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生物反恐体系中的应急物流网络协同优化研究

生物反恐体系中的应急物流网络协同优化研究. 刘 明 东南大学系统工程研究所 2009.3.14. 主要内容. 1 、文献综述 2 、研究问题思考. 1 、文献综述. 生物危险源扩散规律研究 应急物流研究. 1.1 生物危险源扩散规律研究. 1.1 生物危险源扩散规律研究（结论）. 我们在该领域做了一些前期的工作，如建立了具有脉冲接种的 SIQR 模型，以及考虑具有迁移特性的生物危险源扩散规律研究等， 但这些研究都是在比较理想化的前提下完成的，未涉及到复杂网络的知识 ，从而使得这些研究成果不能较好的体现出其现实意义。

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生物反恐体系中的应急物流网络协同优化研究

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Presentation Transcript

  1. 生物反恐体系中的应急物流网络协同优化研究 刘 明 东南大学系统工程研究所 2009.3.14

  2. 主要内容 • 1、文献综述 • 2、研究问题思考

  3. 1、文献综述 • 生物危险源扩散规律研究 • 应急物流研究

  4. 1.1生物危险源扩散规律研究

  5. 1.1生物危险源扩散规律研究（结论） • 我们在该领域做了一些前期的工作，如建立了具有脉冲接种的SIQR模型，以及考虑具有迁移特性的生物危险源扩散规律研究等，但这些研究都是在比较理想化的前提下完成的，未涉及到复杂网络的知识，从而使得这些研究成果不能较好的体现出其现实意义。 • 现实世界中的生物危险源扩散网络，应该是一个复杂网络，包含小世界网络模型及无标度网络模型。 • 通过不同的传染病模型在不同的复杂网络中的规律分析，探讨生物危险源扩散与现实世界复杂网络拓扑结构之间的关系，建立相应的生物危险源扩散网络模型，并进行数值仿真，提出防止生物危险源扩散的控制理论与方法。

  6. 1.2应急物流研究 • 生物反恐体系中的应急反应 • 应急环境下的紧急物资配送 • 应急资源配置动态协同优化问题

  7. 1.2.1生物反恐体系中的应急反应

  8. 1.2.1生物反恐体系中的应急反应（结论） • 国内有关生物反恐体系中的应急反应文献大多集中于如何构建应急反应体系、如何提高应对生物恐怖事件的能力等定性框架研究，尚缺乏较为定量的研究工作，更鲜有文献考虑生物危险源扩散同应急物流网络间协同。

  9. 1.2.2应急环境下的紧急物资配送 • 英文（主要搜集了近5年的文献） • Jiuh-Biing Sheu（2007） 、Wei Yi（2007） 、Gwo-Hshiung Tzeng（2007） 、Mei-Shiang Chang（2007） 、Ozdarmar L（2004）、Min Ouyang（2008） 、Shangyao Yan（2009）、Konstantinos G. Zografos（2008）、Yuan Yuan（2009）…… • 中文（定性、定量） • 范维澄院士（2007）、汪定伟（2008）、计国君（2007）、谢如鹤（2005） 、计雷（2005） 、王宗喜(2003)、戴更新（2000） 、刘春林（2001） 、何健敏（2001）、傅克俊（2005） 、宋明安（2005） 、缪成、许维胜、吴启迪（2006） 、王旭坪等 (2005) 等以及我们自己近年来的一些研究工作总结。

  10. 1.2.2应急环境下的紧急物资配送（结论） • 从上述的文献综述可知，在应急物资配送方面，国内外相关学者已经做了大量的相关工作，如果还想在这个领域中再寻找一些创新的研究点，确实比较困难。而换一角度，从研究方法上创新，则显得较为容易入手。

  11. 1.2.2应急环境下的紧急物资配送（切入点） • 从上述的文献研究中的方法可知，目前国内外研究总体上还是停留在单一应急配送作业方式上，如应用某一种（PTP、TSP、MTSP、HUB等）配送方式，构建一个应急时间最短、或应急出救点最少、或应急成本最低的单目标或多目标规划函数，再假设紧急物资配送符合某个或某几个约束条件，如多救出点、路径的选择、交通限制、调运系统的结构和功能等，从而建立一个优化模型。运用的研究方法主要有多属性决策法、层次分析法、拉格朗日方法、灰色系统理论等。这些研究的模型和方法对于自然灾害（如地震、洪水等）的应急救援来说，具有十分重要的理论和现实意义。 • 在生物反恐体系中，我们的研究切入点则略显不同： • 确定性 • 控制性 • 破坏性

  12. 1.2.2应急环境下的紧急物资配送（问题） • 生物反恐体系中的应急物资配送，如果单纯从应急时间角度考虑，那么在应急车辆无约束的条件下，全部采用PTP模式配送，必然是效果最好的；如果单纯从规模效益考虑，则HUB模式具有较大优势；而现实的实际情况是以上两种情况都不太可能实现。在我们现实的应急救援物资配送网络，为提高应急救援的时效性，往往构造的是一个复杂多模式的混合网络，包含了PTP、TSP、MTSP、HUB等各种模式，因此各模式间如何实现高效的协同，则成为一个值得深入研究的课题。

  13. 1.2.3应急资源配置动态协同优化问题 • 国家和城市应急物资储备库的合理分布问题 • 应急设施的选址和应急需求点的覆盖问题研究 • P-中位问题、覆盖问题和P-中心问题 • 考虑时间约束和空间约束的资源优化配置问题 • 目前有关应急资源配置的研究基本上大多是针对单种约束条件的资源优化 （时间、资源） • 时空网络方法的提出为研究生物反恐体系中的应急资源动态协同配置提供了一条非常有效的途径，因为它将时间和空间进行了有机结合，给复杂动态网络流规划问题的建模和求解带来了便利。 • Shangyao Yan和Yu-Lin Shih（2009） 、郭晓汾等（2007）应急物资配送和道路修复

  14. 2、研究问题思考 研究框架 6、生物反恐体系中非、半及结构化协同决策策略构建 应用研究 理论结果集成应用 5、生物反恐体系中的应急资源储备协同优化研究 由点到面展开 4、生物反恐体系中的应急物资混合协同配送方法研究 3、生物危险源扩散网络与应急物流网络动态多阶段协同 理论研究 时间驱动 基础研究支撑 需求驱动 2、基于复杂网络的生物危险源扩散规律研究 发掘 问题 1、生物反恐体系的国内外研究现状分析 基础研究

  15. 2.1研究基础（p5） • 1、文献整理工作（发掘问题） • 2、生物危险源扩散规律研究 • 我们在该领域做了一些前期的工作，如建立了具有脉冲接种的SIQR模型，以及考虑具有迁移特性的生物危险源扩散规律研究等，但这些研究的都是在比较理想化的前提下完成的，未涉及到复杂网络的知识，从而使得这些研究成果不能较好的体现出其现实意义。 • 现实世界中的生物危险源扩散网络，应该是一个复杂网络，包含小世界网络模型及无标度网络模型。 • 通过不同的传染病模型在不同的复杂网络中的规律分析，探讨生物危险源扩散与现实世界复杂网络拓扑结构之间的关系，建立相应的生物危险源扩散网络模型，并进行数值仿真，提出防止生物危险源扩散的控制理论与方法。

  16. 2.2主体理论研究（1） • （1）进一步深入刻画生物反恐中的应急物流网络受生物危险源扩散网络驱动的动态多阶段过程，形成生物危险源网络与应急物流网络协同的新方法。 • 我们所界定的这个协同，具体而言，就是在遭受生物恐怖袭击后，由复杂网络中的传染病动力学模型分析确定感染区域中患病者人数，继而通过剂量反应模型确认受感染区域对应急接种物资的需求量以及需求时间窗；再通过需求这个关键节点，控制应急物资的配送路径优化；应急接种物资到达后，必然对传染病的扩散产生一定的限制作用，从而形成一个新的需求量和需求时间窗，如此循环，直到病毒完全消亡。 • 因此，生物反恐体系中危险源扩散网络和应急物流网络在微观上的协同是一个动态多阶段的“分析-确认-运作-反作用”的实现过程。

  17. 2.2主体理论研究（2） • （2）应用混合协同配送模式深入研究生物反恐体系中的应急物资协同配送，以进一步提高应急救援的时效性和有效性。 • 生物反恐体系中的应急物资配送，如果单纯从应急时间角度考虑，那么在应急车辆无约束的条件下，全部采用PTP模式配送，必然是效果最好的；如果单纯从规模效益考虑，则HUB模式具有较大优势；而如果从成本角度考虑，TSP甚至MTSP则成为较好的策略；而现实的实际情况是以上几种情况都不太可能单独实现。在我们现实的应急救援物资配送网络中，我们既要尽可能的提高应急救援的时效性，但同时又要兼顾应急物资配送的规模性和成本，往往很自然的形成一个复杂多模式的混合应急救援网络，包含了PTP、TSP、MTSP、HUB等各种模式。 • 因此，如何充分的挖掘各种模式的长处，取长补短，相互协同，形成一个创新的应急物资混合协同配送网络体系，则成为一个值得深入研究的课题。

  18. 2.2主体理论研究（3） • （3）针对目前有关应急资源配置的研究基本上都是针对单种约束条件的资源优化，如单一从时间角度或单一从空间角度，我们拟借鉴动态交通分配中的离散时空网络方法将其结合起来考虑，从而使得所建立的模型更加真实。 • 该方法是将物理网络上的节点在离散的时间轴上进行复制扩展，从而形成了一个二维的时空网络，离散的时间段表示将有利于网络弧的时空扩展以及动态流的机理解析。我们将应用时空网络理论开展国家应急资源储备和配送体系优化、城市紧急救援物资资源优化配置、国家和城市网络集成动态优化以及多层次复杂网络协同动态优化等问题的研究，实现在考虑时间约束和空间约束的限制下的应急资源宏观协同优化配置。

  19. 2.3集成应用研究 • 从研究成果的应用而言，我们所做的研究工作最终目的是为了给国家和城市的应急资源储备优化配置提供有效的决策参考。 • 生物反恐体系中的应急决策，可按决策的性质分为非结构化应急决策、半结构化应急决策以及结构化应急决策。当生物恐怖袭击发生时，由于我们对所面临的生物危险源扩散特性事前了解并不深入，对国家和城市储备库库存的应急物资的有效性还不能较好的把握，此时需要做出大量的非结构化或半结构化决策。 • 因此，如何将生物恐怖体系下的应急协同理论研究成果应用指导于应急实践决策中，从而改变传统的应急临时协商决策模式，增强应急协调物资配送能力，提高应急决策的科学性，形成新形势下的协商---协调---协同生物反恐应急决策策略体系，实现生物反恐的应急应对由非结构化决策转为结构化决策，并最终形成定量与定性相结合、理论与实践相结合的研究体系，则成为一个值得深入关注的问题。

  20. 预期的创新点 • （1）应急物流网络受生物危险源扩散网络驱动的动态多阶段协同模型，具有与定常态应急物流不一样的特性。 • （2）以混合协同配送的模式对生物反恐体系中的疫情爆发点进行应急物资配送，可以进一步提高应急救援的时效性和有效性。 • （3）基于时空网络理论构建生物反恐体系中的应急资源配置动态协同优化模型，可将国家级、城市级以及多层级之间的应急资源配置问题的时间约束和空间约束进行有机结合。 • （4）生物反恐体系中的非结构化、半结构化以及结构化的应急协同决策策略的建立，可有效地提高实践当中应急救援决策的时效性，实现生物反恐应急救援的常规化作业。

  21. 谢 谢 请多提宝贵意见！ E-mail：liumingseu@126.com

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