面，建立了模糊需求下同时考虑物资配送和人员转移的选址-路径优化模型，以及不确定环境下的应急物流设施选址-路径多目标鲁棒优化模型，对于从全局的角度综合考虑应急物流管理优化具有重要作用。