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不确定需求下基于匹配度的应急物资分配区间鲁棒优化

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系统工程 2023年第1期41卷 83-92页

作者：张旭张海燕袁旭梅燕山大学经济管理学院河北秦皇岛066000

考虑需求不确定性的应急物资分配是重大突发事件救援领域关注的热点问题。针对需求不确定下的应急物资分配问题,综合考虑需求量和需求时间的匹配度,构建以综合匹配度均值最大为目标的区间鲁棒优化模型,设计基于随机采样的改进自适应遗... 详细信息

考虑需求不确定性的应急物资分配是重大突发事件救援领域关注的热点问题。针对需求不确定下的应急物资分配问题,综合考虑需求量和需求时间的匹配度,构建以综合匹配度均值最大为目标的区间鲁棒优化模型,设计基于随机采样的改进自适应遗传算法,以某突发事件中的应急物资需求为对象开展算例研究,计算相应的物资分配方案及需求匹配度,分析模型和算法的性能,探究模型中部分参数的影响。结果表明:改进的自适应遗传算法在大规模物资分配问题求解方面的优势更加突出;鲁棒优化在提高应急物资分配中需求匹配度方面具有一定的优化效果,但鲁棒性降低并不一定意味着平均匹配度的明显增长;需求量匹配度权重对匹配度具有更加显著的影响,但需求量不确定程度的增加并不一定导致匹配度的下降。权衡保守值与匹配度之间的关系,设置合理的需求量匹配度权重,调节与控制需求量的不确定程度等,能够有效改善不确定条件下应急物资的分配效率与需求匹配度。

关键词：应急物资分配需求匹配度不确定需求区间鲁棒优化

灾害救援中基于用户均衡的应急物资分配优化研究

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运筹与管理 2023年第6期32卷 53-60页

作者：冯春冯宇杰罗茂于宝西南交通大学交通运输与物流学院四川成都610031 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室四川成都610031

近年来,大规模自然灾害、突发事件等频发。当大规模灾害发生时,通常会造成大量人员伤亡且瞬时产生大量的应急救援物资需求,尤其是食品、药品、救援设备等物资,在短时间内出现资源供不应求的现象。如何将有限的应急物资进行科学、合理的... 详细信息

近年来,大规模自然灾害、突发事件等频发。当大规模灾害发生时,通常会造成大量人员伤亡且瞬时产生大量的应急救援物资需求,尤其是食品、药品、救援设备等物资,在短时间内出现资源供不应求的现象。如何将有限的应急物资进行科学、合理的分配是满足灾区灾民生存需求与恢复发展的关键。针对这一问题,本文转变应急物资分配问题的角度,从灾民需求差异性角度出发,构建基于用户均衡的应急物资分配模型。该模型对“自下而上”的应急物资分配网络进行了优化分析,并针对模型的特点,考虑路段阻抗对灾民决策的影响,基于Frank-Wolfe算法的进行求解。分析结果表明:如果救援过程中提高对灾民的物资未满足需求的重视,可提高应急物资分配的效益性,从而减少未被救助灾民的人数,能够充分发挥救助中心的作用。最后以四川雅安芦山地震为研究背景,通过数值算例验证了模型和算法的有效性,体现出我国“以人为本”的救援宗旨,对基于人道主义的应急救援具有一定的理论和实践意义。

关键词：应急物资分配用户均衡 Frank-Wolfe算法

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突发公共卫生事件下多阶段应急物资分配研究

突发公共卫生事件下多阶段应急物资分配研究

作者：庄媛媛中北大学

学位级别：硕士

随着世界经济不断的快速发展,人口、资源、环境的结构日益多样化,社会的复杂性和不确定性因素也日益增加。在这样的环境下,突发公共卫生事件在全球范围内时有发生,极大程度上威胁了人民群众的生命健康、财产安全以及社会的稳定进步。因... 详细信息

随着世界经济不断的快速发展,人口、资源、环境的结构日益多样化,社会的复杂性和不确定性因素也日益增加。在这样的环境下,突发公共卫生事件在全球范围内时有发生,极大程度上威胁了人民群众的生命健康、财产安全以及社会的稳定进步。因此,如何快速应对重大突发公共卫生事件,合理制定有效的管控措施,制定高效精准的应急物资分配方案,以提高突发公共卫生事件下应急救援的效率迫在眉睫。本文以突发公共卫生事件为研究背景,以应急物资救援过程中所存在的需求量随疫情趋势动态变化、需求信息获取滞后、初期供给量不足、存在分配能力限制等问题为研究对象,进行了以下几个方面的研究。首先,在传染病扩散规律的基础上,根据对疫情受灾地区居民人数、感染人数、治愈人数、死亡人数等信息基于改进后的SEIR传染病模型预测出各受地区对应急救援物资的需求量,为物资分配提供了依据。为确保预测的准确性性,对比分析了不同环境下通过改进后的SEIR模型预测的结果,说明了对预测模型参数进行调整的必要性。建立了预测参数调整模型,每周期对模型参数根据实时数据进行调整。其次,为提高物资分配过程中的公平性,将各需求点对应急物资需求紧迫度进行评价,为应急物资分配提供参考条件。考虑到需求点对应急物资需求的紧迫性及需求量与供给能力随疫情发展趋势的变化而波动。因此分别建立应急物资分配初期属地供应一次分配模型,与中前期多外埠供应点、多配送中心、多需求点、多周期的三级供应量动态物资分配模型。模型考虑了政府调拨、物资捐赠、供应商与生产商补充多种供应渠道,使研究更具有实际救援意义。再次,为了提高突发公共卫生事件背景下应急救援物资分配效率,减少人员伤亡与经济损失。以应急物资需求未满足所导致的损失最小及物资分配总距离最短为目标,研究了重大公共卫生事件爆发后不同阶段下应急物资分配问题,构建针对不同阶段的应急物资分配动态分配优化模型。其中,考虑到突发公共卫生事件发生初期,分配调拨、捐赠、补充生产等渠道提供的应急物资在入库、分拣、检测、分配、出库等过程中面临的人力资源与物流设备不足的情况。因此将人力资源与物流设备的限制列为应急物流物资分配的约束条件。最后,在2020年初爆发的新型冠状病毒公共卫生事件的背景下,通过应急物资分配案例验证了模型的科学性与合理性。结果表明该方法能有效解决重大公共卫生事件下动态需求下应急物资分配问题,为解决突发公共卫生事件下应急物资配置提供了新的思路。

关键词：应急物流突发公共卫生事件应急物资分配 SEIR传染病模型遗传算法

基于受灾点应急需求分析的地震初期应急物资分配问题研究

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基于受灾点应急需求分析的地震初期应急物资分配问题研究

作者：杨丹宁北京交通大学

学位级别：硕士

突发事件的发生会给人身安全和经济财产造成较大的负面影响,地震又是发生最为频繁的自然灾害突发事件,给社会带来的危害更为明显。特殊的自然地理环境使我国成为了世界上地震发生最为频繁的国家,因此如何做好应急物资分配是降低地震灾... 详细信息

突发事件的发生会给人身安全和经济财产造成较大的负面影响,地震又是发生最为频繁的自然灾害突发事件,给社会带来的危害更为明显。特殊的自然地理环境使我国成为了世界上地震发生最为频繁的国家,因此如何做好应急物资分配是降低地震灾后人员损失最为重要的一环。其中地震初期可用应急物资不充足,且灾区信息传递困难,具体需求难以获取,各灾区需求紧迫等级也存在差异,这些因素加大了地震初期应急物资分配工作的难度。如何在震后初期将有限的物资以更高效方式公平地分配给所有受灾点,成为了属地应急部门需要考虑的重要课题。因此,本文以地震灾害初期为背景,对需求分析和应急物资分配问题做出以下研究:(1)梳理相关理论基础,奠定论文研究框架。首先本文对应急物流、应急物资分配相关概念、特点进行阐述,确定本文研究的应急物资范畴;再根据应急物流的特点,提出受灾点应急需求分析的概念,并将其内容划分为物资需求预测与受灾点紧迫度分级两部分;最后根据应急物流分配原则和地震灾害特点,将该背景下的应急物资分配问题划分为属地物资分配和省内物资补货两阶段,同时对常用求解方法进行概述,为后文研究打下理论基础。(2)受灾点应急需求分析。在物资需求预测方面,建立四层BP神经网络对地震灾害中的伤亡人数进行预测,利用人口与应急物资间的需求线性关系求得受灾点所需应急物资;在受灾点需求紧迫度分级方面,建立了以精确数据为主的影响评价指标系统,利用加入熵权法改进的灰色关联法对紧迫度进行分级;最后利用算例分析求得结果为后续应急物资分配提供理论依据。(3)应急物资分配两阶段问题研究。在属地物资分配阶段,在考虑道路损毁、受灾点需求紧迫度等级等因素的影响下,以时效性最优和公平性最优为目标,构建受灾点到供应点的多物资双目标二级分配模型;在省内物资分配阶段,构建受灾点到供应点的多物资双目标三级分配模型,在第一阶段的基础上,同时考虑配送中心可用空间、灾民对不同物资的需求等级等因素对模型的影响;利用加入逆转操作的改进遗传算法对模型进行求解,带入算例求得两阶段分配决策方案,证明了模型的有效性及可行性。

关键词：地震灾害应急物资分配需求预测紧迫度分级

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地震灾害应急物资分配优化模型研究

地震灾害应急物资分配优化模型研究

作者：牛真真浙江工商大学

学位级别：硕士

现如今,各地地震灾情频频出现,严重威胁到了人民群众的生命安全,造成了极大的财产损失和社会的动荡不安,也给政府的灾害应急管理工作增加了极大的难度。灾害发生后,政府需立即采取应急救援措施来挽救更多灾区人员的生命与挽回尽可能多... 详细信息

现如今,各地地震灾情频频出现,严重威胁到了人民群众的生命安全,造成了极大的财产损失和社会的动荡不安,也给政府的灾害应急管理工作增加了极大的难度。灾害发生后,政府需立即采取应急救援措施来挽救更多灾区人员的生命与挽回尽可能多的社会财产,而在政府紧急施救时,作为应急人员进行救援工作基础是应急物资,也是保障灾民基本生活需求和灾后末期灾区恢复发展的关键。灾后灾情信息可分为确定和不确定两种情况,针对不同情况设定不同的分配方案,合理的应急物资分配能使应急救援效果倍增,不合理的物资分配方案会影响救援工作的效率。因此,研究地震灾害发生后的应急物资分配问题具有极大的意义,也是目前应急管理领域极为重要的研究课题。本文主要研究地震灾害后的物资分配问题,在地震灾害应急物资需求的特点、应急物资分配原则的基础上,应用多目标优化、灰色系统以及第二代非支配排序遗传算法等多种研究方法,分别基于确定地震灾情信息、不确定地震灾情信息构建应急物资分配优化模型。主要内容包括:1.基于确定地震灾情信息的应急物资分配优化方面,以完备的地震灾情信息为基础,面对灾后初期应急物资供应短缺,出救点需要将物资及时配送到受灾点以求降低灾民损失的情况,又考虑到运输道路损毁对运输时间的影响,提出以总运输时间最小化与灾民损失最小化为目标的应急物资分配优化模型,并运用第二代非支配排序遗传算法对模型进行求解。2.在基于地震灾情信息不确定的应急物资分配优化方面,由于地震灾害发生的无预兆性往往会导致出救点的物资供给量、受灾点的物资需求量和物资运输道路损毁情况等信息无法准确获得的情况,用灰色区间数处理不确定的地震灾情信息,提出的分配模型以总运输时间最短与灾民满意度最大为目标,并运用第二代非支配排序遗传算法对模型进行求解。

关键词：地震灾害应急物资分配多目标规划

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基于需求分析的震后应急物资分配模型研究

基于需求分析的震后应急物资分配模型研究

作者：田亭亭西安建筑科技大学

学位级别：硕士

突发的地震灾害通常会给国家和人民带来严重损失,灾害发生后需要在第一时间内对受灾点开展应急救援工作,而应急物资的合理分配是有效开展应急救援工作的基础。进一步科学合理的进行应急物资分配是当前需要完善的重点,能有效缓解受灾群... 详细信息

突发的地震灾害通常会给国家和人民带来严重损失,灾害发生后需要在第一时间内对受灾点开展应急救援工作,而应急物资的合理分配是有效开展应急救援工作的基础。进一步科学合理的进行应急物资分配是当前需要完善的重点,能有效缓解受灾群众的损失和痛苦。本文对地震灾后早期应急物资分配问题进行深入研究,主要目标是进一步降低应急物资送达总时间和受灾点加权应急物资总缺口,制定科学严谨的应急物资分配方案供决策者参考。本文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)对应急物资相关研究进行梳理,从需求预测、需求权重评估及应急物资分配三方面系统性的分析了国内外相关研究进展,为后续确定应急物资预测模型及需求权重提供理论支撑,并为构建应急物资分配模型、设计求解模型的多目标优化算法奠定基础。(2)使用LSTM神经网络算法对受灾点的应急物资进行初步预测,并根据每个受灾点的灾情严重程度不同,以建筑物破坏程度、道路破坏程度、受灾人数、受伤人数和受伤人数比率等指标进行受灾点的应急物资需求权重评估。(3)针对地震灾害发生后早期应急物资分配的特殊性,构建了以应急物资送达总时间最短、受灾点加权应急物资总缺口最小为目标函数的多目标优化模型,并结合救援的实际情况给出了相关约束条件。同时,为了将算法与实际应急物资分配结合起来,设计了整数编解码以及交叉变异的操作方式。(4)将本文的模型和求解方法应用于某地区的7.8级大型地震灾后早期应急物资分配算例上,通过实验验证了所提出方法的可靠性,结果表明该方法可以提供合理的分配方案。本文的研究成果为地震灾害发生后早期的应急物资分配提供思路,所求得的分配结果能为应急救援提供有价值的参考方案。

关键词：应急物资分配需求预测需求权重多目标优化

突发公共卫生事件下考虑短缺最小化的应急物资分配研究

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突发公共卫生事件下考虑短缺最小化的应急物资分配研究

作者：蒋雪西南交通大学

学位级别：硕士

20世纪以来,诸如天花、非典、甲型H1N1流感等许多公共卫生事件频发,影响的规模和范围也越来越大,尤其是2019年年末爆发的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情,给人类生命健康和全球经济发展都带来了巨大的影响,其突发性、复杂性和艰巨性前... 详细信息

20世纪以来,诸如天花、非典、甲型H1N1流感等许多公共卫生事件频发,影响的规模和范围也越来越大,尤其是2019年年末爆发的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情,给人类生命健康和全球经济发展都带来了巨大的影响,其突发性、复杂性和艰巨性前所未有,短期内许多国家和地区对应急物资的需求迅速增长。因此,如何提高救援资金的有效使用率,将有限的应急物资分配到各个需求点,缓解应急物资短暂性的不足,是应急救援中亟需解决的问题。本文首先以期望短缺数最小化为目标建立应急物资分配模型,探究紧急调配成本、资金预算、需求变化以及灾区数量等因素带来的影响,给出了不同情形下应急物资的最优分配方案,证明了集中储备和统一分配战略的有效性。研究表明:(1)在不考虑预留物资(用于紧急调配)的情况下,无论需求的不确定性程度如何,保证每个地区拥有同等的库存服务水平的分配策略是最佳的;(2)考虑预留物资的情况下,向需求波动幅度较大的灾区提供更高的服务水平可以减少期望短缺,此外,若存在多个灾区,为每个灾区提供同等的库存服务水平会更具公平性,即使会导致物资的次优覆盖;(3)决策者是否考虑预留应急物资取决于单位成本、预算的高低以及灾区需求情况。然后,本文将应急物资分配模型与SEIRD传染病模型相结合,构建多阶段应急物资动态分配模型,并将应急物资分为医疗物资和防护物资两类,分别用易感染者和感染者数量分析人们对两类物资的需求情况。在此基础上,进一步考虑物资供应与疫情演化的耦合关系,即同时考虑传染病疫情扩散导致的物资需求变化和物资分配情况对疫情扩散的影响,设计改进的SEIRD模型预测各地区对应急物资的需求,再根据需求为其分配有限的物资。最后,以COVID-19疫情为背景进行算例测试,结果表明提出的模型能够为重大传染病疫情下应急物资管理工作提供理论参考和决策支持。综上,本文主要研究以下问题:(1)以短缺最小化为目标的应急物资分配决策问题;(2)以COVID-19疫情为背景结合传染病模型的需求预测问题。与已有的研究不同点在于:(1)分析了应急物资预留的重要性和特殊性,并证明集中储备和统一分配战略的有效性;(2)将传染病模型与分配模型结合,考虑物资供应与疫情演化的耦合关系,分析了应急医疗物资及防护物资对感染曲线峰值回落的作用。

关键词：突发公共卫生事件需求不确定应急物资分配库存服务水平 SEIRD传染病模型

考虑受灾人员感知满意度的应急物资分配模型研究

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考虑受灾人员感知满意度的应急物资分配模型研究

作者：刘甜玉西安建筑科技大学

学位级别：硕士

近些年,国内外重大突发事件的频繁发生给人类带来极大的损失和伤亡。为应对突发性情况,世界都越来越关注应急救援。其中,应急救援工作最为关键的一环是应急物资分配。由于现在消息传播尤为迅速,广大社会公民可以很快了解受灾情况及灾情... 详细信息

近些年,国内外重大突发事件的频繁发生给人类带来极大的损失和伤亡。为应对突发性情况,世界都越来越关注应急救援。其中,应急救援工作最为关键的一环是应急物资分配。由于现在消息传播尤为迅速,广大社会公民可以很快了解受灾情况及灾情相关信息,这种情况下一旦不顾及灾民的心理因素就会引起整个社会公众舆论的发酵,从而引发不可预计的社会问题。因此,从民众的心理认知出发,研究救灾物资的调配问题,并及时提出合理、有效的救灾物资分配方案,已成为当务之急。本文主要的研究内容如下:(1)将不同类型的心理感知影响因素进行分类,选择具有代表性的受灾人口年龄结构、教育文化水平、灾害经历情况作为影响心理感知的因素,提出个人特点心理感知系数,并给出相应的衡量计算方法。借用前景理论描绘受灾群众对救灾物资数量变动的心理感知,引入系数构造考虑心理感知的物资分配量的满意度函数;用降指数Sigmoid函数结合生存概率曲线对受灾人员的时间感知满意度进行刻画;用基尼系数来刻画受灾人员对物资分配数量公平性的感知满意度。(2)兼顾时间因素与分配公平性因素,构建考虑灾民心理感知的最大化需求满意度函数、最大化救援物资送达的时间满意度函数和物资分配公平性满意度函数,并在此基础上建立多目标应急物资分配模型。(3)对标准遗传算法进行改进来解决本文模型问题。将在雅安地震事件中的应急物资分配状况作为例子加以分析,最后,利用Matlab软件对本文模型进求解,并对结果进行对比分析,证明其有效性和科学性。从受灾群众心理感知的视角探究应急物资分配问题。由此建立的考虑受灾群众心理感知满意度的应急物资分配模型,对于应急决策部门有一定参考意义,在一定程度上提升应急物资分配的效果,提高受灾群众对物资分配的满意程度,丰富应急物资分配的理论研究内容。

关键词：重大突发事件应急物资分配心理感知满意度遗传算法

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基于公平原则的应急物资分配模型与算法

系统工程理论与实践 2015年第12期35卷 3065-3073页

作者：陈莹珍赵秋红北京航空航天大学经济管理学院北京100191 城市运行应急保障模拟技术北京市重点实验室北京100191

灾害发生后,灾区第一时间的自救和互救对于救灾工作至关重要.本文考虑自然灾害发生后,外界的救灾物资没有到达受灾地区的这段时间内,灾区的各个地区基于相互救援的应急物资分配问题.在考虑地区之间物资分配公平性的基础上,本文建立了一... 详细信息

灾害发生后,灾区第一时间的自救和互救对于救灾工作至关重要.本文考虑自然灾害发生后,外界的救灾物资没有到达受灾地区的这段时间内,灾区的各个地区基于相互救援的应急物资分配问题.在考虑地区之间物资分配公平性的基础上,本文建立了一个双目标优化模型,模型的目标函数是最大化地区的物资的满足量,以及最小化最大运送时间.进一步地,本文提出了一个改进的差分进化算法求解该双目标优化模型,计算结果从计算时间和解的质量两个方面验证了算法的有效性;同时,本文通过一组例子验证了公平性约束的合理性.最后,本文通过一组算例分析,验证了改进的差分进化算法对大规模问题的有效性,说明救灾物资的最大允许运输时间和地区间合作的关系.论文的研究成果对基于属地管理的灾区自救和互救决策具有重要的理论和实践指导价值.

关键词：应急物资分配双目标优化模型公平性 ε-约束方法差分进化算法