重大灾害环境下的应急物流

重大灾害环境下的应急物流东南大学课外研学讲座赵林度博士系统工程研究所教授博导[e-mail]13805167850内容一、应急物流的产生和发展二、应急物流中的选址和覆盖问题三、应用探索与实践四、汶川地震中应急物流的反思五、暴雪灾害的警示和启迪一、应急物流的产生和发展•世界各地重大灾害事件回顾•应急物流的提出•应急物流的研究和发展现状近年来世界重大灾害事件20012001年911事件20032003年SARS事件20042004年印度洋大海啸20052005年美国卡特里娜飓风20062006年千岛群岛8.1级地震20072008年初我国南方雪灾20082008年5月12日汶川大地震19981998年洪水灾害中国世界人口世界大陆地震次数世界地震死亡人数中国中国中国约占1/5中国约占1/3中国约占1/2中国中国约占1/14世界面积中国灾害的特点（以地震为例）应急物流的提出•应急决策比任何常规决策都更能考验政府的决策机制和决策能力，应急物流也比任何常规物流更能考验政府的救援机制和救援能力。•一个国家、一个地区如何面对重大灾害、面对重大突发事件，建立和完善应急决策和应急物流体系，已经成为国内外学者广泛关注的一个重大课题。应急物流的概念•应急物流是指在突发性自然灾害、突发性公共事件等突发事件发生后，政府机构等组织为救援灾区群众，在短时间内非正常性的组织救援物品、信息及医疗服务等从供应地配送到灾区的一个计划、管理和控制的实体流动过程。以5.12汶川大地震为例•国内支援512汶川大地震以5.12汶川大地震为例•国际援助512汶川大地震应急物资运输的方式时间驱动飞机其他火车卡车轮船引出问题从512汶川地震可以看出，应急救援是一项复杂的系统工程，如何组织救援？如何决策？如何调配救援资源？以什么方式配送应急物资？道路不通怎么办？……等等，这些问题都可以纳入重大灾害环境下的应急物流研究范畴。应急物流的特点分析•（1）突发性•（2）不确定性•（3）时间效益最优性或弱经济性•（4）需求相关信息的非常规性•（5）不可控制性•（6）变化适应性应急物流的特殊体系结构供应地1供应地2供应地n供应地应急采购紧急救援中心（URDC）应急配送应急配送目的区域受灾区域1受灾区域2受灾区域n多HUB救援网络间的协同应急采购应急物流信息平台、技术支持平台供应信息灾区信息统计表明：有效的应急救援系统可将事故损失降低到无应急系统的6％。应急物流的研究和发展历程•在应急物流的概念提出以前，国内外学者对灾害物流、企业突发性物流、军事紧急需求物流、国际重大赛事物流等都做了相关的研究。昨天今天明天应急物流的研究和发展历程（一）•Knott（1988）以线性规划理论为基础对突发的灾害事件中食品供应的车辆路线规划问题进行了研究。•考虑到灾害发生后在紧急条件下存在多个应急物流物资供应点的问题，在假设每条路线及该路线通过的供货量已知条件下，Rathi等（1992）提出三个线性规划模型，使得以尽量少数的车辆配送多种救援物资效率最高。应急物流的研究和发展历程（二）•Brown（1993）等结合优化理论、仿真技术以及决策者判断提出一套实时决策支持系统，用于灾难发生后救援物资的供应及配送。•HaghaniandOh（1996）用单目标函数描述了一个大范围的多种灾难救援物资的运输规划问题，在他的模型中，运输网络中的物资和车辆的时变状态由三个参数描述，分别是路径选取，中转点选取以及供需连接分析。应急物流的研究和发展历程（三）•PhilipT.Evers（1999）对突发物流与订单分割对物流总成本的影响进行了比较研究。•Fiedrichetal.(2000)寻求在灾难发生后的短时间内，通过在搜索和救援期间紧急选取和建立尽量少的救援点进行救援规划，建立了一个动态组合的优化模型。•Ozdamaretal.(2004)指出应急物流规划可以以灾区点得到救援物资的未满足率最小为目标，通过反复的求解运输规划而得到一个最优方案。应急物流的研究和发展历程（四）•张志勇等（2004）研究了美军物流系统的优化战略，提出了我军物流系统优化的思路，以及服务至上、技术整合的思想。•欧忠文等（2004）从应急物流目的性出发提出了应急物流的概念，指出应急物流是以提供突发性自然灾害、突发性公共卫生事件等突发性事件所需应急物资为目的，以追求时间效益最大化和灾害损失最小化为目标的特种物流活动。应急物流的研究和发展历程（五）•Jiu-BiingSheu等（2005）提出应急物流是一个计划、管理和控制的过程，使得救援物资、信息和服务有效的从供应点到需求点，从而最大化的满足灾区群众在受灾后的紧急物资需求。•王旭坪等（2005）认为应急物流是指为了满足突发的物流需求，非正常性地组织物品从供应地到接受地的实体流动过程。应急物流的研究和发展历程（六）•Gwo-HshiungTzeng等（2007）运用模糊多目标规划方法对紧急救援物资的配送建立了模型，其特色在于将公平满意度纳入了应急物流模型，使得在应急物资的配送中避免对某些区域的配送偏差太大。•WeiYi等（2007）认为紧急状况下的物流计划包括向受灾地区的分配中心分发物资、疏散，以及将伤者转移至应急点，并描述了一个综合的选址－分配模型，用于灾害响应活动中协调物流支持和疏散措施。•Jiuh-BiingSheu（2007）针对关键救援期中响应紧急物资需求的应急物流协同调度问题，提出了一种混合模糊聚簇优化方法。二、应急物流中的选址和覆盖问题•1、应急物流中的选址问题•2、应急物流中的覆盖问题应急物流中的选址问题•基本选址问题•P-中位问题（p-medianproblems）研究如何选择P个服务站使得需求点和服务站之间的距离与需求量的乘积之和最小。Lorena和Senne运用列生成方法，解决带容量限制的P-中位问题；Berman等研究了服务的可靠度随着服务设施与需求距离变化的设施问题。•P-中心问题（p-centerproblems）Hakimi首先提出了网络中P-中心问题，Kariv和Hakimi证明了P-中心问题为NP-困难问题。•扩展选址问题•截流问题Hodgson，Berman、Fouska和Larson提出了截流问题，研究了在需求路线确定的条件下，给定设施的数目，如何在网络中选址使通过服务站的需求量总和达到最大的截流问题，并提出了应用启发式的贪婪算法求解截流问题的模型。Mirchandani、Rebello和Agnetis通过基本截流问题向集覆盖问题的转换，证明了基本的截流问题是NP-困难问题。应急物流中的选址问题•扩展选址问题•HUB选址问题O’Kelly开创了Hub选址问题的研究工作，并首次提出了Spoke-and-Hub结构的数学模型。Marianov研究了竞争环境下的Hub选址问题；Kara和Tansel研究了单分配P-Hub选址问题；Ebery和Krishnamoorthy研究了带容量限制多分配的Hub选址问题。应急物流中的选址问题应急物流中的选址问题•扩展选址问题•动态选址问题动态选址问题研究的是在未来若干时间段内服务站的最优选址问题，在不同的时间段内动态选址模型的参数值是不同的，但在某一具体的时间段内模型参数是确定的。A.J.Scott研究了多个设施多阶段的选址－分配的问题，并应用近视算法（myopicalgorithm）求解。C.S.Tapiero研究了具有运输成本和服务站有容量限制的动态选址－分配模型。G.Gunawardane在研究公用设施的选址问题中建立了动态的集覆盖问题和最大覆盖问题模型，考虑了未来若干时间段的覆盖情况。国内选址问题研究ConceptTextText选址问题物流中心、公共设施选址应用优化模型应用评价方法考虑时间约束应急系统中的选址问题SuleymanTufekei（1995）研制了飓风应急管理的综合决策应急管理系统，在一个确定的网络中，应用网络优化模型估计疏散时间和交通流。SuleymanTufekei，WilliamA.Wallace（1998）和Wlodzimierz作为权威的应急管理专家指出应急管理本质上是一个复杂的多目标优化问题，在应急资源限制的情况下，必须要解决资源的折衷利用问题。应急系统中的选址问题Steven（2002）认为巡逻车定位配置是资源优化的一个重点，以城市巡逻车为例研究了应急资源优化配置问题。巡逻车将在不同时段、在每个区进行每天一周的巡逻，因此，如何配置人员以及巡逻车是一个关键问题。Steven主要关注警察部门警车的有效使用和平衡人员工作量，基于巡逻车配置模型采用了一种模拟退火搜索方法确定警区的地理界限。目的要使得工作总量最大化和警员工作量最小化，从而达到资源的优化配置。应急系统中的选址问题WeiYi等人（2007）介绍了一种综合选址模型，以使应急中心能够在救灾活动中更好地协调物流支援及疏散行动。该模型基于城市结构分析该城市自然灾害可能发生的风险性，考虑灾害中的物资协调分配，使得救援范围尽可能覆盖多的救援需求地区，并且在出现紧急情况时，附近医院的医务人员都能够及时重新安排工作参与救援行动。因此，该模型考虑到了各个方面的因素，从而充分及时地利用资源更快更好地缓解灾害损失。应急系统中的选址问题Jiuh-BiingSheu（2007）以水灾为例，将应急物流的不确定性问题表述为两个随机规划模型，该模型可为城市洪涝灾害确定一个救助资源分配制度，并确定救援组织结构、救援资源仓库地点、救援资源分配能力限制和救援资源配置。采用数据处理和网络分析功能的地理信息系统及洪水势图，用抽样平均近似法进行求解，并且提出了两个阶段随机规划模型，用于选定在灾害发生后必须成立的当地救援基地。应急选址问题的研究趋势：（1）多目标优化问题。由单目标优化模型向多目标优化模型转变；（2）动态随机选址问题。将随机理论应用到应急选址问题中，结合危机事件发生的概率等研究应急选址问题；（3）应急网络协同优化。可以将应急网络协同优化问题与应急选址问题相结合，提高资源流动的效率，寻找最优解。应急物流中的覆盖问题•覆盖问题•覆盖问题（CoveringLocationProblems,CLP）分为两类：最大覆盖问题（MaximalCoveringLocationProblems,MCLP）集覆盖问题（SetCoveringLocationProblems,SCLP）应急物流中的覆盖问题•最大覆盖问题•最大覆盖问题（MCLP）又叫P-覆盖问题，最早起源于30年前，主要是解决资源有限并且指定覆盖点的问题，主要研究在服务站的数目和服务半径已知的条件下，如何设立P个服务站使得可接受服务的需求最大的问题。•最大覆盖问题•最初的MCLP问题是由Church和ReVelle提出来的，他们将服务站最优选址点限制在网络节点上。•Church和Meadows提出了最大覆盖问题的伪Hakimi特性，即在任何一个网络中，存在一个有限节点的扩展集，在这个集合中至少包含一个最大覆盖问题的最优解。应急物流中的覆盖问题•最大覆盖问题（算法）•线性规划：ChurchRL和MeadowsME•拉格朗日松弛算法（LagrangeanRelaxation）：Roberto，Orhan•启发式算法：Charles，Haldun，Benedict，Hogan，Daskin•超立方体排队模型Fernandoetc.（2001年）最大期望覆盖选址问题及其调整计算，预期产生的覆盖范围只从未排队调用考虑，而计算时，交互使用的超立方体排队模型既考虑了未排队情况，又考虑了排队情况。对这三种模型并没有进行严格的比较，因为它们目标函数的结构存在差异，并且使用超立方体排队模型时，明确规定要素，根据服务时间单位来表示变动的时间是非常重要的。应急物流中的覆盖问题应急系统中的覆盖问题•Daskin与Stern（1981）将覆盖模型扩展为支援覆盖模型（Backupcoveragemode），研究美国EMS系统车辆服务问题，针对已经派出车辆不能对该设施服务区的需求再提供服务这一实际问题,支援模型允许其他在可接受距离内的设