基于應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的鐵路空車調(diào)配研究

程學(xué)慶

（西南交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，四川 成都 610031）

基于應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的鐵路空車調(diào)配研究

程學(xué)慶

（西南交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，四川 成都 610031）

近年來突發(fā)性的自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，應(yīng)急物資調(diào)運優(yōu)化問題成為研究熱點?；谀：C合評判方法對應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)進行了分析，并結(jié)合車種代用，構(gòu)建了考慮應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的車種代用空車調(diào)配模型。分析表明，若適當選取多目標的權(quán)重系數(shù)，則該多目標模型既適用于應(yīng)急救援過程中的物資調(diào)運，又適用于日常的物資調(diào)運。

應(yīng)急物資；模糊綜合評判；鐵路空車調(diào)配；多目標規(guī)劃

近年來，全球自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，造成巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。當突發(fā)性自然災(zāi)害發(fā)生時，需要大量的搶險救災(zāi)物資進行傷者救護與轉(zhuǎn)移、衛(wèi)生防疫、安置災(zāi)民等。如果不能在短時間內(nèi)高效地調(diào)度相關(guān)救災(zāi)物資到受災(zāi)點，不僅會造成更大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，而且還會給國家的安全和穩(wěn)定帶來沖擊，使災(zāi)害演變成災(zāi)難，其后果十分嚴重。

鐵路運輸是我國應(yīng)急物資調(diào)運的主力，在鐵路運輸應(yīng)急物資時，鐵路空車同樣存在合理調(diào)配問題。因此，研究應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的鐵路空車調(diào)配問題，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外對應(yīng)急物資的研究主要集中在應(yīng)急機制的建立、應(yīng)急物資的保障與管理、緊急狀態(tài)法律法規(guī)的制定等定性方面的研究，關(guān)于應(yīng)急物資調(diào)運優(yōu)化問題的研究較少。一般是假設(shè)若干約束條件，如費用最小、時間窗、運輸路線選擇、多目標等，另外還有多種資源、多出救點、交通限制等，從而建立相應(yīng)的優(yōu)化模型。ALIH提出將應(yīng)急物流表述為有時間窗限制的多物品、多模式的網(wǎng)絡(luò)流問題[1]。Yi等對應(yīng)急物流FLP和VRP問題，以及災(zāi)害發(fā)生后應(yīng)急物資的緊急配送和災(zāi)區(qū)人員撤離的協(xié)同性進行了研究，構(gòu)建了受傷人員撤退和救援物資供應(yīng)的動態(tài)協(xié)同模型[2]。戴更新等建立了多資源應(yīng)急問題數(shù)學(xué)模型，通過引入連續(xù)可行方案的概念，在利用單資源問題的現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上實現(xiàn)該問題的求解[3]。劉春林等根據(jù)多個出救點的緊急物資調(diào)度問題的特點，給出了應(yīng)急時間最早前提下出救點數(shù)目最少，同時還給出了限制期內(nèi)出救點數(shù)目最少的應(yīng)急模型[4]，并且從理論上證明了模型求解方法的正確性。

對鐵路空車調(diào)配的研究，則主要集中在大規(guī)?？哲囌{(diào)配、空車調(diào)配與路徑綜合優(yōu)化、重空車流協(xié)同優(yōu)化、空車調(diào)配時效性等幾個研究領(lǐng)域。

2 應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)分析

2.1 應(yīng)急物資的特征及影響因素

應(yīng)急物資是指在應(yīng)急物流的實施和保障中所運輸?shù)奈镔Y，其所具有的特征為突發(fā)性、不確定性、強時效性、弱經(jīng)濟性。應(yīng)急物資的需求有輕重緩急之分，需求級別高的物資要求優(yōu)先保障，級別低的物資其后保障，即隨著應(yīng)急物資的不同，對鐵路空車的調(diào)度存在著不同的影響。

目前，不同類型的自然災(zāi)害發(fā)生后，災(zāi)區(qū)對應(yīng)急物資的需求，主要靠救援機構(gòu)的直覺和經(jīng)驗來確定，不能客觀的反映對各種應(yīng)急物資調(diào)運的優(yōu)先性特征，迫切需要確立典型自然災(zāi)害環(huán)境下應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)，以便在決策過程中做到及時、科學(xué)地使用和分配資源。文獻[5]中提出影響應(yīng)急物資的主要因素有物資重要性、物資時效性和物資缺口度。由于在應(yīng)急救援過程中，出于對突發(fā)事件應(yīng)對的方式不同，以及突發(fā)事件性質(zhì)的變化，應(yīng)急物資的優(yōu)先權(quán)也存在動態(tài)變化，如在地震發(fā)生的初期，急救藥、食物等物資的優(yōu)先權(quán)高，而隨著時間的推移，在災(zāi)后重建階段時，建材等物資的優(yōu)先權(quán)會由低變高，因此對于應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的考慮，應(yīng)該限定于某個特定時段。由此針對某特定時段下，將應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的主要影響因素，分為物資重要度和物資缺乏度，其中物資重要度衡量在當前時段對此類物資重要性程度；物資缺乏度衡量在當前時段對該物資需求的滿足程度。

2.2 應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的模糊綜合評判

根據(jù)應(yīng)急物資的影響因素，構(gòu)建模糊綜合評判因素集合，記為U={u1,u2}，式中u1為物資重要度，u2為物資缺乏度。將評價集記為V={v1,v2,v3,v4}，其中：決策評語v1為Ⅰ級(極高)，v2為Ⅱ級(較高)，v3為Ⅲ級(一般)，v4為Ⅳ級(較低）。

從因素ui到?jīng)Q策評語vj的隸屬度rij采用分段交叉的模糊三角隸屬度函數(shù)[5]，并由此生成模糊矩陣R=(rij)2×4。因素權(quán)重集記為ω={ω1,ω2}，各因素的權(quán)重按照專家組打分后求平均，再作歸一化計算的方法獲得。

按照式B=ω。B={b1,b2,b3,b4}作模糊綜合評判，得到模糊子集B，其中：算子 。→(∧,∨)，分別表示最小和最大算子。

最后，對模糊子集作歸一化處理，并依據(jù)最大隸屬原則確定應(yīng)急物資的優(yōu)先權(quán)。

3 考慮應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的車種代用空車調(diào)配模型

3.1 車種代用與應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的關(guān)系

車種代用在實際鐵路運輸生產(chǎn)中是相當普遍的，車種代用可以避免某些需求地因?qū)δ耻嚪N的需求而進行的不必要的長距離運送，另外還可以避免空車源緊張而引起的貨源及運輸收入的損失。由于在應(yīng)急救援過程當中，希望在最短的時間內(nèi)將優(yōu)先權(quán)高的應(yīng)急物資輸送到應(yīng)急地點，它同樣需要通過車種代用來加快對急缺物資的運輸。

3.2 多目標規(guī)劃模型的構(gòu)建

3.2.1 模型的符號定義

A={Ai︱i=1,2,…,m}為空車供應(yīng)節(jié)點集合；B={Bj︱j=1,2,…,n}為空車需求節(jié)點集合；C={Cu︱u=1,2,…,p}為空車種類集合；D={Dv︱v=1,2,…,q}為物資種類集合。

cij為第i空車供應(yīng)站至第j空車需求站的每輛空車的走行費用；為第i空車供應(yīng)站產(chǎn)生第u種空車的數(shù)量；為第j空車需求站第u種空車因代裝第v種貨物而產(chǎn)生的代用費用；為第j空車需求站因裝運第v種貨物而實現(xiàn)的單位運輸利潤；為第u種空車代裝第v種貨物的靜載重；為第j空車需求站待裝的第v種貨物的數(shù)量；為指令性任務(wù)要求第j空車需求站應(yīng)該完成裝運第v種貨物的數(shù)量；為決策變量，第i空車供應(yīng)站配送至第j空車需求站裝運第v種貨物的第u種空車的數(shù)量。

3.2.2 模型的構(gòu)建

[6]車種代用空車調(diào)配模型的基礎(chǔ)上，略去空車供應(yīng)站因閑置空車的庫存費用，增加對應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)的考慮，構(gòu)建多目標規(guī)劃模型。間的權(quán)重系數(shù)。

在不同類型、不同強度的受災(zāi)應(yīng)急救援過程中，對兩個目標的關(guān)心程度會發(fā)生變化。隨著救災(zāi)工作將向災(zāi)后重建工作轉(zhuǎn)移，鐵路運輸?shù)慕?jīng)濟性將會增強。所以在救援的初期取(α=0.1,β=0.9)，甚至取(α=0,β=1)；而隨著救援時間的推移，可以逐漸增大α和減少β。

4 結(jié)束語

應(yīng)急物資優(yōu)先權(quán)與鐵路空車調(diào)配的車種代用相結(jié)合研究，建立多目標規(guī)劃物資調(diào)度模型，除了適用于應(yīng)急救援過程中的物資調(diào)運，通過修改多目標的權(quán)重系數(shù)，同樣適用于日常的物資調(diào)運。應(yīng)進一步考慮不同受災(zāi)類型、受災(zāi)強度下對應(yīng)急物資的需求情況，完成對時段的劃分，并由此建立應(yīng)急物資調(diào)運的動態(tài)規(guī)劃模型。

在上述模型中，目標函數(shù)⑴為鐵路運輸效益最大化，由貨物運輸?shù)目偫麧?、空車總的走行費用、車種代用產(chǎn)生的總代用費用三部分組成；目標函數(shù)⑵代表應(yīng)急物資運輸?shù)纳鐣嫘宰畲蠡渲衧v為第v種貨物作為應(yīng)急物資的優(yōu)先權(quán)，用于衡量因裝運的每單位第v種貨物而實現(xiàn)的社會公益性。

約束條件⑶為空車供應(yīng)站對某種空車的供給能力限制；約束條件⑷為空車需求站對某種貨物的供給能力限制；約束條件⑸表示對指令性任務(wù)的限制；約束條件⑹表示決策變量的取值限制（即取非負整數(shù)）。

3.2.3 模型的求解

對多目標規(guī)劃問題的求解，采用將多目標規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為單目標規(guī)劃問題，對目標函數(shù)作如下變換：

其中：α和β為兩個目標的權(quán)重系數(shù)，且α+β=1。可根據(jù)實際應(yīng)用中對各個目標的關(guān)心程度，制定這兩個目標之

：

[1] ALIH，S C· Formulation and solution of a multicommodity multi-modal network flow model for disaster relief operations[J]· Transportation Research：Part A，1996，30(2)：231-250·

[2] Yi W， Zdamar L· A dynamic logistics coordination model for evacuation and support in disaster response activities[J]· European Journal of Operational Research， 2007，179(3)：1177-1193·

[3] 戴更新，達慶利. 多資源組合應(yīng)急調(diào)度問題的研究[J]. 系統(tǒng)工程理論與實踐， 2000，12(9)：52-55.

[4] 劉春林，何建敏，施建軍. 一類應(yīng)急物資調(diào)度的優(yōu)化模型研究[J]. 中國管理科學(xué)， 2001，11(3)：29-36.

[5] 張 凡. 考慮救災(zāi)物資需求等級的應(yīng)急救援車輛調(diào)度[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[6] 梁 棟，林伯梁，嚴賀祥，等. 車種代用情況下的鐵路空車調(diào)配研究[J]. 鐵道學(xué)報， 2005，27(4)：1-5.

Study on Empty Railway Car Allocation Based on Priority of Emergency Materials

CHENG Xueqing

(College of Traffic & Transportation,Southwest Jiaotong University,Chengdu,Sichuan 610031， China)

The optimization for distribution and transportation of emergency materials has become the research hotspot as the sudden natural disasters frequently occurred in recent years. Based on the fuzzy comprehensive evaluation method,the priority of emergency materials is analyzed. Combined with the substitution of car type,the empty car distribution model considering the priority of emergency materials is built. The analysis shows that by properly selecting multiobjective weight coeffi cients,this multi-objective model can be applied not only in the distribution and transportation of materials in emergency rescue,but also in the daily distribution and transportation of materials.

Emergency Materials; Fuzzy Comprehensive Evaluation;Allocation of Empty Railway Car; Multi-objective Programming

1003-1421(2010)01-0063-03

U292.4+5

A

2009-08-12

2009-08-31

教育部博士點基金（200806131022）

黃宣鐫