多疫区多周期应急物资协同优化调度

针对突发公共卫生事件应急管理体系中应急物资需求的不确定性和连续性以及应急救援是一个同时在多疫区间展开的多周期救援过程这一实际, 提出了多疫区多周期应急物资协同优化调度方案.首先在分析传染病扩散规律的基础上, 结合传染病潜伏期的不确定性所引起的应急救援的时滞性, 采用纵向配送和横向转运相结合的协同配送模式, 构建了一类应急物流网络优化多目标随机规划模型; 其次采用遗传算法给出了该优化模型的求解算法; 最后通过仿真算例验证了模型及算法的有效性和可行性.     

基于不完全信息博弈的关联基础设施网络保护策略研究

攻击的智能性和基础设施网络间关联的复杂性为制定关键基础设施保护策略带来了巨大挑战.基于此,本文以社区关联基础设施网络为对象,探讨了在攻击和保护资源有限的一般情形下,求解最佳保护策略的模型和有效算法.首先,根据城市社区关联基础设施网络间的关联关系,构建了关联基础设施网络物理模型;其次,基于网络最大流思想,设计了“最大流综合指数”来表征多个关联基础设施网络的工作绩效.然后,基于保护策略公开和攻击者总是选择最佳的攻击方式破坏关联基础设施网络的博弈场景,构建了用于求解不完全信息下“攻击资源不确定-保护资源有限”的关联基础设施网络保护策略求解模型.进一步,设计了计算单向依赖关联基础设施网络遭受攻击后的最终失效组件计算方法,并提出求解关联网络最佳防守-攻击策略的probabilistic solution discovery algorithm (PSDA)算法.该方法被应用到一个代表性算例当中,以验证算法的有效性和解释模型的应用.     

考虑网络连通性的交通网络防护加固决策优化

在自然灾害发生后,受灾区域内同样受损的交通网络是实施人道主义救援的最重要物质基础,且其损毁情况将直接决定救援行动的效率和效果。为增强交通网络的抗毁能力和保障救援工作的交通效率,在灾害发生前需将有限应急资源合理用于交通网络中关键路段的加固等应急预防护工程。本文在不确定灾害风险环境下,考虑灾后交通网络连通性、出行效率鲁棒性和防护预算等约束,以最小化交通网络基础设施的灾前养护加固成本和灾后维修成本为优化目标,建立了不确定风险环境下的交通网络应急预防护的"一主多从"双层规划模型,并基于模拟退火算法和基于路径的梯度投影算法,设计了模型的求解方法。计算分析表明,算法收敛性好;预防护方案的决策成本与交通出行效率鲁棒性约束成反比;问题可行解的存在性同时受到出行效率和防护预算等约束的影响,尤其是预算的设施对问题是否存在可行解有较大影响。     

基于献血行为学习的应急血液供应链网络鲁棒优化

不同于可以大规模生产的救援物资，血液的供应完全依赖于献血者的行为。献血行为显著影响血液供应链网络的运作，而血液供应链网络布局又可以通过影响献血便利性改变献血行为。为此，针对突发性重大灾害，研究了考虑献血者行为的应急血液供应链网络优化。采用场景鲁棒方法，首先构建了考虑灾前储备和灾后救援的两阶段血液供应链网络优化模型。其中，灾害救援中可以通过临时献血点的部署和对预约献血者的分配影响献血行为。继而，采用基于问卷的无监督学习，刻画不同灾害程度和距离范围内的灾后献血者行为，并结合到优化模型中。最后，将所建模型应用于我国西南某市的地震灾害防治中，并展开对模型鲁棒和解鲁棒的灵敏度分析，模型能够给出满足决策者不同要求的灵活决策结果，以避免过高的血液供应链成本或过大的血液缺口。     

突发事件应急救援前摄性调度与反应性调度的集成优化

突发事件应急救援具有高度的不确定性与动态性,稳定可靠的救援计划及其合理有效的动态调整,对于应急救援的顺利实施具有重要影响.本文以企业生产事故与突发事件为主要对象,研究应急救援的前摄性调度与反应性调度的集成优化问题.作者首先对问题进行界定,构建前摄性调度优化模型以求得一个鲁棒性最大的基准计划,然后以此为基础建立调整损失最小的反应性调度优化模型.针对问题的NP-hard属性,设计专门的禁忌搜索启发式算法.最后,通过对一个实际井喷事故救援过程的求解分析对研究进行说明,得到如下结论:前摄性调度的鲁棒性与反应性调度的损失值之间,并不存在一个绝对的单调关系,通过反复多次的求解运算,可以找到二者之间平衡点,实现两种调度方式的集成优化.本研究可为突发事件应急救援基准计划的制定与动态调整提供定量化决策支持.     

公平缓解灾民创伤下的应急物资动态调配研究

及时有效地调配物资对灾害应急救援至关重要.考虑两种典型的物资分配策略，构建一个多目标动态调配模型来实现灾后应急物资的有效分配和路径优化选择.其中，多目标不仅强调对救援效率的追求，也重视对救援有效性和缓解灾民心理创伤公平程度的考量.提出相对剥夺成本来刻画救援公平性，且构造包含初救和补救两阶段的需求函数以反映灾害变化、救援调配与需求之间的相互影响.应用设计的遗传算法在2008年汶川地震案例背景下对所构模型进行仿真求解，并通过实施对比分析和关键参数敏感性分析得出一些管理启示.     

公平缓解灾民创伤下的应急物资动态调配研究

及时有效地调配物资对灾害应急救援至关重要.考虑两种典型的物资分配策略,构建一个多目标动态调配模型来实现灾后应急物资的有效分配和路径优化选择.其中,多目标不仅强调对救援效率的追求,也重视对救援有效性和缓解灾民心理创伤公平程度的考量.提出相对剥夺成本来刻画救援公平性,且构造包含初救和补救两阶段的需求函数以反映灾害变化、救援调配与需求之间的相互影响.应用设计的遗传算法在2008年汶川地震案例背景下对所构模型进行仿真求解,并通过实施对比分析和关键参数敏感性分析得出一些管理启示.     

大型活动的安保警力部署和调度优化研究

近些年,我国大型活动(特别是大型体育活动)数量逐渐增多,规模日益扩大,活动中潜在的风险和威胁也随之增加,由此衍生出巨大的活动安保警力需求,这与有限的警力资源之间产生的矛盾就成为亟需解决的问题.通过对大型活动安保实践的调研,构建了警力部署点的数量与风险损失的函数关系,并建立了最小化预期风险损失的静态警力部署模型,以及在风险发生后有效调度警力的动态警力调度模型,准确刻画了大型活动中的警力初始部署和变动情况.两种模型可以分别用动态规划算法和线性规划算法求解.为使模型在实践中更易推广使用,依据贪婪算法为大型活动的安保警力部署和调度设计了一套优化规则.数值实验结果表明,对于静态警力部署模型,我们给出的优化规则和通过动态规划算法得到的精确解具有良好的近似程度;而对于动态调度模型,优化规则得到的解和线性规划算法得到的精确解在99.5%的情况下完全一致.研究丰富和发展了大型活动中安保警力优化调度的相关理论,也为公安部门的安保实践和相关规则的制定提供了理论基础.     

多地点协同恐怖袭击下的多目标警务应急物流调度

多地点协同恐怖袭击是最新恐怖袭击形式,会造成严重灾难和大范围社会恐慌.面对袭击时,不仅要考虑救援速度,而在警务救援过程中要综合考虑救援效率、救援效果和救援公平性,制定有效的警务应急物流调度方案以达到快速、高效的救援.本文考虑警务应急物流调度的三个目标,分别是未满足需求、最小最大到达时间和掠夺成本,建立了多个地点发生协同恐怖袭击的多个警务资源有效分配救援的多目标非线性规划模型,并利用改进的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对模型进行求解,以某市公安局的警力和医疗部署为基础,以多点同时发生恐怖袭击为背景进行数值实验,结果验证了模型和算法的合理性与有效性,并得出了受袭地点重要程度最短距离优先策略的救援效果较优于最近救援距离优先策略、合理的警务资源调度中心设置对救援调度有较好的效果、警力分散设置有利于减少恐怖袭击带来的影响的结论.     

大规模应急救援物资运输模型的构建与求解

分析大规模突发性公共事件或自然灾害情况下救援物资运输与商业运输的不同特点，指出救援物资运输问题综合了多货物多起止点网络流问题与多种运输方式满载车辆调度问题，在此基础上为描述该问题设计一种多模式分层网络，并利用延期费用和划分时段的方法构建问题的多目标数学规划模型。提出一个基于拉格朗日松弛法的解决方法，将原问题分解为货物流与车辆流问题两个子问题，通过多货物流与最小费用循环流算法分别求解，最后通过实例计算验证谊解法具有良好的收敛性与计算效率。     

面向非常规突发事件的应急资源合作博弈调度

当非常规突发事件发生后,根据灾区灾情的严重情况,往往需要同时联合使用多种运输方式将应急资源快速高效地调度到灾区,由此设计了应急资源调度的多模式分层网络.在此基础上,以博弈论为分析工具,提出了基于合作博弈的应急资源调度模型与求解算法.在该调度模型中,把不同的运输方式映射为博弈模型的局中人,可能的资源调度方式组合方案映射为策略集,不同的运输方式调度应急资源所造成的损失映射为效用函数,将应急资源的合理调度问题转化为对合作博弈调度模型的核心求解问题.接着介绍了一种求解核心的Shapley 值法.通过应急资源调度的算例对比分析,验证了所建模型的可行性和求解结果作为调度策略的优越性.     

多受灾点救灾物资分配调度问题启发式算法

救灾物资的分配调度问题是灾害应急救援工作面临的一项重要任务。合理的物资分配调度方案可以极大程度地缓解灾情,保障人民群众的生命财产安全。本文提出一类具有多个受灾点、多种救灾物资的分配调度问题,以满足所有受灾点物资需求时间最短为优化目标。证明了该问题是强NP难解的,给出了问题的一个下界以衡量近似算法的性能。此外,提出了求解该问题的若干启发式算法,并通过仿真实验对启发式算法的性能进行了比较。     

面向抢险救灾非战争军事行动的动员优化模型及算法

鉴于抢险救灾非战争军事行动应急动员的组织和调度不仅面临多种不确定性因素的影响,还要考虑多救援品的前送、伤病员的后送以及受灾群众的转移等多类需求,建立了一个两阶段多目标随机整数规划模型。以最大化系统的综合满意度期望值且最小化系统的总体期望动员成本,其决策对象包括各类救援品、医疗设施、临时安置场的扩容水平等非情景变量以及每种情景下的运输调度总体预案,并根据模型的结构特点提出了一种基于情景分解的快速求解算法。最后,通过数据实例对所建模型和所提算法的有效性进行了验证。     

灾害链中多资源应急调度模型与算法

灾害事故的应急资源调度是减少生命财产损失的有效手段.针对灾害链中多资源应急调度问题, 建立了多资源多受灾点应急调度模型,设计了基于图论中网络优化和线性规划优化思想的启发式算法,并分析了算法复杂性.该算法根据应急资源在原生灾害和次生灾害中的需求对资源进行分类,对灾害链中都需要的公共应急资源, 通过对模型线性松弛解的修正,降低问题的复杂性, 减少算法的计算时间;而对原生或次生灾害中需要的应急资源, 运用领域搜索方法寻找出救点,得到满意的资源调度方案. 最后通过算例验证了算法的有效性和可行性,表明算法适合较大规模的计算, 并能满足应用中的实时性要求.     

灾害应对策略的评估模型及分类框架研究

根据影响救灾行动绩效的两个关键因素:灾害响应时间和物流专业化水平,提出了一种灾害应对策略的评估模型及分类框架.该策略评估模型以最小化社会损失为目标,通过建立政企合作下最优订货量模型和社会损失效率评价模型,从数量和效率两个维度分析灾害救援行动的绩效.根据此框架,可以将常见的灾害应对策略划分为4类:即时型自主物流策略、预防型自主物流策略、即时型外包物流策略和预防型外包物流策略.在此框架下,通过横向和纵向的交叉比较及实际算例分析得到如下结论:对于帐篷、棉被等非易腐物资,采用预防型自主物流策略可以在数量和效率两方面提高救灾行动绩效,这与我国目前大力发展救灾物资储备体系和基础运输网络以提高救灾行动绩效的政策相吻合;对于药品、食物、血浆等易腐性救灾物资,采用预防型外包物流策略则更为有效,这一结论从理论的角度证明了政企合作式救灾应急模式的可行性和必要性.该研究对未来我国健全救灾物资储备制度、完善救灾应对策略体系、建立政府与企业合作救灾新模式提供了理论依据.     

基于数量柔性契约与Markov链的应急物资采购模型

突发灾害是以一定概率发生的随机事件,其状态总是不断发生转移,使政府已采购的应急物资在状态好转时易造成浪费,在状态持续恶化时难以满足突发需求,因此考虑突发灾害状态转移的应急物资采购策略对提升政府应急物资保障能力至关重要.本文将突发灾害状态转移过程视为一个有限次的齐次Markov链,构建了基于数量柔性契约的应急物资采购模型,分析了政企达成合作的条件与双方最优决策策略.采用数值计算与敏感性分析验证该模型的有效性,讨论了若干外生变量对政企最优决策策略与双方成本收益的影响,提出了重要的管理启示.结果表明,突发灾害状态转移情形下的应急物资采购模型既能提高政府应急物资保障能力,又可以保障企业合理收益与控制政府成本.     

FlexRay总线静态段网络资源利用率优化研究

为了提高FlexRay总线的网络资源利用率,针对静态段调度对网络进行优化。分析FlexRay通信机制,建立报文模型并推导出带宽损失的计算方法,同时考虑协议开销与网络空载,以静态帧数目与静态帧有效负载长度为设计变量,通过求解此多目标优化问题来获得系统整体最优封装方案。最终应用在车辆的底盘综合控制系统进行仿真分析与验证,结果表明,该方案对网络资源利用率有较大提升,且比起仅考虑网络空载,并行考虑协议开销时对网络资源利用率的提升更为明显。     

疫情事件下多灾点应急资源最优化配置研究

新冠疫情的爆发,使许多地区成为灾区,为了及时对灾区进行救援,灾后应急资源精准供给成为保障灾区人民安全的首要因素。本文利用SEIR预测决策时刻各灾区感染人数,由此计算灾区紧迫程度权重与物资需求量。基于紧迫程度构建以灾民满意度最大化、总成本最小化和考虑分配公平的应急资源调度多目标优化模型。提出多目标人工蜂群算法。针对人工蜂群算法易早熟等缺点,利用动态参数思想与Pareto解集来定义新的蜂群位置更新公式,利用教学优化思想对蜂群位置进行扰动,以避免算法陷入局部极值。通过算例进行模拟实验,结果表明,所提出的模型和算法可以有效解决疫情事件下多灾点应急资源最优化配置问题,且改进算法的性能更优。