基于应急物资优先权的铁路空车调配研究

程学庆

（西南交通大学 交通运输学院，四川 成都 610031）

基于应急物资优先权的铁路空车调配研究

程学庆

（西南交通大学 交通运输学院，四川 成都 610031）

近年来突发性的自然灾害发生频繁，应急物资调运优化问题成为研究热点。基于模糊综合评判方法对应急物资优先权进行了分析，并结合车种代用，构建了考虑应急物资优先权的车种代用空车调配模型。分析表明，若适当选取多目标的权重系数，则该多目标模型既适用于应急救援过程中的物资调运，又适用于日常的物资调运。

应急物资；模糊综合评判；铁路空车调配；多目标规划

近年来，全球自然灾害发生频繁，造成巨大的人员伤亡和财产损失。当突发性自然灾害发生时，需要大量的抢险救灾物资进行伤者救护与转移、卫生防疫、安置灾民等。如果不能在短时间内高效地调度相关救灾物资到受灾点，不仅会造成更大的人员伤亡和财产损失，而且还会给国家的安全和稳定带来冲击，使灾害演变成灾难，其后果十分严重。

铁路运输是我国应急物资调运的主力，在铁路运输应急物资时，铁路空车同样存在合理调配问题。因此，研究应急物资优先权的铁路空车调配问题，具有一定的现实意义。

1 国内外研究现状

目前国内外对应急物资的研究主要集中在应急机制的建立、应急物资的保障与管理、紧急状态法律法规的制定等定性方面的研究，关于应急物资调运优化问题的研究较少。一般是假设若干约束条件，如费用最小、时间窗、运输路线选择、多目标等，另外还有多种资源、多出救点、交通限制等，从而建立相应的优化模型。ALIH提出将应急物流表述为有时间窗限制的多物品、多模式的网络流问题[1]。Yi等对应急物流FLP和VRP问题，以及灾害发生后应急物资的紧急配送和灾区人员撤离的协同性进行了研究，构建了受伤人员撤退和救援物资供应的动态协同模型[2]。戴更新等建立了多资源应急问题数学模型，通过引入连续可行方案的概念，在利用单资源问题的现有成果基础上实现该问题的求解[3]。刘春林等根据多个出救点的紧急物资调度问题的特点，给出了应急时间最早前提下出救点数目最少，同时还给出了限制期内出救点数目最少的应急模型[4]，并且从理论上证明了模型求解方法的正确性。

对铁路空车调配的研究，则主要集中在大规模空车调配、空车调配与路径综合优化、重空车流协同优化、空车调配时效性等几个研究领域。

2 应急物资优先权分析

2.1 应急物资的特征及影响因素

应急物资是指在应急物流的实施和保障中所运输的物资，其所具有的特征为突发性、不确定性、强时效性、弱经济性。应急物资的需求有轻重缓急之分，需求级别高的物资要求优先保障，级别低的物资其后保障，即随着应急物资的不同，对铁路空车的调度存在着不同的影响。

目前，不同类型的自然灾害发生后，灾区对应急物资的需求，主要靠救援机构的直觉和经验来确定，不能客观的反映对各种应急物资调运的优先性特征，迫切需要确立典型自然灾害环境下应急物资优先权，以便在决策过程中做到及时、科学地使用和分配资源。文献[5]中提出影响应急物资的主要因素有物资重要性、物资时效性和物资缺口度。由于在应急救援过程中，出于对突发事件应对的方式不同，以及突发事件性质的变化，应急物资的优先权也存在动态变化，如在地震发生的初期，急救药、食物等物资的优先权高，而随着时间的推移，在灾后重建阶段时，建材等物资的优先权会由低变高，因此对于应急物资优先权的考虑，应该限定于某个特定时段。由此针对某特定时段下，将应急物资优先权的主要影响因素，分为物资重要度和物资缺乏度，其中物资重要度衡量在当前时段对此类物资重要性程度；物资缺乏度衡量在当前时段对该物资需求的满足程度。

2.2 应急物资优先权的模糊综合评判

根据应急物资的影响因素，构建模糊综合评判因素集合，记为U={u1,u2}，式中u1为物资重要度，u2为物资缺乏度。将评价集记为V={v1,v2,v3,v4}，其中：决策评语v1为Ⅰ级(极高)，v2为Ⅱ级(较高)，v3为Ⅲ级(一般)，v4为Ⅳ级(较低）。

从因素ui到决策评语vj的隶属度rij采用分段交叉的模糊三角隶属度函数[5]，并由此生成模糊矩阵R=(rij)2×4。因素权重集记为ω={ω1,ω2}，各因素的权重按照专家组打分后求平均，再作归一化计算的方法获得。

按照式B=ω。B={b1,b2,b3,b4}作模糊综合评判，得到模糊子集B，其中：算子 。→(∧,∨)，分别表示最小和最大算子。

最后，对模糊子集作归一化处理，并依据最大隶属原则确定应急物资的优先权。

3 考虑应急物资优先权的车种代用空车调配模型

3.1 车种代用与应急物资优先权的关系

车种代用在实际铁路运输生产中是相当普遍的，车种代用可以避免某些需求地因对某车种的需求而进行的不必要的长距离运送，另外还可以避免空车源紧张而引起的货源及运输收入的损失。由于在应急救援过程当中，希望在最短的时间内将优先权高的应急物资输送到应急地点，它同样需要通过车种代用来加快对急缺物资的运输。

3.2 多目标规划模型的构建

3.2.1 模型的符号定义

A={Ai︱i=1,2,…,m}为空车供应节点集合；B={Bj︱j=1,2,…,n}为空车需求节点集合；C={Cu︱u=1,2,…,p}为空车种类集合；D={Dv︱v=1,2,…,q}为物资种类集合。

cij为第i空车供应站至第j空车需求站的每辆空车的走行费用；为第i空车供应站产生第u种空车的数量；为第j空车需求站第u种空车因代装第v种货物而产生的代用费用；为第j空车需求站因装运第v种货物而实现的单位运输利润；为第u种空车代装第v种货物的静载重；为第j空车需求站待装的第v种货物的数量；为指令性任务要求第j空车需求站应该完成装运第v种货物的数量；为决策变量，第i空车供应站配送至第j空车需求站装运第v种货物的第u种空车的数量。

3.2.2 模型的构建

[6]车种代用空车调配模型的基础上，略去空车供应站因闲置空车的库存费用，增加对应急物资优先权的考虑，构建多目标规划模型。间的权重系数。

在不同类型、不同强度的受灾应急救援过程中，对两个目标的关心程度会发生变化。随着救灾工作将向灾后重建工作转移，铁路运输的经济性将会增强。所以在救援的初期取(α=0.1,β=0.9)，甚至取(α=0,β=1)；而随着救援时间的推移，可以逐渐增大α和减少β。

4 结束语

应急物资优先权与铁路空车调配的车种代用相结合研究，建立多目标规划物资调度模型，除了适用于应急救援过程中的物资调运，通过修改多目标的权重系数，同样适用于日常的物资调运。应进一步考虑不同受灾类型、受灾强度下对应急物资的需求情况，完成对时段的划分，并由此建立应急物资调运的动态规划模型。

在上述模型中，目标函数⑴为铁路运输效益最大化，由货物运输的总利润、空车总的走行费用、车种代用产生的总代用费用三部分组成；目标函数⑵代表应急物资运输的社会公益性最大化，其中sv为第v种货物作为应急物资的优先权，用于衡量因装运的每单位第v种货物而实现的社会公益性。

约束条件⑶为空车供应站对某种空车的供给能力限制；约束条件⑷为空车需求站对某种货物的供给能力限制；约束条件⑸表示对指令性任务的限制；约束条件⑹表示决策变量的取值限制（即取非负整数）。

3.2.3 模型的求解

对多目标规划问题的求解，采用将多目标规划模型转化为单目标规划问题，对目标函数作如下变换：

其中：α和β为两个目标的权重系数，且α+β=1。可根据实际应用中对各个目标的关心程度，制定这两个目标之

：

[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，达庆利. 多资源组合应急调度问题的研究[J]. 系统工程理论与实践， 2000，12(9)：52-55.

[4] 刘春林，何建敏，施建军. 一类应急物资调度的优化模型研究[J]. 中国管理科学， 2001，11(3)：29-36.

[5] 张 凡. 考虑救灾物资需求等级的应急救援车辆调度[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.

[6] 梁 栋，林伯梁，严贺祥，等. 车种代用情况下的铁路空车调配研究[J]. 铁道学报， 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

教育部博士点基金（200806131022）

黄宣镌