非常規(guī)突發(fā)事件救援物資輸送的路徑優(yōu)化研究

閻俊愛，郭藝源

(山西財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原 030006)

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非常規(guī)突發(fā)事件救援物資輸送的路徑優(yōu)化研究

閻俊愛，郭藝源

(山西財(cái)經(jīng)大學(xué) 管理科學(xué)與工程學(xué)院，山西太原 030006)

摘要:鑒于非常規(guī)突發(fā)事件的突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，為保證救援的有效性，需要及時(shí)確定應(yīng)急救援路徑，以最短的時(shí)間將足量的救援物資送到事故點(diǎn)。根據(jù)事故的嚴(yán)重程度不同，需要不同數(shù)量的救援物資。由于救援點(diǎn)的救援物資數(shù)量有限，當(dāng)非常規(guī)突發(fā)事件災(zāi)害性強(qiáng)時(shí)，一個(gè)救援點(diǎn)無法滿足事故點(diǎn)的物資需求，則要求多個(gè)臨近救援點(diǎn)同時(shí)參與輸送救援物資的任務(wù)。該文主要研究在實(shí)時(shí)/時(shí)變的復(fù)雜道路狀況下，非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后多救援點(diǎn)實(shí)施的應(yīng)急救援物資輸送的路徑優(yōu)化問題，通過改進(jìn)遺傳算法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路徑調(diào)整達(dá)到求解最短路的目的，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急救援物資路徑動(dòng)態(tài)優(yōu)化，為救援團(tuán)隊(duì)提供準(zhǔn)確、及時(shí)、可視化的救援方案，提升救援效率。

關(guān)鍵詞:應(yīng)急救援；物資輸送；實(shí)時(shí)；時(shí)變；路徑優(yōu)化；改進(jìn)遺傳算法；安全庫存

非常規(guī)突發(fā)事件是指突發(fā)性的、不可預(yù)知的事件，往往造成嚴(yán)重的損失，不僅僅是財(cái)產(chǎn)損失，更有大量的人員傷亡。應(yīng)對(duì)非常規(guī)突發(fā)事件是一項(xiàng)需要及時(shí)制定計(jì)劃實(shí)施救援的復(fù)雜工程，由于時(shí)間的緊迫性，應(yīng)急救援物資的輸送成為關(guān)系到受災(zāi)人民群眾生命安全最突出的問題。能否將救援物資第一時(shí)間送到事故點(diǎn)，通常直接決定受災(zāi)人群的傷殘率和死亡率。僅以2008年的自然災(zāi)害為例，汶川8.0級(jí)特大地震、南方冰雪災(zāi)害(21個(gè)省遭受了這場(chǎng)意外的冰凍災(zāi)害)、華南地區(qū)突發(fā)的洪澇災(zāi)害、駭人的“黑格比”臺(tái)風(fēng)(嚴(yán)重危害廣東、廣西地區(qū))、新疆的嚴(yán)重干旱(歷史降水量第二少的一年)、長(zhǎng)江及江南地區(qū)嚴(yán)重的秋澇、寧夏糧食受干旱影響嚴(yán)重減產(chǎn)、四川在一年內(nèi)同時(shí)遭遇泥石流、地震及洪澇災(zāi)害，西藏遭受數(shù)日強(qiáng)降雪，這被稱為十大“歷史罕見”[1]。頻繁發(fā)生的非常規(guī)突發(fā)事件造成嚴(yán)重的生命、財(cái)產(chǎn)損失的背后都反映出，在災(zāi)害發(fā)生后，事故點(diǎn)和外界信息不對(duì)稱，導(dǎo)致在應(yīng)急救援物資的輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，使得救援物資輸送數(shù)量不夠或者輸送不夠及時(shí)，導(dǎo)致應(yīng)急救援物資輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)混亂，這是造成不必要的受災(zāi)人員死亡和不必要的財(cái)產(chǎn)損失的關(guān)鍵。鑒于應(yīng)急救援物資輸送環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，在事故發(fā)生后，對(duì)事故的應(yīng)急響應(yīng)，幫助決策者快速確定出應(yīng)急救援路徑，確保以最短時(shí)間將救援物資送達(dá)事故點(diǎn)的研究具有一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義。

非常規(guī)突發(fā)事件一再發(fā)生，嚴(yán)重影響著我國社會(huì)的安全，如何應(yīng)對(duì)非常規(guī)突發(fā)事件已經(jīng)成為必須面對(duì)的挑戰(zhàn)和亟待解決的難題。國內(nèi)外學(xué)者在應(yīng)急救援路徑優(yōu)化方面進(jìn)行了深入的研究。王紹仁等[2]建立了多目標(biāo)優(yōu)化模型，適用于救援中心定位，并安排物資輸送路線及多種運(yùn)輸方式相結(jié)合的方式來解決在短時(shí)間內(nèi)完成救援物資輸送的問題。王旭坪等[3]研究了在不確定的應(yīng)急運(yùn)輸?shù)缆肪W(wǎng)建立情景分析樹和救援理想路徑，并建立了嵌入情景的應(yīng)急路徑選擇模型。代穎等[4]在考慮震后救援物資配送問題上更進(jìn)一步，更符合事故情景，同時(shí)考慮了救援物資需求的模糊性、不固定性和救援道路遭受破壞后的恢復(fù)狀況，建立了在定位模糊情況下的路徑優(yōu)化模型以達(dá)到將救援物資輸送到各需求點(diǎn)總時(shí)間最短的目的。

綜上所述，目前國內(nèi)外學(xué)者對(duì)非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后的應(yīng)急救援路徑的選擇已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但由于事故發(fā)生后，道路的通行能力下降，學(xué)者對(duì)于實(shí)際道路交通信息的動(dòng)態(tài)性研究仍舊無法滿足非常規(guī)突發(fā)事件的需要[5]。因此，進(jìn)入非常規(guī)突發(fā)事件的高發(fā)時(shí)期，對(duì)非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后輸送應(yīng)急救援物資的路徑優(yōu)化問題的研究顯得十分必要[6]。

1應(yīng)急救援物資輸送的路徑優(yōu)化模型構(gòu)建

1.1　問題描述

非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后，需要事故點(diǎn)附近的應(yīng)急救援物資配送中心(救援點(diǎn))在有限的時(shí)間、空間和資源約束條件下將救援物資運(yùn)送到各個(gè)事故需求點(diǎn)。由于非常規(guī)突發(fā)事件的突發(fā)特點(diǎn)，事故點(diǎn)的應(yīng)急物資需求量無法在第一時(shí)間準(zhǔn)確計(jì)量，因此，對(duì)于事故點(diǎn)的救援物資需求量運(yùn)用安全庫存的算法定量化[7]。此外，對(duì)于救援點(diǎn)的選擇也十分重要，直接影響到救援有效性[8-9]。受災(zāi)群眾命懸一線，救援物資輸送時(shí)間越短，他們的生命安全就多一份保障。因此，救援物資輸送時(shí)間是該次救援首先要解決的問題，將救援物資運(yùn)送的時(shí)間作為群眾對(duì)于該次救援的滿意程度[10-11]。即在事故點(diǎn)對(duì)應(yīng)急救援物資的時(shí)間內(nèi)完成輸送任務(wù)，則此次救援任務(wù)成功，且時(shí)間越短，滿意度越高。否則，該次任務(wù)失敗。由于是多救援點(diǎn)的應(yīng)急救援模式，應(yīng)選擇滿足度最高的救援點(diǎn)完成任務(wù)[12]。

由于非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后，救援路徑會(huì)發(fā)生不可預(yù)測(cè)的變化，考慮到實(shí)際交通信息的動(dòng)態(tài)性，需要實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整救援行駛路徑[13-14]。已經(jīng)行駛過的路段不需要再次調(diào)整，只需在未行駛路段動(dòng)態(tài)調(diào)整，滿足到事故點(diǎn)路徑最短的要求[15-18]。

綜上所述，需要解決的問題是：①選擇哪些救援點(diǎn)輸送物資；②配送的救援物資數(shù)是多少；③被派遣的車輛應(yīng)該行駛怎樣的路徑。本文用圖1所示的技術(shù)路線來解決提出的問題。而對(duì)于應(yīng)急救援物資配送的具體情況如圖2所示(本文研究單事故點(diǎn)，多應(yīng)急救援點(diǎn)來具體研究)。

圖1　所需解決問題的技術(shù)路線圖

圖2　多救援點(diǎn)應(yīng)急救援圖示

1.1.1分析并求解應(yīng)急救援物資的需求數(shù)

(1)應(yīng)急救援物資需求數(shù)的分析方法

由于事故點(diǎn)的救援物資數(shù)需求無法確定，很多時(shí)候救援點(diǎn)沒有計(jì)算好救援物資的數(shù)量，時(shí)常造成救援物資分配不當(dāng)?shù)膯栴}，比如在庫存物資緊張的時(shí)候，有限的物資沒有分配到最緊急的地區(qū)，送到的地區(qū)卻出現(xiàn)物資冗余的問題。因此，計(jì)量事故發(fā)生地對(duì)救援物資的需求意義重大。目前主流對(duì)救援物資需求量估計(jì)的方法有兩種。一種是通過以往的事故進(jìn)行案例推理法，通過尋找類似案例，來推算本次事故救援物資需求量。這種方法不僅耗費(fèi)大量時(shí)間，而且由于非常規(guī)突發(fā)事件本身的突發(fā)性和獨(dú)特性，很有可能不存在類似案例。另一種主流方法是專家評(píng)估法，指權(quán)威專家運(yùn)用專業(yè)知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)以往事故的研究發(fā)現(xiàn)規(guī)律，憑借自己的經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷進(jìn)行預(yù)測(cè)。過度依賴專家經(jīng)驗(yàn)，使得該方法主觀性太強(qiáng)，缺乏客觀性和準(zhǔn)確性。本文根據(jù)事故點(diǎn)實(shí)時(shí)提供的受災(zāi)人數(shù)基于安全庫存理論提出物資需求量預(yù)測(cè)方法。

救援物資數(shù)量的預(yù)測(cè)通常是通過分期計(jì)算時(shí)間段來衡量的，但這種方法只是考慮到每一個(gè)時(shí)間段受災(zāi)人員對(duì)于救援物資的需求，并沒有考慮到潛在物資需求增長(zhǎng)量。由于分期計(jì)算救援物資需求量后，并沒有考慮輸送物資途中時(shí)間的耗費(fèi)，而大多數(shù)非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后，交通道路受阻，嚴(yán)重延長(zhǎng)了救援物資送到事故點(diǎn)的時(shí)間，因此，事故點(diǎn)救援物資的需求量還應(yīng)該包括等待救援物資到達(dá)這段時(shí)間救援物資的潛在需求量。本文通過安全庫存，通過緩沖庫存量解決由不確定因素產(chǎn)生的潛在需求量的問題。

(2)應(yīng)急救援物資需求數(shù)的求解方法

安全庫存(Safe Stock)的計(jì)算問題。統(tǒng)計(jì)學(xué)中顯著水平α對(duì)應(yīng)物流中的缺失率，與顧客服務(wù)水平(訂單滿足率1-α)相互對(duì)應(yīng)。即顯著性水平=缺失率=1-顧客服務(wù)水平。

在非常規(guī)突發(fā)事件中，救援物資需求數(shù)的求解滿足安全庫存計(jì)算中需求發(fā)生的變化，提前期為固定常數(shù)的情況。滿足兩點(diǎn)：①假設(shè)需求變化滿足正態(tài)分布的要求；②提前期長(zhǎng)短變化(救援物資在路上的運(yùn)輸時(shí)間)。在已知提前期需求的均值和標(biāo)準(zhǔn)差的前提下，求解安全庫存的公式為：

(1)

表1　顧客服務(wù)水平安全系數(shù)表

在提前期不變的情況下，將模型簡(jiǎn)化為：

(2)

(3)

根據(jù)以上思路確定了預(yù)測(cè)事故發(fā)生地所需要的救援物資數(shù)量：

(4)

式中：De(τ)表示事故點(diǎn)需要救援物資數(shù)量；Q表示受災(zāi)地區(qū)每位存活人員每期對(duì)于該類物資的需求；S(n)表示第n期時(shí)事故發(fā)生地的受災(zāi)人數(shù)；Z1-α表示服務(wù)水平為1-α下的安全系數(shù)；σn表示該類物資第n期需求的標(biāo)準(zhǔn)差；L表示把物資輸送到事故點(diǎn)需要的時(shí)間。

1.1.2輸送應(yīng)急救援物資的路徑調(diào)整方法分析及計(jì)算流程

(1)輸送救援物資的路徑調(diào)整方法分析

以往研究最短路徑問題的方法都是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，將各個(gè)路段設(shè)定一個(gè)固定的權(quán)值，但非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生后會(huì)對(duì)道路發(fā)生阻礙，現(xiàn)實(shí)生活中道路也不是靜態(tài)的，是隨時(shí)間和事件而改變的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于應(yīng)急救援，多延誤1min，就會(huì)對(duì)受災(zāi)人員造成多一分的危險(xiǎn)，它增加了應(yīng)急反應(yīng)的時(shí)間，時(shí)間就是生命，減小應(yīng)急救援車輛在路途中的時(shí)間事關(guān)重要，因此，本文采用實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合的方法，動(dòng)態(tài)調(diào)整救援車輛的路線。

道路網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)可以用行駛的時(shí)間來反映，道路的暢通與否直接影響行駛時(shí)間的長(zhǎng)短。道路網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的一般特性，分為可預(yù)測(cè)的時(shí)變特性和不可預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)特性。道路網(wǎng)絡(luò)具有時(shí)間依賴性，即每天的不同時(shí)刻行駛某一固定路段的時(shí)間不同，而不同時(shí)期同一時(shí)刻車輛的行駛時(shí)間相似。對(duì)于這種動(dòng)態(tài)特性，求某一路段的最優(yōu)化路徑時(shí)，采用時(shí)變方法來計(jì)算。由于道路狀態(tài)會(huì)受到天氣情況、意外交通事故以及施工等一系列特殊情況影響，使得時(shí)變算法不再適用，對(duì)于此種動(dòng)態(tài)特征需進(jìn)行不斷的優(yōu)化，不斷調(diào)整路段的最短路徑，通過實(shí)時(shí)測(cè)量的方法，來適應(yīng)不可預(yù)測(cè)的道路網(wǎng)絡(luò)變化。ITS稱作智能交通系統(tǒng)，通過它提供實(shí)時(shí)的道路信息。所以，實(shí)時(shí)信息針對(duì)一定時(shí)間范圍內(nèi)所提供信息的可靠性，而時(shí)變信息強(qiáng)調(diào)的是整體信息的可靠性。

選擇將實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合的方法動(dòng)態(tài)調(diào)整輸送應(yīng)急救援物資的路徑是基于以下兩點(diǎn)原因。①實(shí)時(shí)信息可以準(zhǔn)確提供當(dāng)前時(shí)刻的道路信息，隨時(shí)間推移不斷改變，無法提前獲得。而實(shí)時(shí)信息對(duì)于提供未通過的路段的道路信息會(huì)存在誤差，因?yàn)楫?dāng)車輛真正通過那個(gè)路段時(shí)，當(dāng)前的信息便會(huì)成為歷史信息。②時(shí)變信息是根據(jù)大量歷史數(shù)據(jù)得出不同時(shí)間段道路的平均行駛速度，相對(duì)準(zhǔn)確地提供了未行駛路段的速度變化趨勢(shì)。將實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合，也就是車輛行駛路段使用實(shí)時(shí)信息，及時(shí)調(diào)整路面信息，在其余路段，采用統(tǒng)計(jì)的時(shí)變信息，這樣可以準(zhǔn)確地為車輛導(dǎo)航，保證輸送救援物資車輛在根據(jù)道路的真實(shí)情況在最短時(shí)間到達(dá)事故點(diǎn)。

(2)采用實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合方法動(dòng)態(tài)調(diào)整路徑的計(jì)算流程

將實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合的方法求解車輛通過路段(i,j)的時(shí)間：

圖3　車輛通過路段(i,j)的時(shí)間計(jì)算流程

1.1.3事故點(diǎn)受災(zāi)人員對(duì)于物資輸送的時(shí)間滿意度的分析及求解

(1)事故點(diǎn)受災(zāi)人員對(duì)救援物資輸送時(shí)間的滿意程度分析

對(duì)于非常規(guī)突發(fā)事件的受災(zāi)群眾，應(yīng)急救援物資輸送的早晚直接決定受災(zāi)群眾的生命安全，如果在一定時(shí)間段內(nèi)沒有及時(shí)送達(dá)，將造成更大的人身、財(cái)產(chǎn)安全。所以，受災(zāi)群眾對(duì)于物資輸送的時(shí)間有一定的要求，如果超出時(shí)間范圍，即使送達(dá)物資，也無法滿足受災(zāi)群眾的需求，表明救援任務(wù)失敗。而在有效的時(shí)間段內(nèi)，救援物資越早送達(dá)受災(zāi)群眾手里，受災(zāi)群眾及早得到治療，時(shí)間滿意度會(huì)越高。

(2)時(shí)間滿意度的求解方法

由于非常規(guī)突發(fā)事件的特點(diǎn)，事故點(diǎn)的受傷人員的病情不確定，無法精確確定他們要求物資到達(dá)的時(shí)間，只能依賴專家通過經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)確定事故點(diǎn)對(duì)救援物資需求的時(shí)間上限和下限。若救援物資能在有效時(shí)間段內(nèi)及時(shí)送達(dá)，則滿意度在[0,1]區(qū)間內(nèi)，救援物資越早送達(dá)，受災(zāi)群眾的滿意度越高。如果救援物資在受災(zāi)群眾的忍受區(qū)間外送達(dá)，則救援任務(wù)失敗，假定為一個(gè)很大的負(fù)數(shù)N。假設(shè)U(te)表示事故發(fā)生地e的顧客對(duì)救援點(diǎn)輸送救援物資時(shí)間的滿意程度；fe為e處受傷人員對(duì)救援點(diǎn)輸送物資可以等待的最短時(shí)間；MLe為e處受傷人員對(duì)救援物資輸送到達(dá)感到很滿意所能接受的等待上限；BSe為e處受傷人員對(duì)救援物資輸送到達(dá)感到很不滿意的等待時(shí)間下限。則受災(zāi)地區(qū)受災(zāi)群眾對(duì)于救災(zāi)物資送達(dá)所需時(shí)間的要求范圍為，用如下函數(shù)U(te)表示事故點(diǎn)e的受災(zāi)群眾的時(shí)間滿意度：

(5)

由于受災(zāi)群眾希望救援物資第一時(shí)間送達(dá)，則救援物資送達(dá)時(shí)間越短越好，最好是事故點(diǎn)就是救援點(diǎn)，使得救援物資0時(shí)間到達(dá)，則以上公式可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為：

(6)

1.2　模型假設(shè)

(1)在每一輛救援車輛救援次數(shù)至多為一次的情況下，事故點(diǎn)的物資總需求可以得到滿足，且用車輛需求數(shù)表示救援物資需求數(shù)。假設(shè)所有救援車輛型號(hào)相同，可容納同樣數(shù)量的救援物資。

(2)同時(shí)、同地派出的救援車輛的道路狀況相同，行駛路線一致。

(3)救援路徑不含有回路。

(4)各個(gè)救援點(diǎn)派出車輛的準(zhǔn)備時(shí)間忽略不計(jì)。

1.3　符號(hào)定義

1.4　模型構(gòu)建

(7)

目標(biāo)函數(shù)(7)輸送救援物資時(shí)，在滿足事故發(fā)生地受災(zāi)群眾對(duì)救援物資所需時(shí)間要求的情況下，要求最大限度完成救援任務(wù)，換言之，目標(biāo)函數(shù)要求總行駛時(shí)間最小。

(8)保證救援車輛行駛的路徑滿足連續(xù)性。

(9)保證救援車輛行駛的救援路線不包含回路。

(10)表明沒有被選中的救援點(diǎn)不可以派遣救援車輛。

(11)表明被選中的救援點(diǎn)必須派出車輛救援。

(12)表明參與救援的所有救援點(diǎn)擁有的救援物資總數(shù)滿足事故需求。

(13)約束每個(gè)選中的救援點(diǎn)派遣的車輛小于等于該救援點(diǎn)閑置的車輛數(shù)。

(14)為事故發(fā)生地受傷人員對(duì)救援的時(shí)間滿意度。

(15)為派出救援車輛到事故點(diǎn)的救援點(diǎn)為被選中的為此次事故實(shí)施救援的救援點(diǎn)，否則，該救援點(diǎn)沒有被選中。

(16)約束每個(gè)救援點(diǎn)可派出的車輛數(shù)要滿足非負(fù)的條件。

(17)表明是否行駛新的規(guī)劃路線，只有新調(diào)整后的救援路徑輸送物資時(shí)間小于臨近一次調(diào)整的時(shí)間，此時(shí)需要按新的路線行駛，否則，不需要。

1.5　模型求解

基于實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合求解最短路的研究，在動(dòng)態(tài)調(diào)整行駛路線時(shí)選用改進(jìn)遺傳算法求解。

與傳統(tǒng)的遺傳算法不同，改進(jìn)遺傳算法在編碼長(zhǎng)度、初始種群的選擇和交叉變異環(huán)節(jié)進(jìn)行了改進(jìn)。

對(duì)比兩種遺傳算法的區(qū)別如表2所示，而圖4是改進(jìn)遺傳算法求解最短路的流程圖。

2輸送應(yīng)急救援物資輸?shù)穆窂絻?yōu)化算法流程

為完成應(yīng)急救援物資的輸送，根據(jù)第1節(jié)構(gòu)建的路徑優(yōu)化模型，需要通過如下的計(jì)算步驟確定具體的救援方案。①根據(jù)安全庫存的求解方法計(jì)算事故發(fā)生地對(duì)救援物資的需求數(shù)。②基于實(shí)時(shí)信息/時(shí)變信息相結(jié)合求解最短路，再選用改進(jìn)遺傳算法調(diào)整被選中的救援點(diǎn)到事故發(fā)生地的最優(yōu)路徑。③根據(jù)救援點(diǎn)完成任務(wù)的時(shí)間求解救援點(diǎn)到事故發(fā)生地的時(shí)間滿意度。④通過與鄰近一次求出的救援車輛行駛時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，判斷是否需要更新車輛的行駛路徑。輸送應(yīng)急救援物資的路徑優(yōu)化算法流程如圖5所示。

表2　兩種算法的區(qū)別

圖4　改進(jìn)遺傳算法求解最短路的流程圖

3算例分析

以山西省太原市某一路段(圖6)發(fā)生地震災(zāi)害事件為例，此刻該路段總共有6 000人，造成1 011人死亡，531人受傷如表3所示，假設(shè)有7個(gè)應(yīng)急救援點(diǎn)，09:15救援中心接到電話，稱地圖中Z地(圖6中編號(hào)33)發(fā)生地震。此時(shí)事故發(fā)生地鄰近的7個(gè)救援點(diǎn)(圖中A-G點(diǎn))的救援能力圖表4所示。太原市此路段的道路網(wǎng)時(shí)變信息和車輛的實(shí)時(shí)行駛速度由相應(yīng)時(shí)刻地理信息平臺(tái)提供(假定5min為一個(gè)時(shí)段)。由于災(zāi)情緊急，設(shè)定每4min更新一次道路的實(shí)時(shí)信息，故令ΔT=4min，并根據(jù)信息重新計(jì)算判斷是否改變行駛路徑。改進(jìn)遺傳算法的參數(shù)設(shè)置如下：Num=50；Maxgen=50；Pc=0.8；I=0.1。

圖5　應(yīng)急救援物資配送優(yōu)化算法流程圖

圖6　山西省太原市某一路段圖標(biāo)示

事故點(diǎn)人員傷亡數(shù)死亡人數(shù)受傷人數(shù)某路段(33)1011531

表4　救援點(diǎn)的救援能力

首先計(jì)算救援物資需求量。

通過實(shí)驗(yàn)及調(diào)查數(shù)據(jù)表明，每個(gè)人需要純凈水4L/d，面包3個(gè)/d，根據(jù)1-1中的庫存理論，則純凈水每人需要1/3(L/期)，面包每人需要1/1(個(gè)/期)。由于藥品種類繁多，根據(jù)災(zāi)害情況不同，需求量不同，在此假定為藥品M，每人每小時(shí)的需求量為80mg，每期則為310mg。設(shè)定缺貨率α=0.05，即顧客服務(wù)水平為95%，救援物資到達(dá)前受災(zāi)人員可等待的時(shí)間L=3h。則存活人數(shù)S(0)=6 000-1 011=4 988(人)。

R1(0)=3 316(L)；R2(0)=1 498(個(gè))；

R3(0)= 1 596 160(mg)。

然后確定救援路徑。

第一次作出決策時(shí)為接到信息時(shí)刻為09:15救援中心接到救援電話的時(shí)間，假定每輛車可運(yùn)輸水831L，313個(gè)面包，199 510mg藥品，則一共需要救援中心派遣8輛車，被選中進(jìn)行救援的鄰近救援點(diǎn)實(shí)施救援的路徑如表5所示，計(jì)算時(shí)間為74.383 4s。

表5　被選中的救援點(diǎn)的行駛路徑

表6　各救援點(diǎn)的車輛信息

表7　選中的救援點(diǎn)的行駛路徑

第二次作出決策的時(shí)刻為09:19，各救援點(diǎn)的車輛信息見表6，同樣算法，求出此時(shí)共需4輛車，被選中的救援點(diǎn)及派遣車輛的數(shù)量及救援路徑如表7。計(jì)算時(shí)間為56.594 1 s。

第三次作出決策的時(shí)刻為09:23，事故點(diǎn)需求全部滿足。

以上路徑優(yōu)化的決策過程通過MATLAB軟件顯示如圖7所示。

圖7　應(yīng)急救援物資輸送的路徑優(yōu)化決策過程

4總結(jié)

鑒于近年來非常規(guī)突發(fā)事件的頻發(fā)性，而應(yīng)急救援物資輸送環(huán)節(jié)往往是造成能否使得事故點(diǎn)受災(zāi)人員得到及時(shí)救治、減少人員財(cái)產(chǎn)損失的關(guān)鍵問題。為了保證足量的應(yīng)急救援物資及時(shí)輸送到事故發(fā)生地，就滿足受災(zāi)人群的需求，減少由于物資輸送不及時(shí)導(dǎo)致事故不必要的災(zāi)后損失，本文是在非常規(guī)突發(fā)事件發(fā)生的大背景下，結(jié)合城市路面信息實(shí)時(shí)/時(shí)變的特性，建立了應(yīng)急救援物資輸送的路徑優(yōu)化模型，并通過改進(jìn)遺傳算法動(dòng)態(tài)調(diào)整救援車輛行駛路徑保證救援物資輸送路徑最

短。本文為救援團(tuán)隊(duì)提供了更準(zhǔn)確、及時(shí)的救援方案，有效提高了救援效率。但本研究只適應(yīng)于確定應(yīng)急救援物資的輸送，并無法滿足輸送傷員的要求，因?yàn)樵诖祟惥仍桨钢校€應(yīng)道包括傷員的搜救及回送階段(將傷員送回救援點(diǎn)或者附近醫(yī)院的過程)，在這方面需要未來更為深入的研究。

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Unconventional Emergency Aid Delivery Path Optimization Research

Yan Junai and Guo Yiyuan

(SchoolofManagementScienceandEngineering,ShanxiUniversityof

FinanceandEconomics,Taiyuan030006,China)

Abstract:In view of the sudden and unpredictability of the unconventional emergencies, it needs to determine the path of emergency rescue in time in order to guarantee the effectiveness of the rescue, which will deliver enough aid to the accident spot in the shortest time. According to the severity of the unconventional emergencies, it may need large amounts of emergency relief supplies; however, the relief supplies in the accident spot can not meet the requirement, now it requires multiple relief points to an accident at the same time to carry goods. Therefore, our research is based on real-time/time-varying traffic information under the condition of saving more unconditional emergency relief supplies distribution route optimization problem. In order to achieve the purpose of solving the shortest circuit, the article applied the improved genetic algorithm for dynamic path adjustment. It realizes the dynamic emergency relief supplies path optimization, and provided accurate, timely and visualized rescue plan, and improved the whole effectiveness of relief activities.

Key words:emergency rescue; goods delivery; real-time; time dependent; path optimization; improved genetic algorithm; safety stock

作者簡(jiǎn)介：閻俊愛(1964-)，女，山西襄汾人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榉罏?zāi)減災(zāi).E-mail：sxyja@126.com

基金項(xiàng)目：2013年山西省軟科學(xué)課題(2013041010-04)；2015年山西省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃課題(晉規(guī)辦[2015]3號(hào))

收稿日期：2015-05-04修回日期：2015-06-16

中圖分類號(hào)：X43

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-811X(2016)01-0193-08

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.036