地震灾害应急物资多周期分配优化模型研究

论文摘要

近年来,全球各地地震灾害频繁发生,对社会经济发展和人民生产生活造成了严重的影响,同时也对灾害应急管理工作提出了新的挑战。灾后应急救援的根本目的在于最大程度地降低灾区人员伤亡和社会经济损失,而在救援过程中,物资救援是满足灾区灾民生存需求与恢复发展的关键。科学高效与公平合理的应急物资分配方案有助于提高应急救援成效,不适当的分配方案可能给灾区造成二次伤害,加重灾区人员伤亡和财产损失程度。因此,地震灾害发生后,如何科学高效与公平合理地开展应急物资分配工作是目前应急管理领域亟待解决的重要研究问题。然而,现有的应急物资分配研究主要围绕应急物资的单周期分配展开,忽略了现实应急救援物资分配是一个持续的多周期过程,很少考虑不同应急周期之间物资供给与需求的动态变化;在物资分配优化的目标方面,现有研究多以时间、成本等体现效率或满意度等体现公平的单一因素为目标,忽略了实际大规模灾害应急救援物资分配决策需要综合考虑兼顾效率与公平的实际情况;同时,多数研究基于完备灾情信息展开,对实际应急救援环境存在的模糊随机信息与路网受损等不确定因素对物资分配产生的影响考虑不足;最后,以往属地管理原则下形成的应急物资分配方案容易出现高成本低效率的情况,研究成果得不到有效的转换和应用。基于此,本文基于物资需求的周期性以及物资筹集与分配的周期性,提出多周期分配策略,综合考虑各周期之间物资供给与需求的动态变化,以“地震灾害应急物资多周期分配优化”为研究对象,以应急资源管理理论、应急阶段划分理论、应急物资分配理论为基础,应用多目标优化、模糊规划、随机规划、线性近似以及智能优化算法等多种研究方法,分别基于确定性供需信息、不确定灾情信息构建多周期分配优化模型,并对多周期分配优化模型的有效性进行分析及其提升路径进行探究,旨在实现整个应急周期物资的最优分配。主要研究内容如下:首先,在基于确定性供需信息的应急物资多周期分配优化方面,针对现有模型构建多注重效率而忽视公平的不足,提出兼顾效率与公平的应急物资多周期分配优化模型。以完备灾情信息为基础,根据物资分配网络拓扑结构的不同,构建了两类模型:一是通过引入指数效用函数,以灾民物资短缺负效用损失量化公平,考虑不同周期灾民对于不同应急物资需求的动态变化特性,以最小化物资短缺负效用损失与物资分配总成本为目标,构建基于救援点—受灾点二级节点网络的应急物资多周期分配优化模型;二是考虑到灾后配送中心物资有限、需要物资集散点及时供应的情况,以物资短缺的延迟损失最小化与物资分配的总成本最小化为目标,构建基于集散点—配送中心—受灾点三级节点网络的应急物资多周期分配优化模型,有利于促使物资分配兼顾效率与公平。其次,在基于不确定灾情信息的应急物资多周期分配优化方面,针对地震的突发性、信息获取的不完全性、救援需求的紧迫性以及次生灾害影响,提出一种适用于实际灾害救援情境的应急物资多周期分配优化模型。第一,针对灾害发生的无预兆性所导致的无法准确获得应急响应周期内的物资供给量、需求量和道路最大运输量等信息的实际情况,提出基于模糊供需信息的应急物资多周期分配优化模型,能够实现在救援供需信息为区间值或模糊值时应急物资的多周期合理优化分配;第二,针对灾后道路损毁,路网存在一定风险并急需修复的情况,提出多周期应急物资配送与路径修复风险度量方法,并以最小化总分配时间、总分配成本和总体路径风险为目标构建基于随机模糊信息与路网修复的应急物资多周期分配优化模型,可以弥补以往物资分配方案脱离灾害实际情境信息的不足。再次,在应急物资多周期分配优化模型的有效性分析及提升路径探究方面,主要解决了以下两个方面的问题:第一,引入剥夺成本构建应急物资多周期分配优化社会总成本模型,提出基于基尼系数的应急物资多周期分配公平测度方法,通过比较多周期与单周期分配模型、分析模型在提高分配效率以及实现分配公平等方面所体现出的效果,验证应急物资多周期分配优化模型的有效性;第二,针对大规模地震灾害的跨边界特征以及属地管理原则下物资分配存在高成本低效率的不足,提出基于区域自救与跨区域协同救援的应急物资多周期分配优化模型提升路径,有利于实现多周期救援整体效果最优及救助效率最大化。本文将多周期分配策略引入到应急物资分配优化模型构建之中,建立了系统的应急物资多周期分配优化模型,针对应急物资分配优化的关键问题进行分析和研究,旨在解决目前应急物资分配优化决策过程中的薄弱问题,希望能够为实现地震灾害应急物资的多周期科学高效与公平合理分配以及提高震灾应急物资多周期分配的整体救援效果提供新思路,为政府应急管理部门在应急物资管理决策方面提供理论和决策参考。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景与问题提出

1.1.1 研究背景

1.1.2 问题提出

1.2 研究目的及意义

1.2.1 研究目的

1.2.2 研究意义

1.3 国内外研究现状及评述

1.3.1 应急物资调度研究现状

1.3.2 应急物资分配研究现状

1.3.3 应急物资分配有效性及提升路径研究现状

1.3.4 研究现状评述

1.4 研究思路与主要研究内容

1.4.1 研究思路

1.4.2 主要研究内容

1.5 研究方法与技术路线

1.5.1 研究方法

1.5.2 技术路线

第2章地震灾害应急物资多周期分配优化理论分析

2.1 地震灾害应急物资多周期分配优化的相关概念

2.1.1 地震灾害

2.1.2 应急物资

2.1.3 应急物资需求

2.1.4 应急物资分配

2.2 地震灾害应急物资多周期分配优化相关理论基础

2.2.1 应急资源管理理论

2.2.2 应急阶段划分理论

2.2.3 应急物资分配理论

2.3 地震灾害应急物资多周期分配优化过程分析

2.3.1 灾情信息收集

2.3.2 救援物资统筹

2.3.3 分配方案制定

2.3.4 分配方案实施

2.3.5 决策效果评估

2.4 地震灾害应急物资多周期分配优化的理论研究框架

2.5 本章小结

第3章基于确定性供需信息的应急物资多周期分配优化模型

3.1 基于救援—受灾二级节点网络的应急物资多周期分配优化模型

3.1.1 问题描述与前提假设

3.1.2 参数和变量设定

3.1.3 模型构建

3.1.4 求解算法设计

3.1.5 案例分析

3.2 基于集散—配送—受灾三级节点网络的应急物资多周期分配优化模型

3.2.1 问题描述与前提假设

3.2.2 参数和变量设定

3.2.3 模型构建

3.2.4 求解算法设计

3.2.5 案例分析

3.3 本章小结

第4章基于不确定灾情信息的应急物资多周期分配优化模型

4.1 基于模糊供需信息的应急物资多周期分配优化模型

4.1.1 问题描述与前提假设

4.1.2 参数与变量设定

4.1.3 模型构建

4.1.4 区间数与三角模糊数确定性转化

4.1.5 求解算法设计

4.1.6 实际案例验证

4.2 基于随机模糊信息与路网修复的应急物资多周期分配优化模型

4.2.1 问题描述与前提假设

4.2.2 参数与变量设定

4.2.3 应急物资多周期分配风险度量方法

4.2.4 模型构建

4.2.5 随机约束规划与模糊约束规划确定性转化

4.2.6 求解算法及步骤设计

4.2.7 实际案例验证

4.3 本章小结

第5章应急物资多周期分配优化模型的有效性分析及提升路径探究

5.1 应急物资多周期分配优化模型的有效性分析

5.1.1 多周期分配模型与单周期分配模型比较

5.1.2 模型提高应急物资多周期分配效率的有效性

5.1.3 模型实现应急物资多周期分配公平的有效性

5.2 应急物资多周期分配优化模型的提升路径探究

5.2.1 跨区域协同救援应急物资分配的必要性

5.2.2 区域自救与跨区域协同救援的多周期物资分配优化模型提升路径

5.2.3 案例验证

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

个人简历

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王妍妍

导师: 孙佰清

关键词: 地震灾害,应急物资,分配优化,多周期

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 国家自然科学基金项目《大数据驱动下基于灾民特性的重大自然灾害应急物资精准配置研究》(71774042)

分类号: P315.9

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005225

总页数: 184

文件大小: 5154k

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