自然灾害下应急物资多目标配送模型研究-吕伟超.pdf

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1、分类号 学号 M201073313 学校代码 10487 密级 硕士学位论文 自然灾害下 应急物资多目标 配送 模型研究 学位申请人 ： 吕伟超 学 科 专 业 ： 管理科学与工程 指 导 教 师 ： 黄卫来 副教授 答 辩 日 期 ： 2012.12.30 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Management A Multi-Objective Model Study of Emergency Supplies Distribution unde

2、r Natural Disasters Candidate : Lv Weichao Major : Management of Science& Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Huang Weilai Huazhong University of Science & Technology Wuhan, Hubei 430074,P.R.China December 2012 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的

3、研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ， 在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 （请在以上方框内打 “” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期：

4、年 月 日 本论文属于 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 步入新世纪以来，科学技术日新月异，人们的生活水平日益 提高，然而发展中也带来了 资源浪费、 环境恶化等问题， 其中不能忽视的是 ， 各种自 然灾害 在国内外频繁发生，给人们的生命财产 安全 造成很大的威胁。不难发现， 自然灾害已经成为制约我国经济发展、社会稳定的重要因素。 在 应对自然灾害，减灾救援中，应急供应链物流扮演着举足轻重的作用。 本 文立足于自然灾害的大背景，对自然灾害下的供应链物流进行探索研究。首先， 在 回顾国内外相关研究的基础上，本文理清了 自然灾害下的供应链物流中包括自然灾害、 应急 物资 、

5、应急物资中转点 、应急物流等相关概念；接着，本文参考国外应急供应链物流网络 体系，结合本国实际情况构建了我国自然灾害下的供应链物流网络体系；然后， 选择了其中一个代表性 问题 自然灾害下的应急物资 中转点选址与运输路径选择集合问题 进行定量研究 ， 构建了模拟实际灾害发生 情境下临时物资 中转点 的选择和物资配送路径选择 的多目标 应急物资配送 模型； 并使用了模糊多目标规划方法 对模型 进行相关的算例研究， 算 例证明了本文提出的设施选址与路径选择集合模型的有效性以及模糊多目标规划方法 在 应急物资配送中的可行性 。 本研究旨在 总结自然灾害下的供应链物流规划 研究成果，并对 其中的关键问题

6、，即 物资中转点 选址和路径选择 创建具有代表性的 多目标规划 模型 ，并使用 模糊规划方法 解答，希望对国家相关部门以及其他相关研究人员 在自然灾害下的供应链物流研究 有一定的参考意义 。 关键词： 自然灾害 应急物资配送 中转 库选址 路径选择 模糊规划 II 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract Entering the new century, science and technology are developing rapidly and peoples life is becoming better and better, but the develo

7、ping also bring problems such as resources wasting and environmental degradation. It cant be ignored that the natural disasters occurring frequently at home and abroad, which is a big thread to peoples life and property. Its obvious that natural disaster has become an important factor restricting ou

8、r economy developing and society stability. This paper do the research about supply chain and logistic under natural disaster, establishing in the background of natural disaster. First, on the basis of relative research at home and abroad, the paper clears the concepts in the supply chain and logist

9、ic under natural disaster, such as natural disaster, emergency supplies, emergency transit point, emergency logistic and so on. And then, the paper builds our countrys supply chain and logistic network under natural disaster basing on the face of our country, with the help of foreign ones. Following

10、, the paper choose a representative problem, emergency transit point locating and supplies distribution routing integrated problem to do the quantitative research and build a multi-objective model. At last, the paper introduces the fuzzy programming method to solve the model and do the example resea

11、rch, which proves effectiveness of the model and feasibility of the fuzzy method in multi-objective. The paper is aimed at summarizing the research about the supply chain and logistic under natural disaster, and building a representative model for the key problem of emergency commodity transit point

12、 locating and commodity distribution routing, which is solved by fuzzy method. Its hoped that what the paper do will be meaningful to the related national department and relevant researchers. Key words: Natural disaster Emergency supplies distribution Transit point locating Path selection Fuzzy prog

13、ramming III 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 1.1 研究背景和意义 . (1) 1.2 国内外相关研究综述 . (2) 1.3 研究思路与论文框架 . (6) 2 自然灾害下的供应链物流体系 2.1 自然灾害下的供应链物流理论 . (9) 2.2 我国救灾供应链物流体系分析 . (13) 3 应急物资多目标配送问题 3.1 应急物资多目标配送问题描述 . (18) 3.2 应急物资多目标配送问题假设 . (20) 3.3 应急物资多目标配送模型设计 . (21) 4 应急物资多目标配送模型求解 4.1 模

14、糊多目标规划方法介绍 . (26) 4.2 模型算例求解及结果分析 . (29) 5 总结与展望 5.1 全文总结 . (37) 5.2 研究展望 . (38) 致 谢 . (39) 参考文献 . (40) 附录 1 CPLEX程序代码 . (44) 附录 2 CPLEX运算结果 . (48) 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论 1.1 研究背景 和 意义 1.1.1 研究背景 当今社会，科学技术日益发达，人们的生活水平日益提高，但是 各国 对于自然灾害的预测 能力和防御能力仍然不是很强 ，地震、海啸、台风、洪 水等自然灾害在全球范围内 不时发生，极大的威胁着人们的生

15、命财产安全。据不完全统计，每一年，地球上 平均 有超过 500 次大大小小的自然灾害发生 ，造成 超过 75000 人死亡，受灾人数高达 2 亿 人次 1。 由于我国的地理位置 复杂 、气候条件 多样 以及 较长时间 来 以自然环境 资源 为代价的快速发展 等多方面的原因 ， 导致 我国 多种自然灾害频发。 各种自然灾害，包括地震、台风、洪水、 旱灾、 泥石流 等 在我国 均 时 有发生 ，总体的自然灾害特点为：灾害种类很多、分布地域很广，发生频率很高， 造成 损失很大。 基于自然灾害对国家发展战略、人民生活 生产 的极大影响， 如何做好灾害预测、防灾减灾，将损失降到最低就成为了国家、人们十分

16、关注的话题。 面对众多的自然灾害， 抗灾救人离不开 政府的领导，离不开人民群众的支持，更离不开 实际救灾过程中 成熟、稳健、敏捷的 应急供应链物流体系。 应对自然灾害 中 ，救灾 物资的 收集、 储备、 供应、中转、 运输，运输工具和运输路径的选择，受伤人员的转移、送院 等 都是极其关键的问题，而这些都离不开供应链物流体系的支 持。 基于自然灾害对我们人类社会的巨大影响 ，以及供应链物流在灾害发生后的应急情况下扮演的重要角色，各国相关领导和部门、相关领域的众多学者都 致力于自然灾害下的供应链物流研究，以求对自然灾害及供应链物流有更好的认识， 做好供应链物流体系建设，在实际救灾中做出 更迅速有效

17、的决策 ，力求最大可能的把受灾人员的生存率提高，把 各方面 损失降到最小。 1.1.2 研究意义 本人研究生阶段在导师的指导下一直都致力于自然灾害下的应急 供应链 物流研2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 究，同时通过新闻、微博等渠道也更深刻地了解到最近几年自然灾害给我国、给全世界都带来了巨大的损失，很多无辜的人们在灾害中失去生命、失去亲人、流离失所，蒙受巨大的经济损失，每每看到、听到这些受灾的消息，我在庆幸自己美好生活的同时，也对受灾人们深 感同情。对于受灾的同胞，我们可以捐款捐物，可以祈祷，不过这些都是 “输血工程 ”， 本人 认为更重要的是更好的做好灾难预测，更好的优化我

18、国的救灾准备、救灾供应链物流，这样我们才可以做到 “输血 ”，才能在日后打有 准备的仗，更好的做好灾前预防和准备，更好的做好应急物资的配送和调度，更好的有计划有安排的运送受灾人员到最近的医院，这样才能尽可能的减少灾害带来的损失。 而目前我国应对自然灾害的应急物流体系建设还不太 成熟，相关救灾组织的功能和责任还不够明确，救灾体系的网络体系结构还没有形成，在物资储备库选址、物资配送路径选择、受 灾人员转移和救治送院等 关键问题上的决策还不能做到快速响应、科学决策，这些问题在很大程度上降低了我国抗灾救援的效率，延误了抗灾救人的最佳时机，造成了 不必要的生命财产损失。 本文以自然灾害为背景，尝试 结合

19、定性和定量的方法对我国自然灾害下的供应链物流体系进行分析，并针对救灾物资配送中的关键问题 考虑中转点的物资配送路径选择多目标决策问题，构建了通用的多目标决策模型 ， 引入模糊多目标决策方法求解， 并用算例验证，以求 构建科学决策方法， 为相关研究做出贡献，为相关决策人员提供参考，为政府部门、各相关单位、人员应对自然灾害 提供决策参考。 作为一名在读研究生，面对自然灾害，我能做到的就是做好应急供应链物流的相关研究，尽可能多考虑实际的影响因素，更 贴近我国的实际情况，建立更好的模型模拟受灾情况，从而分析出决策方法和考虑因素，为相关 救灾部门给予一定的理论指导，也为应急物流供应链的相关研究人员给予抛

20、砖引玉的指导，这也是本文最大的研究目的和意义。 1.2 国内外 相关研究综述 1.2.1 国内相关研究综述 自然灾害是一个全球化的问题，全球各国政府都十分重视，各国的学者和专家3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 也积极地投入到应对自然灾害的研究中，其中自然灾害下的供应链物流方面的研究也取得了阶段 性的成果。 国内对于自然灾害下的供应链物流研究主要分为以下几个方面：一、自然灾害下的供应链物流风险识别与规避问题；二、自然灾害下的应急物资储备库选址问题；三、自然灾害下的应急物资配送路径选择问题；四、自然灾害下的 受灾人员送院 的路径 规划问题；以及由以上问题结合的混合型问题。 杨倩茹

21、 2在 “512”汶川大地震的背景下考虑救灾物资储备库选址与资源配置问题，建立了两阶段随机规划模型，利用遗传算法和 SAA 方法求解算例。 冯明放 3从定性的角度分析了陕南自然灾害多发区的自然灾害特点、灾害中居民转移安置点选址的影响因素，从而 总结出移民搬迁安置点的选址原则，陈琨和翁迅 4也对应急物流设施选址的因素进行了全局意义上的定性研究， 刘强和阮雪景 5则对选址原则进行了AHP 层次分析，得出了设施选址的准则层和子准则层原则，以上 的 定性 研究对于救灾安置点选址的定量研究具有一定的参考意义。 陈琨 6还进一步总结了前人研究中的应急设施选址相关模型，并比对之前定性研究所得的设施选址原则，

22、建立了单点设施和多点设施的灾害应急选址模型，同时提出了在此基础下的物资调度模型。 黄洪涛 7对应急物流系统进行了比较全面的回顾，并针对系统中的两个关键问题：物流中心选址与物资调度进行了较为深入的研究，其对物资分为一次性消耗和连续消耗两种类别对于本文的物资划分具有一定的指导意义。 张盈盈 8和高峰记 9等人提出了不同级别应急物资储备库的选址问题，张盈盈建立了时间和成本的限制多目标物资储备库选址模型，而高峰记则对候选储备点进行了多指标评价，综合考虑得出满足需求的最少储备库集合。 此外，还有一些学者 10-13致力于灾后应急物资的回收方面的研究，不过大多停留在定性方面的研究，并没有太多的涉及定量的研

23、究方法，总体而言，这些文献都强调了灾后应急物资回收的必要性，以及要确保有法可依，按照国家相关规定 稳妥的做好回收工作。 另外 ， 在 本文重点研究问题，即 自然灾害下的供应链物流研究中的应急物资储备库选址和物资配送路径选择 相结合的模型分析 问题上 国内相关学者的研究 也 取得了一些成果。 王绍仁、马祖军 14提出了 需求为随机的，多种物资以多种运输方式运4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 送的动态 LRP（定位 运输路线安排问题） 多目标模型，其中目标为运输时间最短和系统总成本最小， 根据模型的特点，作者提出了一种基于动态规划和权重系数变换方法结合的改 进式遗传算法，同时运用

24、了罚函数处理模型的约束条件，并用算例分析证明了其模型和算法的有效性 。 他们在另一篇文章 15中对 LRP 问题提出了一种基于两阶段分解思想的 “三角 ”启发式算法，并与改进遗传算法进行了比较，分析了各自的优劣性。 郑斌、马祖军、方涛在 应急 物流系统中的模糊多目标定位 -路径问题 16一文中提出了物流设施定位和车辆路径选择的结合模型，其目标是选择建立若干应急物流中心，并在满足应急物流中 心容量和车辆容量的限制条件下，确定各应急物流中心到 各 个 需求点的车辆路径，使需求点的需求得到满足，目标函数是运输总时间最小和系统总成本最小。 赵彤在其博士论文 17中，对突发自然灾害的受灾程度等级评价、救

25、助应急物资需求、救助应急物资配送车辆调度问题以及物资配送车辆路径优化这四个方面进行了较深入的 研究，其中网络拓扑结构的引入是其一大亮点，对本文的网络结构图的采用有很大的启发作用。 吴青和龚亚伟 18主要研究了一种自然灾害 地震环境下的 应急物流中的路径选择，其中，除了考虑道路的长度和交通流量等因素外，还引入了车流波动理论和阻断风险的概念，并把 道路 运输情况分为了四种：正常道路行驶、不产生排队的路段行驶、有 排队时的行驶、驶出排队的行驶，同时针对模型使用了完全枚举法解答，其中车流波动理论以及道路阻 断风险的引入对后续研究具有一定的启发性意义。 郭子雪和齐美然 19总结了紧急状态下应急物资的筹集方式主要有：动用平时库存、直接强制征用、市场紧急采购、组织紧急研制和生产、组织社会捐赠等，并建立了仅动用库存条件下应急物资筹集决策 模糊优化模型。 1.2.2 国外相关研究综述 国外对于自然灾害下的供应链物流的研究开始 得比国内更早 ， 有代表性的文献更多，同时也取得了更 多 先进的研究 成果。 以下是对一些代表性文献的综述。 首先 ，回顾一下国外的自然灾害 供应链物流体系 方面的研究的发展历程 。 Altay和 Green20指出之前绝大多数的自然灾害管理研究都是和社会科学、人文主义相关的，然而越来越多的研究都开始关注 OR（运筹学） 和 MS（管理科学） 方法在自然