1、 复杂网络视角下非常规灾难应对物流占线途径问题研究第一章绪 论1.1 研究背景和意义尽管当今世界的技术和经济不断发展，但突发性的自然灾害仍时有发生。根据联合国减灾署 2012 年 1 月在日内瓦发布的最新数据显示，2011 年全球发生洪水、地震、热带风暴等重大自然灾害共 302起，受灾人数达 2.06 亿，其中一半受到洪涝灾害影响，至少近 3 万人丧生，造成的直接经济损失高达 3660 亿美元，远远超出 2005 年2200 亿美元的历史纪录，而 2010 年，这一数字仅为 1090 亿美元。2011 年，全球近半数自然灾害发生在亚洲，其中日本地震是去年全球最严重的自然灾害，造成直接经济损失达
2、 3000 多亿美元，因灾死亡 15844 人，失踪 3451 人，紧急疏散 34 万人。2011 年 3 月 11 日，日本宫城县以东太平洋海域发生 9.0 级强烈地震，引发约 10 米高海啸，并引发核电站爆炸。虽然在地震发生后仅 4 分钟，日本首相菅直人宣布成立紧急救灾司令部，指挥协调救灾和援助等工作，并启动应急预案，保证救灾物资、人员的运输。但是，地震发生后，灾害对当地的基础设施、商品供应、电力和供水造成严重的影响，大部分灾区停水停电，并由于燃料供应困难、交通不便，灾区民众一度面临严重的食物、饮用水和帐篷等生活物资的短缺，给灾区民众的生活带来严重的威胁。我国是人口最多的发展中国家，并地处
3、环太平洋地震带和北半球中纬度灾害带之间，是世界上自然灾害最严重的国家之一。2008 年1 月，低温雨雪灾害袭击我国南方十多个省区，造成 1111 亿元人民币的直接经济损失，因灾死亡 107 人，失踪 8 人，紧急转移安置151.2 万人，累计救助铁路公路滞留人员 192.7 万人。2011 年 3 月，云南盈江县发生 5.8 级地震，震源深度约 10 公里，并造成 25 人遇难，250 人受伤，1.8 万间房屋倒塌，约 4.9 万间房屋严重损毁，经济损失达 27 亿元人民币。地震发生后引起了中央领导的高度重视，胡锦涛总书记和温家宝总理马上做出重要批示，要求迅速展开救灾工作，抢救生命。国家减灾委
4、、民政部紧急启动国家四级救灾应急响应，调派医疗救护队、救护车对灾区进行支援，并调遣挖掘机、吊车以及运输车辆，以保证交通顺畅和应急物资及抢险救援人员的运输。世界重大灾害应急物流的经验教训表明，由于对应急物流措施准备不足，缺少食品饮料、帐篷和汽油等物资的供应，同时由于灾后交通网络严重损坏，在缺乏运输工具时又忽视配送路线规划，使得二次灾害造成不必要的严重损失。正是在这样的背景下，本文选取了应急物流路径问题进行研究，以期在尽可能短的时间内将应急物资送往灾区，减少灾害造成的损失。1.1.2 研究意义（1）理论意义我国是自然灾害高发的国家之一，此特征决定了我国必须加强应急物流系统的建设，做好应对各种灾害的
5、准备。但是国内学者对应急物流的研究起步较晚，直到 2003 年 SARS 的爆发，应急物流才引起国内学者的广泛关注。因此如何建立一套适合我国国情的应急物流系统具有重要意义。复杂系统是由大量相互作用的单元构成的系统，具有突现性、不稳定性、非线性、不确定性、不可预测性、智能性和自适应性等特性，而非常规灾害一般影响范围广、程度深、危害大和持续时间长，因此应急物流系统具有突发性、不确定性和非常规性等特点，明显具有复杂系统的属性，所以应急物流系统是一个复杂系统。非常规灾害应急物流网络作为应急物流系统建设的重要组成部分之一是一个复杂网络，因此改善应急物流网络的运输效率、减少灾害损失可以依靠复杂网络的相关理
6、论来分析。但是，目前国内外对应急物流复杂网络的研究相对较少，且探讨不够深入，在路径选择问题上多以寻求最短路为主，忽略了应急物流网络具有高度的不确定性以及高连接度节点与低连接度节点并存等特点，导致高连接度的节点负荷过重，从而造成交通堵塞，延误最佳的救援时间。因此，本文试图运用复杂网络理论提出一种新的最短路径策略，并利用占线优化方法对该路径进行动态调整，使车辆的行驶路径与最优方案的差异总在一定的比例之内，从而使应急车辆能尽可能早地完成对整个灾区的救援服务，以减少灾害造成的损失。（2）实际意义经济全球化与全球生态的退化几乎是同步而行的，人类在开发自然资源的同时也严重破坏了地球的生态环境，导致每年地球
7、灾害无数。当灾害发生时，为了及时对灾区人民的生命和财产实施营救，有效降低自然灾害造成的损失，有必要加大我国应急物流系统建设。因此，探讨灾害应急物流具有十分重要的理论和现实意义。尽管目前对灾害的预报预警已发展到较高水平，但由于灾害应急救援水平较低，非常规灾害仍然对人类的生存和社会的发展构成了重大威胁。由于非常规灾害的前兆特征不充分，并且具有潜在衍生危害，破坏性严重，采用常规应急管理体系无法应对处置。对于在非常规突发灾害的特殊环境下，以灾害损失较小、救援时间较短等多目标，对非常规灾害应急物流路径选择的动态决策研究尤为迫切。第二章 应急物流路径问题2.1 非常规灾害的含义及特点非常规灾害是指突然发生
8、并造成重大伤亡、重大财产损失和重大社会影响的，对公共安全、社会稳定、经济发展有较大冲击的灾害，比较典型的非常规灾害有地震、洪水、飓风、瘟疫、雪灾等。非常规灾害具有突发性强、蔓延迅速、波及范围广、持续时间长、危害大等特点。具体如表 2-1 所示：二十一世纪以后，人类社会进入非常规灾害的高发期，以卡特里娜飓风、汶川地震、禽流感为代表的各类非常规灾害对人类经济和社会造成巨大冲击，仅以中国为例，2008 年以来中国接连遭受低温雨雪冰冻、暴雨洪水、特大地震、干旱等非常规突发性灾害的冲击，对中国宏观经济的发展长生了极大的影响32。因此，本文通过对应急物流路径问题的研究，为政府和公众综合防灾减灾提供重大决策
9、支持，对应急物流水平的提高将起到积极的推动作用。第三章 基于复杂网络的最短路径. 27-433.1 应急物流复杂网络的构建. 27-323.1.1 应急物流复杂网络的含义.273.1.2 应急物流运输方式分析. 27-293.1.3 应急物流网络的构建 .29-323.2 应急物流网络的复杂性分析. 32-343.2.1 节点度及度分布 .32-333.2.2 介数 .333.2.3 平均距离 .33-343.3 最短路径策略仿真. 34-413.4 本章小结 .41-43第四章 应急物流占线路径问题研究. 43-604.1 应急物流占线路径问题.43-474.1.1 总体思路 .43-454
10、.1.2 占线优化方法概述. 45-474.2 应急设施分配策略 .47-484.3 考虑需求发布随机的救援顺. 48-534.4 考虑道路堵塞的应急物流. 53-594.5 本章小结. 59-60第五章 算例研究 .60-735.1 问题描述. 60-615.2 应急物流网络复杂性分析 .61-625.3 求解应急物流占线路径问题. 62-725.4 本章小结. 72-73结论我国是人口最多的发展中国家，并地处环太平洋地震带和北半球中纬度灾害带之间，是世界上自然灾害最严重的国家之一。世界重大灾害应急物流的经验教训表明，由于对应急物流措施准备不足，缺少食品饮料、帐篷和汽油等物资的供应，同时由于
11、灾后交通网络严重损坏，在缺乏运输工具时又忽视配送路线规划，使得二次灾害造成不必要的严重损失。正是在这样的背景下，本文选取了应急物流路径问题进行研究，以期在尽可能短的时间内将应急物资送往灾区，减少灾害造成的损失。本文得出的主要结论如下：（1）提出基于复杂网络的最短路径策略。对于应急物流路径问题，目前国内外的许多学者主要是在考虑道路边权的情况下，以最短路的方法来进行路径优化，忽略了各节点的运输能力以及度数，很容易导致高连接度的节点负荷过重，从而造成交通堵塞。因此，本文主要从复杂网络的角度研究应急物流网络，通过分析节点度与交通负荷之间的关系，提出有效的最短路径策略，使应急救援车辆能及时绕开那些高连接
12、度的节点，缓解交通堵塞引起的救灾延迟。新的最短路径策略主要是在等待时间和绕道时间之间进行取舍，本文主要通过设置参数 调节两者之间的关系。为了能合理的设置 值，本文运用计算机仿真技术，统计不同 值下车辆的平均行驶时间，统计结果显示当 =1 时，存在帕累托最优解。（2）提出考虑需求发布随机的救援顺序安排策略。当灾害发生时，一个救援需求由所需应急物资的时间、数量和受灾点组成，且以局内方式到来，随着救援需求出现的不同，最优救援顺序也随之发生变化，因此，本文从占线优化的角度，提出复位策略、搁置策略和混合策略，使得应急车辆能尽可能早地完成对整个服务需求序列的服务，以减少灾害造成的损失。（3）提出考虑道路堵塞的应急车辆路径选择策略。在运输过程中，应急车辆可能会遇到一系列无法预知的堵塞情况，此时如何对救援路径进行动态选择，使救援物资及时送达灾区，对救援的进行具有重大意义。因此，本文从占线优化的角度对救援路径进行分析，提出贪婪策略、等待策略和复位策略，实现应急资源路径选择的科学决策。
