摘 要: 台风灾害事件发生后的救援阶段，应急救援物资有限且物资需求点对物资需求具有不确定性。现有调度数学模型只考虑了救援车辆调度距离以及时间等因素，没有考虑到提供给受灾点的救援物资可能存在不足或是过量及其对应应急救援效果的影响，导致调度成本过高。针对以上问题，提出基于离散蜂群的台风灾害应急物流车辆调度优化模型。考虑到提供给受灾点的应急物资可能不足或是过量的特点，在设定受灾点所需物资量遵从正态分布的前提下，以最小化物资分配不足和供应过量所带来的损失、车辆调度成本为优化目标，考虑受灾点对服务时间的要求和车辆承载能力等约束，构建了紧迫性需求条件下的调度问题的优化模型，并采用离散蜂群算法对调度问题优化模型进行求解。实验结果表明，所提模型与其他调度数学模型相比，有效降低了应急物流车辆调度成本，可为台风灾害应急管理者提供科学的决策依据。
关键词: 大数据背景; 台风灾害; 应急物流; 车辆调度优化; 离散蜂群
我国对台风灾害的预报已达到非常高的水平，但突发性的台风事故时有发生[1 - 2]。突发性的台风事故造成了大量的人员伤亡和财产损失，必然需要对灾区及时供应所需物资，对人员、资金进行紧急转移。若不及时解决，受灾面积、人员伤亡、财产损失将会扩大[3]。应急物流车辆调度是保证台风灾害应急救援工作得以开展的基础。现阶段车辆调度数学模型以追求应急救援时间最短为目标，能够满足时间限制约束条件，但所需调度成本较高，难以满足实际的突发性台风灾害应急需要[4]。在这种情况下，如何在满足受灾点应急物流时间窗约束下，合理安排应急物流车辆运输以尽可能地节省调度成本，成为该领域亟待研究的主要问题，受到了广泛关注[5 - 6]。
国内外对自然灾害应急物流车辆调度已有大量的研究，例如朱娜等[7]提出一种基于矢量投影- 理想点法的应急物流车辆调度优化模型。该模型以应急救援时间、物资供应点数量、运输成本为车辆调度优化目标，在车辆承载能力等约束条件下构建多目标优化模型，并使用“矢量投影 - 理想点法”对多目标调度优化模型进行求解。张雷等[8]提出基于优先等级的应急物流车辆调度优化模型。考虑到自然灾害发生初期应急物资需求影响因素，采用可变集理论确定不同物资需求点应急救援优先级，在此基础上以整个应急救援时间最短为目标函数构建应急物流车辆调度优化模型。该模型能够满足时间限制约束条件，但所需调度成本较高。
在当前研究成果中，台风灾害应急物流车辆调度优化的目标都是以最小化调度时间、车辆调度距离等因素进行简化假设，没有考虑到前期物资供应是否充足，及救援物资供应不足对台风灾害应急救援效果的影响。针对上述问题，在充分考虑关键救援阶段应急物资不足的基础上，构建了考虑紧迫性变化需求的应急物流车辆调度优化模型。
1 台风灾害应急物流车辆调度优化模型
1. 1 应急调度问题优化模型
在大数据背景下，考虑到台风灾害发生后关键救援阶段应急物资可能供应不足的情况，设定受灾点物资需求量满足正态分布。考虑提供给受灾点物资过量或是不足所造成的调度损失，以最小化物资分配损失、车辆调度成本等为优化目标，构建调度问题优化模型。
2 实验结果与分析
某沿海地区发生台风灾害，共有 6 个受灾点需要物资救援，采用计算机仿真技术，使用 paramics 仿真软件，对构建的台风灾害应急物流车辆调度优化模型进行验证分析。受灾地区交通运输网络如图 1 所示。现有一批物资需要从应急供应点 1 运输到不同的需求点，6 表示当前等待救援的受灾点，未来物资需求点为 2，3，4，5，且物资运输过程中无物资补充。
设定应急物资供应点共有 5000 个单位的物资，每个物资供应点提供一台运输车。不同应急物资供应点的单位物资需求量如表 1 所示。
经过计算机仿真模拟，可计算得到应急救援车辆抵达不同物资需求点的最优救援调度路径，选取方案结果如表 2 所示。
分析表 2 可知，当前物流需求点在位置 6，假设未来阶段台风灾害点发生在位置 3 时，调度应急物资所需时间最少，且有充足的应急救援物资; 假设未来阶段台风灾害点发生在位置 5 时，救援物资调度所需时间最多，且应急救援物资未满足量最大。相比当前的哪里发生灾害再考虑向发生灾害的受灾点提供物资运输的情况，所构建的优化模型能够提前对可能发生台风灾害的受灾点进行救援准备，当发生突发性台风灾害事件时也能及时应对。
为了进一步验证所提模型的综合有效性，将所提模型与基于矢量投影 - 理想点法的应急物流车辆调度优化模型和基于优先等级的应急物流车辆调度优化模型的车辆调度成本进行对比，对比结果如图 2 所示。为了便于描述，将所提模型、基于矢量投影 - 理想点法的应急物流车辆调度优化模型和基于优先等级的应急物流车辆调度优化模型分别表示为 MI、VU、PI。
推荐期刊：《自然灾害学报》Journal of Natural Disasters(双月刊)1992年创刊，为灾害学学术性刊物。旨在展示我国灾害科学的研究成果，促进自然科学与社会科学在灾害科学方面的结合。刊登各种自然灾害和社会科学在灾害科学方面的结合。刊登各种自然灾害和发生机理、灾害与人类社会的关系及其影响、防灾减灾系统工程等方面的研究论文。读者对象为灾害学研究工作者、防灾减灾专业技术人员及相关专业大专院校师生。
分析图 2 可知，所提模型相比基于矢量投影 -理想点法的应急物流车辆调度优化模型和基于优先等级的应急物流车辆调度优化模型车辆调度成本较少，且仿真效果更稳定。基于优先等级的应急物流车辆调度优化模型车辆运输成本最高，主要原因在于该模型以整个应急救援时间最短为目标函数，没有考虑到调度成本问题，导致最终车辆调度成本较高。
3 结论
现阶段的应急物流车辆调度优化模型多数只考虑了调度距离以及时间等因素，没有考虑到提供给受灾点的救援物资是否充足，导致最终应急救援效果并不好。对此方面加以改进，综合救援运输车辆承载容量和物资需求点的硬时间窗约束，构建以最小化调度费用为目标的应急物流车辆调度问题模型，并采用离散蜂群算法对应急物流车辆调度问题模型进行求解。通过仿真实验验证了所提模型的综合有效性，能够满足台风灾害事件发生时，应急物流车辆调度的需要。
所构建的应急物流车辆调度优化模型可为相关应急供应管理部门提供有效决策。但篇幅有限，没有考虑到未满足救援物资供应量的灾害点进行补偿运输，这是未来阶段需要进一步研究的问题。
