突發(fā)事件下應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)修復(fù)方法研究

王　偉

(北方民族大學(xué) 商學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

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突發(fā)事件下應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)修復(fù)方法研究

王偉

(北方民族大學(xué) 商學(xué)院,寧夏 銀川 750021)

摘要：闡述了突發(fā)事件下應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵邊的定義,提出了考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)輸需求優(yōu)先級等因素的評估指標(biāo)，以及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵邊的識別方法,最后通過算例分析了該方法的有效性.

關(guān)鍵詞：應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)；關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；修復(fù)策略

應(yīng)急物流是指為應(yīng)對各類突發(fā)事件而對物資、人員、資金的需求進(jìn)行緊急保障且以時間效益的最大化和災(zāi)害損失的最小化為目標(biāo)的一種特殊的物流活動.與常態(tài)物流活動相比,應(yīng)急物流具有更突出的非預(yù)見性、需求急迫性和弱經(jīng)濟(jì)性等特征.應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)急物流節(jié)點(diǎn)、線路及設(shè)施組織相互聯(lián)系的集合，是應(yīng)急物流得以實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ).突發(fā)事件發(fā)生后，在考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)輸需求量的前提下，如何利用有限的資源對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修復(fù)、提高應(yīng)對突發(fā)事件的能力、最大限度地恢復(fù)整個網(wǎng)絡(luò)的暢通，是需要研究的問題.

目前，突發(fā)事件下網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的研究主要集中在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和道路網(wǎng)絡(luò)兩方面.在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方面，對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究較多，集中在分析節(jié)點(diǎn)被刪除后網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)的變化等.2006年，譚躍進(jìn)等[1]提出了一種評估復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要度的節(jié)點(diǎn)收縮方法，認(rèn)為最重要的節(jié)點(diǎn)就是將該節(jié)點(diǎn)收縮后網(wǎng)絡(luò)的凝聚度最大，該方法綜合考慮了節(jié)點(diǎn)的連接度及經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)最短路徑的數(shù)目，克服了節(jié)點(diǎn)刪除法的弊端.2008年，朱靜等[2]給出了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的定義方法，提出了一種基于聚合度大小排序的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識別方法，給出了識別流程.在道路網(wǎng)絡(luò)方面，學(xué)者Sato[3]，Arimura[4]，F(xiàn)iedrich[5]和Feng[6]等研究了突發(fā)事件發(fā)生后道路網(wǎng)修復(fù)方案制定的問題.這些研究大多以車輛路徑模型來研究突發(fā)情況下路網(wǎng)修復(fù)方案的制定，而在實(shí)際中應(yīng)用起來很困難.因此,筆者從運(yùn)輸需求和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等多方面綜合考慮，提出了應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和邊的識別指標(biāo)和方法.

1應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和邊

應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是指在應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)中，對維持或恢復(fù)應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)正常功能起重要作用的節(jié)點(diǎn)[7].同樣，應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵邊是指在應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)中，對維持和恢復(fù)應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)正常功能起重要作用的邊.在正常情況下，應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵邊在維持應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)的功能時起重要作用，突發(fā)事件并不影響應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)上所有的節(jié)點(diǎn)或邊，而只影響網(wǎng)絡(luò)上一部分節(jié)點(diǎn)或邊，此部分節(jié)點(diǎn)的失效會傳播開，影響網(wǎng)絡(luò)上其他的節(jié)點(diǎn)或邊.如果這些節(jié)點(diǎn)或邊屬于網(wǎng)絡(luò)上關(guān)鍵的點(diǎn)或邊，則可能會直接影響到系統(tǒng)的關(guān)鍵服務(wù)和整個系統(tǒng)功能.所以突發(fā)事件發(fā)生后，一個較好的方法應(yīng)能夠迅速可靠地識別系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或邊，有針對性地采取一定措施修復(fù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或邊，盡快恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)輸服務(wù)能力，以提高系統(tǒng)的抗毀性能.

2關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(邊)的判定

關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵邊的識別就是從應(yīng)急物流網(wǎng)受損的節(jié)點(diǎn)和邊的集合中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)或邊被修復(fù)后對網(wǎng)絡(luò)功能的貢獻(xiàn)程度排序.對網(wǎng)絡(luò)性能的貢獻(xiàn)越大，節(jié)點(diǎn)或邊就越重要，在網(wǎng)絡(luò)中起的作用就越關(guān)鍵，所以關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或邊的判定就是要研究能夠標(biāo)志貢獻(xiàn)度的指標(biāo).

2.1變量定義

2.2判定策略

根據(jù)應(yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)定義了兩種判定策略,一種從修復(fù)前后運(yùn)輸路徑廣義費(fèi)用的變化角度定義重要度，另一種從修復(fù)前后運(yùn)輸路徑恢復(fù)的運(yùn)輸量角度定義重要度.

(1)

(2)

在突發(fā)事件下應(yīng)急物流網(wǎng)上的運(yùn)輸需求是分優(yōu)先等級的，有些貨物是緊缺貨物，必須及時送達(dá)，其優(yōu)先級較高，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵邊的識別過程中就必須考慮優(yōu)先等級.再者，運(yùn)輸路徑的運(yùn)輸量也是影響節(jié)點(diǎn)或邊重要性的關(guān)鍵因素，故將路徑運(yùn)輸量的大小作為衡量關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的重要因素，在重要性測度指標(biāo)中予以體現(xiàn).

(3)

(4)

(5)

3關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的判定方法

突發(fā)事件發(fā)生后，假設(shè)物流網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)可以被實(shí)時監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點(diǎn)間的運(yùn)輸需求量可以由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)綜合得出,其關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和邊的識別步驟如下：

(6)

②取Iuns(xk)=0的節(jié)點(diǎn)，按Ipath(xk)值的大小排序，令n″s為Iuns(xk)=0的節(jié)點(diǎn)的個數(shù)，則有

Ipath(x″1)≥Ipath(x″2)≥…≥Ipath(x″n″s).

(7)

(8)

圖1　鐵路網(wǎng)示意圖Fig.1　The sketch map of railway network

④算法結(jié)束.

4算例

本算例選取某區(qū)域局部應(yīng)急物流網(wǎng)(鐵路網(wǎng))，對前面提出的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵邊的測度指標(biāo)與識別方法進(jìn)行驗(yàn)證.此局部物流網(wǎng)有A,B,C,D,E,F共6個節(jié)點(diǎn)和8個區(qū)間，節(jié)點(diǎn)之間的線路長度見圖1.

突發(fā)事件發(fā)生后，線路BE,BC,DF受損.假設(shè)在突發(fā)事件的影響下，此區(qū)域物流網(wǎng)上運(yùn)輸?shù)呢浳锏膬?yōu)先等級分為緊缺貨物、重要貨物和普通貨物，緊缺貨物權(quán)值設(shè)置為3、重要貨物權(quán)值設(shè)置為2、普通貨物權(quán)值設(shè)置為1.各節(jié)點(diǎn)間的運(yùn)輸需求量和運(yùn)輸需求優(yōu)先級見表1.

表1　運(yùn)輸需求量和優(yōu)先級

注：括號內(nèi)為運(yùn)輸需求的優(yōu)先級，括號外為運(yùn)輸需求量，單位為車.

根據(jù)前面提出的識別方法，通過式(3)可以計(jì)算出受損線路BC,BE,DF被恢復(fù)后網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸路徑廣義費(fèi)用變化的評估結(jié)果，具體結(jié)果如表2所示.通過式(5)可以計(jì)算出受損線路BC,BE,DF被恢復(fù)后運(yùn)輸量的評估結(jié)果，具體結(jié)果如表3所示.

表2　受損線路的I?path(·)值

表3　受損線路的I″uns(·)值

由前面的識別流程可知，受損線路BC,BE,DF的重要度排序?yàn)镮(DF)≥I(BE)≥I(BC).由圖1可知，受損線路都在救援人員和救援設(shè)備可達(dá)處，所以先修復(fù)受損線路DF.

假設(shè)線路DF被修復(fù)后各節(jié)點(diǎn)間的運(yùn)輸需求量和運(yùn)輸需求的等級不變，則根據(jù)前面提出的識別方法，通過式(3)和式(5)計(jì)算出受損線路BC，BE被恢復(fù)后網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸路徑廣義費(fèi)用的變化和增加的運(yùn)輸量的評估結(jié)果，具體結(jié)果如表4所示.

表4　線路DF修復(fù)后，未修復(fù)的受損線路的I?path(·)和I″uns(·)值

由前面的識別流程可知，受損線路BC,BE的重要度排序?yàn)镮(BE)≥I(BC).再由圖1可知，受損線路都在救援人員和救援設(shè)備可達(dá)處，所以先修復(fù)受損線路BC，然后再修復(fù)受損線路BE.因此，突發(fā)事件后，物流網(wǎng)受損線路的修復(fù)時序方案為DF,BE,BC.

計(jì)算了圖1所示網(wǎng)絡(luò)的各條邊的介數(shù)，其結(jié)果如表5所示.

表5　邊的介數(shù)值

從表5可以看出，受損線路BC,BE,DF的重要度排序?yàn)镮(BE)≥I(DF)≥I(BC).

運(yùn)用基于介數(shù)的重要性判定指標(biāo)與本研究提出的判定指標(biāo)計(jì)算的排序結(jié)果不同，因?yàn)椴煌笜?biāo)是從不同角度來反映同一問題的.本研究提出的指標(biāo)判定方法是基于“節(jié)點(diǎn)修復(fù)后對網(wǎng)絡(luò)功能的影響”的思路建立的，與基于介數(shù)的判定方法相比，其考慮運(yùn)輸需求優(yōu)先等級和運(yùn)輸需求量與突發(fā)事件發(fā)生后優(yōu)先恢復(fù)運(yùn)輸大通道、大動脈的思路是一致的.因此，在研究如何識別突發(fā)事件下鐵路網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或邊的問題時，本研究提出的方法具有一定的優(yōu)越性.

5結(jié)語

本研究基于“節(jié)點(diǎn)修復(fù)后對網(wǎng)絡(luò)功能的影響”的思路，考慮了運(yùn)輸需求優(yōu)先等級和運(yùn)輸需求量，分別從網(wǎng)絡(luò)被修復(fù)前后路徑廣義費(fèi)用的變化和恢復(fù)的運(yùn)輸量兩個角度構(gòu)建了識別指標(biāo)，提出了識別方法和步驟.算例分析表明，本研究提出的方法比基于介數(shù)的重要性判定方法有一定的優(yōu)越性，能夠反映突發(fā)事件影響下物流網(wǎng)的整體特性.

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Research on the repair method of emergency logistics

network under emergency

WANG Wei

(SchoolofBusiness,BeifangUniversityofNationalities,Yinchuan750021,China)

Abstract:This paper introduces the definition of critical node and critical edge on emergency logistics network. The evaluation index considering the factors of network topology and transport demand on passenger and cargo is put forward, and the identifying method of critical node and critical edge is also given. Finally, the effectiveness of this method is verified through an example.

Key words:emergency logistics network; critical node; repair strategies

作者簡介：王偉(1983-)，男，寧夏平羅人，講師，博士，主要研究方向?yàn)閼?yīng)急物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.

基金項(xiàng)目：國家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究項(xiàng)目(4400302471)

收稿日期：2014-11-25

中圖分類號：U113

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-330X(2015)01-0048-05