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突发性灾害事件下应急物资分配决策优化过程研究

作　者: 庞海云
导　师: 刘南
学　校: 浙江大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 应急决策应急物资分配决策过程需求预测博弈模型改进粒子群算法系统损失公平约束应急响应时间公平测度
分类号: F251
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

突发性灾害事件在中国及全球范围内频发,对社会经济造成了极大破坏,应急管理及相关决策支持系统的研究和开发已经成为应对日益严峻的突发性灾害事件的迫切需要。由于应急物资分配是突发性灾害事件救灾的关键,作为应急管理和应急物流管理的重要分支,应急物资分配决策的研究已经成为国内外学术界研究的热点问题。首先,在分析当前国内外关于应急决策和应急物资管理的研究现状的基础上,提出了能有效保障突发事件应急救援的应急物资需求的基于全过程的优化分配决策思路；然后深入研究应急物资管理及应急物资分配决策的科学内涵,剖析应急物资分配决策的特点和决策过程；最后对需求预测、分配决策和方案评价整个决策过程进行系统研究,为应急决策机构和人员提供了应急物资分配的预测模型、分配决策模型、评价模型以及相关算法。论文的研究内容与创新点主要包括：(1)应急物资分配决策特性分析。研究应急物资分配决策系统的内涵以及构成要素,从系统构成要素的角度研究应急物资分配决策的特点,设计了应急物资分配决策过程。认为应急物资分配决策是一个动态的决策过程,应急物资分配决策系统是一个由多个阶段组成的循环系统。在每一个决策周期内,应该包含完整的信息收集、分配决策、方案评价、方案实施四个阶段。(2)应急物资需求预测模型研究。总结应急物流情景下与一般物流情景下的物资需求预测方法的不同之处,提出在突发性灾害事件发生后的黄金救援时间内,对应急物资需求预测应该采用间接预测的方法,即先预测伤亡人口数量再预测应急物资需求量。设计了需求预测的四个步骤,包括定性分析伤亡人口相关因素、定量分析伤亡人口相关因素、BP神经网络模型预测伤亡人口数量和应急物资需求预测。针对预测过程中的四个步骤提出系列模型,并以大型地震中应急物资需求预测为例对各个步骤进行了阐述。(3)应急物资最优分配模型研究。分两个阶段进行。第一阶段是拥有二级节点网络的分配模型的构建。针对救援物资在短时间内不能全部满足灾害事件产生的应急需求,提出不完全扑灭灾情的策略,构建了以受灾点为局中人,以分配方案为策略集的完全信息非合作博弈模型。为了解决节点和分配量过多导致策略集过大的问题,采用分步规划法,即第一步以响应时间最短为目标对受灾点独立进行初始分配,第二步针对发生冲突的受灾点建立博弈模型。通过构建适应度函数,提出用粒子群优化算法求模型的纳什均衡解。用一个数值算例来验证模型的有效性,结果表明该模型在解决供需不平衡的应急物资分配问题时,可以兼顾救援中的效率与公平,反映出较好的救灾效果；第二阶段是拥有三级节点网络的分配模型构建。综合考虑我国应急管理实践、应急响应时间限制,以及应急物资分配中的公平要求,在三级应急物资运输网络的基础上,建立了以系统损失最小为目标的应急物资分配决策模型。针对模型的整数非线性规划的特点提出了改进粒子群(PSO)算法,通过在不同维度上确定不同学习对象,加强了粒子的空间搜索能力。数值算例验证了模型和算法的有效性。(4)应急物资分配方案评价模型研究。首先分析了对应急物资分配方案评价应遵循的原则,分析公平与效率之间的辩证关系,认为对应急物资分配方案的评价应强调公平原则；然后分析公平、公平分配的含义,以及应急物资公平分配的内涵；最后建立了计算简便、容易理解且性能较好的应急物资分配决策方案公平测度模型,该模型考虑了受灾点的不同需求量要求以及对物资的不同需求紧迫程度,并应用模型对三级节点算例的分配方案进行评价。对上述问题的研究,可以为突发性灾害事件下的应急物资分配决策提供科学依据,从而提高应急物流及应急物资保障系统的运作效率,减少由于灾害造成的人员伤亡和财产损失。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-11
目录  11-15
图目录  15-16
表目录  16-17
1 绪论  17-27
  1.1 本文的研究背景、意义及目的  17-21
    1.1.1 研究背景  17-19
    1.1.2 研究意义  19-21
    1.1.3 研究目的  21
  1.2 本文的主要研究内容、研究方法和技术路线  21-25
    1.2.1 主要研究内容  21-22
    1.2.2 研究方法和技术路线  22-23
    1.2.3 全文结构  23-25
  1.3 本文的研究创新  25-27
2 相关理论与文献综述  27-51
  2.1 应急物资分配在应急管理体系中的位置  27-30
  2.2 应急决策相关研究  30-35
    2.2.1 国内研究现状  30-32
    2.2.2 国外研究现状  32-34
    2.2.3 本文研究与应急决策研究的联系与区别  34-35
  2.3 应急物资管理相关研究  35-44
    2.3.1 选址和配置研究  35-37
    2.3.2 存储和补充研究  37-38
    2.3.3 调度和分配研究  38-44
    2.3.4 本文研究与应急物资管理研究的联系与区别  44
  2.4 应急物资需求预测相关研究  44-47
    2.4.1 物资配置阶段的应急物资需求预测  45
    2.4.2 物资分配阶段的应急物资需求预测  45-47
  2.5 应急物资分配方案评价相关研究  47-51
3 应急物资分配决策特性分析  51-71
  3.1 应急物资分配决策概述  51-56
  3.2 应急物资分配决策的特点分析  56-61
    3.2.1 决策主体的多元性  56
    3.2.2 决策客体的复杂性  56-58
    3.2.3 决策目标的时间性  58-59
    3.2.4 决策制定的协调性  59-60
    3.2.5 决策模式的非程序性  60
    3.2.6 决策方案的权变性  60
    3.2.7 决策效果的有效性  60-61
  3.3 应急物资分配决策的过程分析  61-69
    3.3.1 信息收集阶段  62-68
    3.3.2 物资分配决策  68
    3.3.3 分配方案评价  68
    3.3.4 方案实施阶段  68-69
  3.4 本章小结  69-71
4 应急物资需求预测过程设计及预测过程系列模型  71-89
  4.1 应急物资需求预测过程设计  71-72
  4.2 基于灾害系统构成要素的灾区人口伤亡定性关联分析  72-77
    4.2.1 致灾因子  73-74
    4.2.2 承灾体  74-76
    4.2.3 孕灾环境  76
    4.2.4 灰色关联分析的变量确定  76-77
  4.3 基于灰色关联分析的灾区人口伤亡相关因素定量关联分析  77-81
    4.3.1 灰色关联分析的原理和步骤  77-79
    4.3.2 地震伤亡人口相关因素的灰色关联分析  79-81
  4.4 基于BP神经网络的灾区人口伤亡预测模型  81-86
    4.4.1 BP神经网络预测的原理与方法  81-83
    4.4.2 BP神经网络预测地震灾害中的人口伤亡  83-86
  4.5 基于需求物资种类的灾区应急物资需求量预测模型  86-87
    4.5.1 应急物资需求量预测需要考虑的因素  86
    4.5.2 应急物资需求量预测模型  86-87
  4.6 本章小结  87-89
5 基于博弈模型的二级节点网络应急物资分配决策模型  89-103
  5.1 博弈模型在应急物资分配决策的应用原理及本章研究思路  89-90
    5.1.1 博弈论在应急物资分配决策的应用原理  89-90
    5.1.2 本章研究思路  90
  5.2 模型假设及问题描述  90-92
    5.2.1 模型假设  90-91
    5.2.2 问题描述  91-92
  5.3 基于不完全扑灭的单种物资分配的非合作博弈模型  92-96
    5.3.1 将供需不平衡转化成供需平衡  92
    5.3.2 定义响应时间  92-93
    5.3.3 定义局中人及其策略  93-94
    5.3.4 定义支付矩阵  94-95
    5.3.5 寻找纳什均衡解的方案  95-96
  5.4 博弈模型的应用研究  96-101
    5.4.1 基于不完全扑灭的应急物资分配算法设计  96-98
    5.4.2 数值算例  98-101
  5.5 本章小结  101-103
6 基于改进粒子群算法的三级节点网络应急物资分配决策模型  103-119
  6.1 网络构建及本章研究思路  103-105
    6.1.1 三级节点网络构建  103-104
    6.1.2 本章研究思路  104-105
  6.2 问题的描述及假设  105-106
    6.2.1 问题的描述  105
    6.2.2 模型假设  105-106
  6.3 三级节点网络应急物资分配决策模型的构建  106-108
    6.3.1 符号说明、参数和决策变量  106-107
    6.3.2 数学模型  107-108
  6.4 改进粒子群优化算法  108-113
    6.4.1 模型特点与粒子群优化算法  108-110
    6.4.2 改进粒子群算法设计  110-113
  6.5 数值算例  113-116
    6.5.1 参数设置  113-114
    6.5.2 模型求解  114-115
    6.5.3 算法性能分析  115-116
  6.6 本章小结  116-119
7 应急物资分配决策方案公平测度模型  119-127
  7.1 方案评价原则分析  119-120
  7.2 公平及应急物资公平分配的含义  120-121
  7.3 应急物资分配公平测度模型  121-126
    7.3.1 问题描述  121
    7.3.2 公平测度模型  121-125
    7.3.3 模型应用  125-126
  7.4 本章小结  126-127
8 总结与展望  127-131
  8.1 全文总结  127-128
  8.2 研究展望  128-131
参考文献  131-141
附录  141-147
作者简历及在学期间所取得的主要研究成果  147-148

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