基于动态网络流的应急救援车辆调度研究

摘要

全球各类突发大规模事件日益频繁，给人类造成了巨大的生命与财产损失。突发大规模事件的突发性、紧急性、破坏性往往会造成大量的人员伤亡以及受灾人群对应急资源迫切的、大量的需求，物资配送与人群疏散由此成为应急救援中两个关键任务。因此，在突发大规模事件发生后既定时间域内，如何有效调度有限车辆资源进行物资配送与伤员转移、最大化灾区群众的生存率是应急管理中亟待优化的重要问题。 本文在国内外车辆调度研究现状分析的基础上，基于动态网络流与情景演化理论，围绕应急救援车辆调度的物资配送与人群疏散两方面内容，运用理论分析、数学建模与算例分析相结合的方法，主要研究了以下三部分内容: 1、考虑物资配送的应急救援车辆调度研究。在突发大规模事件爆发后的有限时间域内，针对应急救援车辆不足，需要多次、分阶段将应急资源从多个供应点配送到多个需求点的情况，本文基于动态网络流基本理论和双层规划建模方法，以最大化需求点收益、最小化延迟成本为目标，构建了含时间窗的应急救援车辆多次、多阶段调度模型，并应用基于动态规划的两阶段启发式算法对模型进行了求解，给出了相应的算例。 2、考虑人群疏散的应急救援车辆调度研究。在突发大规模事件爆发后的有限时间域内，针对灾区伤员转移的需求，考虑有限时间域内的救护车辆限制、部分伤员在等待过程中的伤情动态转移的情景，本文基于动态网络流基本理论与情景演化理论方法，以最大化给定时间域的人群疏散流量为目标，构建考虑伤员转移的救援车辆调度最大流模型，并采用贪婪算法进行求解，给出了相应的算例。 3、应急救援车辆集成调度研究。在分散车辆调度研究的基础上，从集成协调的角度，针对突发大规模事件发生后车辆资源相对稀缺、物资需求与伤员转移需求呈动态变化及存在优先级别的情形，以最大化网络总流量与最小化延迟成本为目标，构建了带取送的车辆调度模型来集成调度物资配送与伤员转移，并采用禁忌搜索方法求解，给出了相应的算例。 研究从分散到集成，考虑了现实背景下应急救援实时调度与情景演化的多方面。本论文的研究成果对于提升灾区人群的生存率、有效实施应急情景下的车辆调度计划具有重要意义，对于应急管理部门资源配置与调度具有较高的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 研究现状

1．2．1 一般车辆调度问题研究现状

1．2．2 考虑人群疏散的应急车辆调度研究现状

1．2．3 考虑物质配送的应急车辆调度研究现状

1．2．4 研究现状评述与集成模型探讨

1．3 主要研究内容与研究方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

第二章 相关理论与方法

2．1 动态网络流理论与方法

2．1．1 动态网络流概述

2．1．2 网络流基本问题

2．1．3 时空网络方法

2．2 双层规划模型和求解方法

2．2．1 双层规划模型

2．2．2 双层规划求解方法

2．3 情景演化理论与方法

2．3．1 情景演化理论概述

2．3．2 马尔科夫决策过程模型

第三章 考虑物资配送的应急救援车辆调度研究

3．1 问题提出

3．1．1 相关问题及模型

3．1．2 问题特征描述

3．2 动态网络流模型建立

3．2．1 参数设置与分析

3．2．2 双层规划模型

3．3 算例分析

3．3．1 算法

3．3．2 算例

3．4 本章小结

第四章 考虑人群疏散的应急救援车辆调度研究

4．1 问题提出

4．1．1 相关问题及模型

4．1．2 问题特征描述

4．2 动态网络流模型建立

4．2．1 需求与参数分析

4．2．2 考虑伤情转移的人群疏散模型

4．3 算例分析

4．3．1 算法

4．3．2 算例

4．4 本章小结

第五章 应急救援车辆集成调度研究

5．1 动态网络流集成模型建立

5．1．1 参数设置与分析

5．1．2 集成调度模型

5．2 算例分析

5．2．1 算法

5．2．2 算例

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 论文总结

6．2 论文主要工作

6．3 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文和参与的项目