物资应急配送体系最优路径模型的设计.pdf

94/总第242期/2023/9学人问津物资应急配送体系最优路径模型的设计李婷婷 王伟坚（长沙民政职业技术学院，湖南 长沙 410004）摘要：该文通过分析现代我国应急物资配送中存在的问题，结合前期应急运输车辆不足的问题，以满足系统配送时间最长、总成本最小、系统满意度最大为优化目标，兼顾需求点和运输方不同的利益诉求，采用自有车辆和第三方租用车辆共同配送运输模式。通过实践证明，该模型有利于决策者作出正确判断，根据不同情境和优化目标，选择对应配送路径，提高应急配送效率。关键词：应急物流；混合车辆路径问题；最优路径模型；设计应急物资是指在出现突发性事故后需要的保障性物资，对比传统物流性质，应急物资配送具有时效性强、经济性弱、突发性等特征，在面对突发性事故时，及时性是提高抢险救灾效果的主要依据，对整个抢险工作来说具有重要作用。习近平总书记明确提出，要全面总结新冠疫情经验，建设健全的应急物流体系，提高其反应速度，加强抗冲击能力，给救灾工作打下坚实基础。近年来，随着专业人员研究进程的不断深入，部分学者结合物流救援公平性、需求满足率等方面要求，提出合理降低需求未满足程度、控制总配送时间与配送不均衡，以及多目标应急物流优化方法，构建交付时间最小化、需求不满足率、运输成本最小化三个目标优化模型，以保证其能满足行业预期要求。但因为受到车辆路径问题（VRP）因素影响，导致其精准算法经常出现指数爆炸问题，无法实现大规模计算操作，而蚁群算法、遗传算法等在解决上述问题中有重要作用，不仅能提高求解效果，还能提升求解准确度1。周朋杨等2通过指标体系构建，建立基于前景理论的应急物资配送中心选址模型，并进行了算例分析。狄卫民等3综合考虑灾难下道路损毁状况、道路复杂程度、需求不确定，以及物资拆分配送等特点，建立应急物资配送模型，设计头脑风暴优化算法，对该问题进行仿真，验证了模型的可行性和算法的有效性。宋英华等4针对应急救援中物资受损情况，建立考虑多周期、多物资、多灾害演化情景的配送中心到受灾点的动态应急物流配送优化模型；以四川地震带的相关数据建立算例，通过 MATLAB 求解，对比所得方案，验证了模型的有效性。一、应急物资配送的重要性灾害事件是自然或人为因素引起的突发性事件，对受灾地区和人民生活造成严重威胁和损失。在灾害发生后，受灾地区常常面临人员伤亡、房屋倒塌、基础设施被破坏等各种紧急情况，由于灾害的突发性和紧急性，及时、准确地进行应急物资配送对于受灾地区的重建和灾后恢复具有至关重要的意义，发挥着至关重要的作用，能够满足受灾地区群众的生活需求，保障其基本生存条件5。在灾害发生后，救援人员需要及时获得所需的医疗器械、救援工具和基本生活物资，应急物资配送能够满足他们的需求，保证他们能够及时、有效地展开救援行动。由于灾害事件造成的破坏，受灾地区常常面临食品、饮用水和其他基本生活物资的紧缺，应急物资配送能够及时从外部调配物资，并将其运送到受灾地区，保障受灾地区群众的基本生存需要。应急物资配送不仅可以满足生活物资的需求，还可以为受灾地区的灾后重建提供支持，对于受损的建筑物和基础设施，应急物资配送可以提供建材、工具等物资，帮助受灾地区修复和重建。应急物资配送的重要性也体现在其对灾害应对能力和社会稳定的影响上，及时的应急物资配送能够有效降低灾害事件的影响，减少受灾人数和降低损失，提高抗灾能力和社会安全性。本文以满足系统配送时间最长、总成本最小、系统满意度最高为优化目标，兼顾需求点和运输方不同利益诉求，采用自有车辆和第三方租用车辆共同配送的运输模式，旨在帮助决策者在分配应急物资时作出正确判断，根据不同情境和优化目标选择对应配送路径，提高应急配送效率。二、应急物资配送模式优化推进措施（一）构建应急物资配送多目标 LRP 模型1.问题描述各受灾点对各类救援物资的需求，将根据各受灾点重大突发事件发生、人口分布等有关情况进行预测；将救援车辆的数量、体积和行驶顺序，应急物流配送中心的容量和车辆，以及各配送中心的物资流量设置为守恒，各配送中心不能在同一路径上，每辆车只能被一个配送中心使用等方面的问题作为约束，建立应急物资配送多目标物流资源计划（LRP）数学模型，并通过多目标遗传禁忌混合优化算法，使每个配送中心的物资流量在一个配送中心通过多目标遗传禁忌和多目标遗传禁忌模型的求解，准确编制健全的应急物资发放方案，并通过混合优化算法，对发放中心地址、传递路线等工作进行优化，在增加决策科学性的同时，确保应急物资发放的及时性和高效性6。2.模型参数变量完全有向应急物流运输网络：G=（V,E）（1）公式中：G 表示应急物流运输网络；V 表示节点集合；E表示节点间有向弧段集合。95总第242期/2023/9/学人问津3.建立带软时间窗的混合车辆路径优化问题（Heterogeneous Vehicle Routing Problem with Soft Time Windows,HVRPSTW）模型在受到自然灾害后，对物流时效性提出更高要求，要尽量满足需求点时间窗条件。随着交付时间不断延长，满意度呈现下降趋势，满意度根据如下方式进行计算：（2）公式中：tki表示 k 类车到达需求点的时间；li表示需求点 i时间窗上界；wki表示运输满意度。考虑到运输过程中的复杂性，本文从不同方面进行优化，构建多目标路径优化模型：Z=（Fs（y），FT（x,y），Fc（x,y）（3）Fs（y）=maxS（4）FT（x,y）=minT（5）Fc（x,y）=minC（6）公式中：C 表示路径 dij 的单位行驶成本；min 表示行驶时间；S 表示行驶满意度。（二）加快应急物资配送信息平台建设物资配送系统运行必不可少的是车辆、物资配送等多方面信息的交互，应急物资配送信息平台必须进一步加强，借助信息平台对救援车辆所在地、救援物资所在地、物资发放地等进行准确快速的定位，并对车辆实时运行情况进行监控。同时，要建立应急物资运输配送网络，通过信息平台对最优的应急物资运输路线和发放路线进行快速规划。因此，建立应急物资分级分类管理、资源统筹安排、运输工具确定、最佳路线选择的应急物资综合发放管理平台，必须充分利用信息技术和互联网技术，准确、高效地做好应急物资的调度和发放工作，根据不同需求分类管理7。（三）构建健全的应急物资配送法律保障机制法律保障作为维护行业稳定的重要环节，在整个行业运行中具有重要作用，一旦该环节出现问题，很容易对整个应急物资配送效果造成严重影响。但从目前应急物资发放情况来看，由于运输物资具有种类多、数量大等特征，很容易遇到各种外在因素的影响，出现应急物资遗失事件，给受灾群众日常生活带来不同程度的影响，甚至危及其生命。因此，工作人员要严格遵循相关法律内容，统一管理应急物资分配工作，促进应急物资分配体系顺利开展。（四）加强专业化应急物资配送队伍建设规范应急物资发放保障活动是实现物资发放良性循环、加强应急物资专业发放队伍建设的基本要求。虽然我国目前物资配送企业数量较多，配送能力超过其他行业，但与高度组织性的应急物资配送保障要求相比，其效率、保障水平根本不能达到应急物资发放要求。同时，各级应急人员在突发情况下疏于训练，不懂得采取应对措施，延误了宝贵的救灾时机，是因为组织不健全，没有形成一支专业的应急后勤培训和指导队伍。因此，加强应急物资配送专业队伍建设，专门培养指挥调度应急物流相关资源的人才，才能发挥专业优势，协调统一，组建召之即来、来之能战的应急物资配送队伍8。三、数据试验分析系统自动生成 20 个节点，其中物资需求点 19 个，应急调度中心 1 个。基于此，本算例将节点 1 作为调度中心，将其他需求点的需求设置为区间 0，10 均匀分布的随机整数，在区间 0，60 范围内随机产生需求点时间窗口，对违规时间窗口单位处以 4 元/分钟的罚款，同时将需求点服务时长控制在 2 分钟/吨，对违规时间窗口单位处以 4 元/分钟的罚款，同时运输商需购置载重 25 吨、时速 1.2 千米的自用车 2 辆，申请费为每辆300 元；租车重量为 15 吨，车辆数量足够紧急物资发放需求，以 2.5 千米/分钟的速度行驶，每辆车的申请成本为 200 元。配送过程中单位运输成本为 5 元/千米，具体内容如表 1 所示。表 1 需求点信息需求点X坐标Y坐标需求量/吨时间窗/分钟1353502414950，203351740，4045545420，155552030，86153010，197253020，308205050，359601240，281063830，4011156070，3012456520，6013306010，5514394430，5015225070，4116464960，2317202040，1018154310，1919101930，462042820，30利用 NSACO 算法对算例进行 200 次迭代求解，设定种群法则为 50 次，最高可达 200 次迭代，并允许未改善的可行解，最高可达 10 次迭代。同时，以蚁群在一个计算机平台上对A=1、P=0.2、=5 的相关参数进行了全算法流程优化。各目标最优时非支配路线集合和路径属性如表 2 所示。运输商和需求点对应急物资运输路径要求存在较强的差异性，导致优化目标统一性不足，造成各目标不能同步达到最优解（图 1）。通过分析图 1 内容发现，该车在 Fc（x，y）取最优时组合为 2A+2B，平均满载率为 81.00%；在 Ft（x，y）最优的情况下，车辆组合为 2A+2B，平均满载率为 83.67%；车辆组合在 Fs（y）最优的情况下也是如此，满载平均达到 82.33%。从企业角度考虑，在合理规划路径的同时，为降低成本、减少系统配送时间、加快设备周转，需要提高效率，从而降低车辆的开车量、提高车辆的满载率；从需求点考虑，科学安排发放次序，尽量在控制成本的基础上保证物资尽早运到。基于以上分析，决策者可以在不同的实际情况下，根据不同的目标偏好来选择分配途径；若适当妥协于不同的目标，既可避免某些取值较低的目标，亦可兼顾多个方面。96/总第242期/2023/9学人问津四、结语在突发情况下，应急物资的配送具有很强的不确定性、多主观性、时效性等特点，也是一个复杂的问题。而目前我国应急物资配送体系还存在很多不足，如缺乏科学的应急物资发放部门、信息化管理落后、缺乏专业的应急物资发放队伍、相关的法律法规还不完善等。要科学优化应急物资分配体系，注重优化运行机制、网络信息系统、保障机制、队伍建设等方面，完善应急物资的发放体系与机制，保证应急物资能够及时到达事发地，满足当地居民对物资的需求，促进社会的和谐发展。参考文献：1 姜凯凯，高浥尘，孙洁.依托便利店构建生活物资应急配送终端体系以日本便利店的灾后救援经验为例 J.国际城市规划，2021，36（5）：121-128.2 周朋杨，陈刚.考虑决策者行为的突发事件应急物资配送中心选址研究 J.物流科技，2020（12）：7-10.3 狄卫民，张鹏阁，杜慧莉.考虑道路状况的应急配发站启用以及配送优化问题 J.中国安全生产科学技术，2020，16（9）：12-17.4 宋英华，宋迎辉，李潮欣，等.考虑物资损毁对心理影响的应急物流配送模型 J.中国安全科学学报，2020，30（7）：173-179.5 冯江博.考虑受灾点差异性的应急物资配送方案研究 J.交通科技与经济，2020，22（4）：24-26.6 王成敏，吴杨宇娟，李美羽.突发事件下应急物资社区电商终端配送响应策略基于武汉疫情期间的回顾性研究 J.中国应急救援，2021（4）：35-39.7 裴凤，张步阔，王茂春.国内应急物流研究综述及前沿演进概述基于 CiteSpace 的可视化分析 J.物流技术，2022，41（2）：8-11，37.8 阚龙营，段丽妮，杨芬.国内应急物流现状研究一篇文献综述 J.中国储运，2022（8）：145-146.基金项目：2020 年湖南省教育厅科学研究项目优秀青年项目“考虑受灾点需求紧迫度的湖南省应急物资配送体系优化机制研究”（20B044）；2021 年度湖南省教育厅科学研究项目一般项目“基于 GA-PSO 的湖南省 省会地市 级应急物资储备中心选址研究”（21C1597）。作者简介：1.李婷婷，女，河南人，硕士研究生，讲师，研究方向：应急物流、电子商务；2.王伟坚，男，湖南人，硕士研究生，讲师，研究方向：数据分析、应急物流。表 2 各目标函数最优值和非支配路径集合ZFS（y）/%FT（x，y）/分钟FC（x，y）/元车辆类型满载率/%子路径编号路径集合FC32.97115.403331.24A88.0011-7-6-10-18-15-8-11-13-1A96.0021-14-2-16-4-12-1B93.3331-3-20-9-5B46.6741-17-19FT33.2099.983648.02A76.0011-7-6-10-18-8-15-13-1A92.0021-2-16-12-4-1B93.3331-3-20-9-5B73.3341-14-17-19-11FS39.98153.684324.59A76.0011-3-20-2-16-1A100.0021-14-13-12-4-5-9-18-1B100.0031-8-15-11-19-17B53.3341-7-16-10 注：A 为私有车辆，B 为租用车辆。图 1 基础算例最优结果