導(dǎo)語：資源計(jì)劃及其優(yōu)化技術(shù)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃的設(shè)計(jì)

應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃的快速制定關(guān)系到應(yīng)急救援的效果。應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃包含應(yīng)急目標(biāo)、物料清單、應(yīng)急資源需求預(yù)測和應(yīng)急資源清單四個(gè)部分，它們之間關(guān)系如下圖所示：應(yīng)急目標(biāo)Input基于災(zāi)情信息，體現(xiàn)為應(yīng)急資源的需求，包括應(yīng)急物資的數(shù)量需求、質(zhì)量需求以及結(jié)構(gòu)需求[8]。應(yīng)急資源目標(biāo)與突發(fā)事件相關(guān)。本文中每個(gè)應(yīng)急目標(biāo)對應(yīng)一個(gè)災(zāi)難事件。將災(zāi)情信息Input（災(zāi)難類型，災(zāi)難等級(jí)，受災(zāi)人數(shù)，發(fā)生地點(diǎn)，發(fā)生時(shí)間）作為應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃系統(tǒng)的輸入，生成應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃。物料清單BOM是對某一類災(zāi)難事件資源需求的描述。本計(jì)劃中有一個(gè)物料清單集，每一種災(zāi)難事件（如地震）對應(yīng)一個(gè)物料清單。清單中包含針對某一種應(yīng)急目標(biāo)需要的應(yīng)急資源、數(shù)量及其結(jié)構(gòu)信息。應(yīng)急響應(yīng)需求預(yù)測Demand是在物料清單的基礎(chǔ)上快速生成的。（5）式中i為應(yīng)急目標(biāo)iInput的乘子，它是Inputi和iBOM根據(jù)算法進(jìn)行確定的。根據(jù)（5）式可快速預(yù)測出應(yīng)急目標(biāo)iInput所需要的應(yīng)急資源。()=*iiiiifInputDemandBOM=(5)應(yīng)急響應(yīng)資源清單Plan是采用多目標(biāo)優(yōu)化算法對應(yīng)急響應(yīng)需求預(yù)測Demand優(yōu)化得到的。這部分的目標(biāo)是使得到的應(yīng)急響應(yīng)資源清單是某些約束下最優(yōu)的，確保物料號(hào)的實(shí)例化能夠使得救援物資成本達(dá)到最低。選取對救援成本影響最大的屬性作為優(yōu)化目標(biāo)，并對這些目標(biāo)賦予相應(yīng)的權(quán)重值，最終選取線性加權(quán)和最小的組合構(gòu)成應(yīng)急響應(yīng)資源清單。具體優(yōu)化算法模型見(1)~(4)式。

應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃的優(yōu)化

應(yīng)急資源的重要作用是“應(yīng)急”，要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)滿足災(zāi)區(qū)對資源的基本需求，包括基本生活物資、醫(yī)療救助、交通運(yùn)輸以及通信聯(lián)絡(luò)等。應(yīng)急資源計(jì)劃以“時(shí)間”為核心。據(jù)此，可選擇多個(gè)屬性來描述資源，如到達(dá)災(zāi)區(qū)的最短時(shí)間、價(jià)格、包裝規(guī)格等。不同應(yīng)用場合中，可根據(jù)情況修改屬性，增加或減少屬性個(gè)數(shù)。本文定義三個(gè)目標(biāo)：最短運(yùn)輸時(shí)間、最適合規(guī)則包裝和最低總體采購價(jià)格。相應(yīng)地，選擇物資到達(dá)災(zāi)區(qū)所需時(shí)間、包裝規(guī)則度、資源價(jià)格三個(gè)因素作為每種資源的屬性。其中包裝規(guī)則度是指物資合適集裝箱等規(guī)則運(yùn)輸?shù)南禂?shù)，取值為0到1之間，0為最適合。前兩個(gè)目標(biāo)的選擇考慮到應(yīng)急物資響應(yīng)的及時(shí)性，除了時(shí)間目標(biāo)外，包裝規(guī)則度表征物資更適合批量或集裝箱運(yùn)輸，從而實(shí)現(xiàn)物資的快速分發(fā)。資源價(jià)格目標(biāo)體現(xiàn)了應(yīng)急響應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性。依據(jù)本文2.1節(jié)，使用Matlab進(jìn)行建模求解，對應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，操作過程和結(jié)果分析見第5部分示例。為了對算法性能進(jìn)行測試，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（WindowsXP，Matlab6.1）上使用函數(shù)隨機(jī)生成410個(gè)樣本，進(jìn)行了線性加權(quán)算法優(yōu)化效果和執(zhí)行時(shí)間的測試實(shí)驗(yàn)。圖3是權(quán)重取值w（0.15,0.35,0.5）時(shí)未優(yōu)化結(jié)果均值和優(yōu)化目標(biāo)總結(jié)果的對比圖。未優(yōu)化均值是通過對隨機(jī)選取的10000種組合的總結(jié)果求算術(shù)平均得到的。圖3實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著物資總數(shù)量的增加，目標(biāo)結(jié)果(y)呈線性增長，且優(yōu)化結(jié)果能保持大約50%優(yōu)化率（（未優(yōu)化均值-優(yōu)化值/未優(yōu)化均值）*100%）表1為在不同權(quán)重下的平均優(yōu)化率。本實(shí)驗(yàn)主要是考慮權(quán)重取值對算法優(yōu)化率的影響，選取了多組權(quán)重值，得到對應(yīng)的優(yōu)化效果圖，在此基礎(chǔ)上得到平均優(yōu)化率。由表1中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在不同的權(quán)重值下，優(yōu)化算法都能達(dá)到50%左右的高優(yōu)化率，這對提高應(yīng)急物資籌備效率降低成本有重要意義。由圖4可知，當(dāng)資源種數(shù)在410數(shù)量級(jí)以下，本文選用的優(yōu)化算法能夠在很短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行完成。然而，一般情況下突發(fā)事件中涉及到的資源種數(shù)不會(huì)超過這個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，本文算法能夠滿足實(shí)際要求。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及樣例

目前，已將本文前面介紹的應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃嵌入到SahanaEden開源應(yīng)急信息平臺(tái)中。在開源框架Web2py上使用Python開發(fā)語言進(jìn)行前端Web開發(fā)，后端使用MySQL數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫定義和數(shù)據(jù)操作。系統(tǒng)在包含資源基本構(gòu)成信息的應(yīng)急物料清單基礎(chǔ)上，可自動(dòng)快速完成應(yīng)急資源需求預(yù)測和優(yōu)化等任務(wù)。最終得到能夠支持決策者快速籌備應(yīng)急資源的應(yīng)急響應(yīng)資源清單。資源清單有Web、EXCEL和TXT等多種可選格式，可導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔，方便日后查詢和學(xué)習(xí)之用。最后，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)能夠穩(wěn)定完成預(yù)期功能，豐富了SahanaEden平臺(tái)的功能，為應(yīng)急救援決策提供新的支持。系統(tǒng)中應(yīng)急目標(biāo)向量設(shè)為Input（災(zāi)難類型，等級(jí)，受災(zāi)人口，受災(zāi)地類型，發(fā)生時(shí)間）。假設(shè)某次突發(fā)事件的應(yīng)急目標(biāo)C（地震，7級(jí)，120000，城鎮(zhèn)，2a.m.）。系統(tǒng)首先根據(jù)災(zāi)難類型快速匹配對應(yīng)的物料清單BOM，即地震災(zāi)難類型對應(yīng)的物料清單。設(shè)這個(gè)物料清單對應(yīng)的應(yīng)急目標(biāo)向量B（地震，6級(jí)，100000，城鎮(zhèn)，3a.m.）。采用加權(quán)法計(jì)算乘子。對應(yīng)急目標(biāo)向量中的災(zāi)難等級(jí)、受災(zāi)人口、受災(zāi)地類型和發(fā)生時(shí)間分別賦予權(quán)重值0.3、0.1、0.5和0.1。1niiiiCwB==∑×（6）(6)式中n為應(yīng)急目標(biāo)向量中屬性總數(shù)（本例中n=4），iw是第i個(gè)屬性的權(quán)重，iC表示應(yīng)急目標(biāo)C中第i個(gè)屬性值，對應(yīng)的，iB表示地震物料清單對應(yīng)的應(yīng)急目標(biāo)向量B中第i個(gè)屬性值。由(6)式，計(jì)算出乘子=1.03。根據(jù)(5)即可快速預(yù)測這災(zāi)難事件需要的應(yīng)急資源。4.2.2資源展開假設(shè)資源需求預(yù)測中需要A、B兩種物資，A、B具體數(shù)據(jù)見表2、表3：結(jié)果分析：當(dāng)權(quán)重向量為(0.2,0.2,0.6)時(shí)，可選擇A21300份，A3500份，B36000份，以及B484000份。當(dāng)權(quán)重因子選取不同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果不同。在不同情境下決策者可按照各目標(biāo)的重要程度進(jìn)行調(diào)整，使得到的優(yōu)化結(jié)果最大限度符合當(dāng)前狀況。結(jié)束語本文借鑒MRP-II管理方法進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)資源計(jì)劃的設(shè)計(jì)，且在時(shí)間和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)約束下對其進(jìn)行了優(yōu)化，擴(kuò)展了廣受歡迎的SahanaEden應(yīng)急管理平臺(tái)的功能，在構(gòu)建快速應(yīng)急響應(yīng)信息系統(tǒng)方面做了有益的嘗試。后續(xù)工作將針對應(yīng)急需求預(yù)測進(jìn)行深入研究，重點(diǎn)探索更優(yōu)的乘子計(jì)算方法以及嘗試其他優(yōu)化方法。

本文作者：游黎段成華工作單位：中國科學(xué)院大學(xué)