陳金晶

（浙江海洋學(xué)院海運(yùn)與港航建筑工程學(xué)院，浙江舟山 316022）

基于調(diào)度優(yōu)先權(quán)的海上多物資應(yīng)急調(diào)度方法

陳金晶

（浙江海洋學(xué)院海運(yùn)與港航建筑工程學(xué)院，浙江舟山 316022）

針對(duì)海上突發(fā)事件多物資應(yīng)急調(diào)度存在優(yōu)先權(quán)的問(wèn)題，考慮到應(yīng)急反應(yīng)基地的運(yùn)力無(wú)法滿(mǎn)足將應(yīng)急物資一次性運(yùn)往事故點(diǎn)的要求，構(gòu)建了有限運(yùn)力下，滿(mǎn)足各種應(yīng)急物資應(yīng)急限制期的前提下，使應(yīng)急物資運(yùn)輸總時(shí)間最短的多物資調(diào)度模型，并給出了求解方法，最后通過(guò)算例仿真驗(yàn)證模型的有效性。

多物資調(diào)度；有限運(yùn)力；調(diào)度優(yōu)先權(quán)；多次運(yùn)輸

海上突發(fā)事件具有多物資需求特性，需要考慮物資的數(shù)量需求、質(zhì)量需求和結(jié)構(gòu)需求[1]。質(zhì)量需求主要包括對(duì)物資重要性、時(shí)效性等方面的要求。不同的應(yīng)急物資，對(duì)救援作業(yè)順序，對(duì)事故救援所起的作用，對(duì)應(yīng)急響應(yīng)最長(zhǎng)允許時(shí)間等方面的要求不同，因而在事故救援的過(guò)程中具有不同的調(diào)度優(yōu)先權(quán)[2]。結(jié)構(gòu)需求是指不同應(yīng)急物資需求量之間的比例關(guān)系，通過(guò)數(shù)量需求和結(jié)構(gòu)需求確定應(yīng)急物資的總需求量。當(dāng)所需調(diào)運(yùn)的應(yīng)急物資超過(guò)應(yīng)急反應(yīng)基地的運(yùn)力，無(wú)法一次性將其物資全部運(yùn)往事故點(diǎn)，而且應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)又存在優(yōu)先權(quán)時(shí)，要使應(yīng)急救援工作及時(shí)有效地開(kāi)展，必須在第一時(shí)間先將最緊要的物資送達(dá)事故點(diǎn)。因此，在運(yùn)輸能力相對(duì)緊張的情況下，應(yīng)該根據(jù)應(yīng)急物資的需求特性制定出相應(yīng)的調(diào)度方法，保證應(yīng)急物資在其各自的應(yīng)急限制期內(nèi)及時(shí)可靠地到達(dá)事故點(diǎn)。

目前，針對(duì)多物資應(yīng)急調(diào)度的研究已有一定進(jìn)展。戴更新等[3]根據(jù)多物資多出救點(diǎn)問(wèn)題的特征，參考單種物資調(diào)度問(wèn)題取得的成果，引入連續(xù)可行方案的概念，構(gòu)建了多物資應(yīng)急調(diào)度的數(shù)學(xué)模型。程序芳[4]在將物資需求分為重要需求和次要需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩次運(yùn)輸模式，建立以首次運(yùn)輸時(shí)間最小和兩次運(yùn)輸總時(shí)間最小為目標(biāo)的雙目標(biāo)運(yùn)輸分配模型，并應(yīng)用多目標(biāo)遺傳算法設(shè)計(jì)算法求解。柴秀榮等[5]研究了多出救點(diǎn)多物資的應(yīng)急調(diào)度問(wèn)題，給出了在保證物資連續(xù)消耗，滿(mǎn)足時(shí)間最短和出救點(diǎn)數(shù)目最少的調(diào)度算法，同時(shí)解決了物資儲(chǔ)備中心到事故點(diǎn)的最短路徑問(wèn)題。高本河等[6]將n種物資的運(yùn)輸需求作為n個(gè)階段，將m個(gè)應(yīng)急中心提供的運(yùn)輸量作為決策標(biāo)量，將應(yīng)急中心的剩余運(yùn)輸能力作為狀態(tài)變量，進(jìn)而在上述轉(zhuǎn)化下建立時(shí)間最短、出救點(diǎn)數(shù)目最少的模型，并給出貪心算法。但上述文獻(xiàn)均認(rèn)為，出救點(diǎn)到事故點(diǎn)的運(yùn)輸時(shí)間為一定值，沒(méi)有考慮運(yùn)輸路網(wǎng)的不確定情況。其中文獻(xiàn)[3,5]沒(méi)有考慮應(yīng)急物資具有調(diào)度優(yōu)先權(quán)的問(wèn)題。文獻(xiàn)[4]未考慮出救點(diǎn)運(yùn)力限制的問(wèn)題。

筆者研究應(yīng)急反應(yīng)基地存在運(yùn)力限制的條件下，考慮到海上運(yùn)輸?shù)母鞣N不確定性因素，將海上運(yùn)輸時(shí)間表示為區(qū)間數(shù)，然后根據(jù)應(yīng)急物資的需求特性，確定各種應(yīng)急物資的調(diào)度優(yōu)先權(quán)，提出在滿(mǎn)足各類(lèi)物資的應(yīng)急限制期的前提下，使應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)時(shí)間最短的多物資調(diào)度方法。

1 問(wèn)題描述

海上突發(fā)事件爆發(fā)后，受應(yīng)急反應(yīng)基地的物資儲(chǔ)備量的限制，往往需要多個(gè)反應(yīng)基地共同參與。同時(shí)，各個(gè)應(yīng)急反應(yīng)基地所有的救助船舶的載重能力也是有限的。當(dāng)事故救援所需的物資種類(lèi)和數(shù)量較多的情況下，救助船舶無(wú)法將應(yīng)急物資一次性全部運(yùn)往事故點(diǎn)，就需要考慮多次運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。多次運(yùn)輸需要考慮往返運(yùn)輸時(shí)間。區(qū)別于陸上運(yùn)輸，海上救援環(huán)境復(fù)雜，受到風(fēng)、浪、潮等氣象水文條件的影響，救援船舶在反應(yīng)基地和事故點(diǎn)之間的往返運(yùn)輸環(huán)境往往不同，應(yīng)急物資的運(yùn)輸時(shí)間呈現(xiàn)很大的不確定性。因此，多次運(yùn)輸影響物資運(yùn)輸?shù)目傮w可靠性和完成運(yùn)輸任務(wù)的時(shí)間。如何在應(yīng)急反應(yīng)基地運(yùn)力受限的約束下，考慮海上事故類(lèi)型對(duì)應(yīng)急物資的不同需求特點(diǎn)，根據(jù)不同物資的調(diào)度優(yōu)先權(quán)實(shí)現(xiàn)多物資的應(yīng)急調(diào)度是本文研究的關(guān)鍵問(wèn)題。

設(shè)A1，A2，…，An為n個(gè)應(yīng)急反應(yīng)基地，Ai表示第i個(gè)應(yīng)急反應(yīng)基地，i=1,2，……n。B為事故點(diǎn)，B共需要m（m>1）種應(yīng)急物資。設(shè)X=(x1，x2……xm)，其中xj表示B對(duì)第j種物資的需求，j=1，2，……m，且假設(shè)各類(lèi)物資的調(diào)度優(yōu)先權(quán)的關(guān)系為w1＞＞w2＞＞…wm。Ai的第j種物資可用量為xij，i=1,2，……n，且滿(mǎn)足從應(yīng)急反應(yīng)基地Ai調(diào)運(yùn)到B的實(shí)際物資數(shù)量為設(shè)Ai的運(yùn)輸能力為Gi，i=1,2，……n，且至少存在某個(gè)i使第j種應(yīng)急物資的應(yīng)急限制期為T(mén)J，Ai到事故點(diǎn)B的時(shí)間為事故點(diǎn)B到的時(shí)間為現(xiàn)需要給出一個(gè)調(diào)度方案，根據(jù)不同物資的調(diào)度優(yōu)先權(quán)依次調(diào)運(yùn)物資，要求滿(mǎn)足各種物資的應(yīng)急限制期，同時(shí)使物資調(diào)運(yùn)時(shí)間最短，即確定參與的應(yīng)急反應(yīng)基地及相應(yīng)的物資種類(lèi)和數(shù)量。

2 運(yùn)力限制下的多物資應(yīng)急調(diào)度模型

2.1 模型構(gòu)建

這里將m種物資的調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)化為m個(gè)階段的決策過(guò)程[6]，每個(gè)階段考慮一種物資的調(diào)運(yùn)，優(yōu)先權(quán)高的物資優(yōu)先調(diào)運(yùn)。如前所述，各類(lèi)物資調(diào)度優(yōu)先權(quán)的關(guān)系為w1＞＞w2＞＞…wm，所以，序號(hào)為1的應(yīng)急物資優(yōu)先調(diào)運(yùn)，以此類(lèi)推，直至事故點(diǎn)需要的各類(lèi)物資調(diào)運(yùn)完畢。每個(gè)階段需要確定參與物資調(diào)運(yùn)的Ai及其當(dāng)然，為了提高救助船舶的裝載率，節(jié)約調(diào)度成本，如果船舶裝運(yùn)一種物資后運(yùn)力有剩余，可以裝載后一種物資。

設(shè) φ為任意選擇的調(diào)運(yùn)方案，φ=（φ1，φ2，…，φj，…，φm）。第 j個(gè)階段對(duì)應(yīng)的調(diào)運(yùn)方案 φj，φj=其中第j種物資的應(yīng)急限制期為T(mén)j，T1＜T2＜…＜Tj＜…Tm。假定起始時(shí)間為調(diào)運(yùn)完畢前j種物資的時(shí)間，考慮到應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)時(shí)間具有連續(xù)性，因此完成第j種物資的調(diào)運(yùn)時(shí)間為由此構(gòu)建運(yùn)力限制下的多物資應(yīng)急調(diào)運(yùn)模型：

式3.1：目標(biāo)為應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)時(shí)間最短；

式3.2：約束條件為分別滿(mǎn)足每種應(yīng)急物資的需求和時(shí)間限制要求。

本文假定應(yīng)急反應(yīng)基地的物資儲(chǔ)備量滿(mǎn)足事故點(diǎn)的物資需求，這里不需要考慮應(yīng)急物資的集結(jié)時(shí)間及港口裝卸時(shí)間，只考慮海上運(yùn)輸時(shí)間。由于海上運(yùn)輸?shù)奶厥庑裕艿绞掳l(fā)時(shí)海上風(fēng)、浪、潮等水文氣象條件的影響，救援船舶的運(yùn)輸時(shí)間具有很大的不確定性，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定運(yùn)輸時(shí)間范圍，即運(yùn)輸時(shí)間是一個(gè)區(qū)間數(shù)。通過(guò)區(qū)間數(shù)的相關(guān)理論可以將區(qū)間數(shù)映射到實(shí)數(shù)集上，從而將不確定問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確定性問(wèn)題來(lái)處理。本文采用文獻(xiàn)[7]中的方法，通過(guò)定義加入決策者偏好參數(shù)的算子，把區(qū)間數(shù)序關(guān)系映射為實(shí)數(shù)序關(guān)系。設(shè)區(qū)間數(shù)A=[a,b]，w(A)=b-a為區(qū)間數(shù)A的區(qū)間寬度為區(qū)間中點(diǎn)，則通過(guò)定義一個(gè)算子λ，把區(qū)間數(shù)映射到實(shí)數(shù)集上[7]：

λ為決策者風(fēng)險(xiǎn)偏好算子，對(duì)于冒險(xiǎn)型的決策者，取-0.5≤λ≤0；對(duì)于中立型決策者，取λ=0；對(duì)于保守型決策者，取0≤λ≤0.5。這樣就可以用來(lái)比較不同區(qū)間數(shù)的序關(guān)系。

2.2 模型求解

記wij=min{wij，Gi}（j=1,2,…,m,i=1,2,……n），設(shè)nij為Ai的第j種物資可用量xij運(yùn)送到事故點(diǎn)的往返次數(shù)，記Ai第一次將應(yīng)急物資運(yùn)往事故點(diǎn)的往返運(yùn)輸次數(shù)為零n），其中表示不大于的最大整數(shù)。設(shè)為Ai開(kāi)始調(diào)運(yùn)第j種應(yīng)急物資時(shí)已經(jīng)多次運(yùn)輸?shù)拇螖?shù)。在實(shí)際的物資調(diào)運(yùn)中，由于運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)力的限制，反應(yīng)基地Ai的物資可用量xij一般不可能全部運(yùn)送到事故點(diǎn)B。設(shè)參與第j種物資調(diào)運(yùn)的實(shí)際可能往返的次數(shù)范圍那么Ai完成前j種物資調(diào)運(yùn)的時(shí)間

設(shè)yj為事故點(diǎn)所需第j種物資是否完全調(diào)運(yùn)的標(biāo)志，為1表示已調(diào)運(yùn)完畢。對(duì)于第j種物資來(lái)說(shuō)，當(dāng)承擔(dān)最后一批物資運(yùn)輸?shù)拇斑\(yùn)力有剩余時(shí)，可以順帶裝運(yùn)第j+1種物資，甚至第j+2,j+3…種物資。因此，設(shè)zj為承擔(dān)第j種物資最后一批物資運(yùn)輸?shù)木仍笆欠裼惺Ｓ噙\(yùn)力的標(biāo)志，為1表示船舶有剩余運(yùn)力。

步驟1：初始化，所有yj，zj初值置零。根據(jù)物資調(diào)度優(yōu)先權(quán)排序，w1＞＞w2＞＞…wm，明確各種物資所處的調(diào)運(yùn)階段；

步驟3：根據(jù)每個(gè)反應(yīng)基地Ai的xij和wij，算出nij，i=1,2,…,n。然后，對(duì)實(shí)際可能的運(yùn)輸時(shí)間從小到大排序，根據(jù)應(yīng)急調(diào)運(yùn)時(shí)間限制的要求，排除不滿(mǎn)足時(shí)間限制期的運(yùn)輸時(shí)間。然后按照時(shí)間由小到大排序，依次選擇反應(yīng)基地調(diào)運(yùn)物資量。若yj為1，計(jì)算出實(shí)際參與調(diào)度的反應(yīng)基地的運(yùn)輸時(shí)間，并取其中最長(zhǎng)的運(yùn)輸時(shí)間作為完成該物資調(diào)運(yùn)的時(shí)間，然后轉(zhuǎn)到步驟4；不為1，則繼續(xù)調(diào)運(yùn)物資，直至yj為1；

步驟4：判斷zj的取值，若為1，則進(jìn)入第j+1種物資的調(diào)運(yùn)，然后判斷yj+1的取值。若yj+1為1，則轉(zhuǎn)到步驟4，繼續(xù)判斷zj+1的取值；若yj+1為0，則把第j+1種物資已經(jīng)調(diào)運(yùn)的數(shù)量從xj+1中扣除，然后轉(zhuǎn)到步驟2；

步驟5：當(dāng)所有yj(j=1,2……m)均為1，則調(diào)度完成，否則轉(zhuǎn)到步驟2，繼續(xù)調(diào)運(yùn)。

本文根據(jù)上述求解思路，借助計(jì)算機(jī)編程，快速準(zhǔn)確地得到模型的解。

3 算例分析

本文的仿真算例有5個(gè)備選應(yīng)急反應(yīng)基地，事故點(diǎn)共需要5種應(yīng)急物資，且事先按照需求緊要程度對(duì)應(yīng)急物資做了排序，即w1＞＞w2＞＞w3＞＞w4＞＞w5。表1為這5種物資的需求量、應(yīng)急限制期、反應(yīng)基地Ai到事故點(diǎn)B的往返運(yùn)輸時(shí)間范圍物資可用量xij和運(yùn)輸能力Gi，這里λ取0.2。

表1 算例數(shù)據(jù)Tab.1 Data of simulation example

將上述數(shù)據(jù)輸入多物資應(yīng)急調(diào)度程序中，得到如下結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 算例仿真結(jié)果Tab.2 Result of simulation example

由結(jié)果可知，物資1預(yù)計(jì)能在時(shí)間（2,4）內(nèi)送達(dá)；物資2預(yù)計(jì)能在時(shí)間（5,10）內(nèi)送達(dá)，其中通過(guò)反應(yīng)基地A4順帶6個(gè)單位，A3順帶了6個(gè)單位；物資3預(yù)計(jì)能在時(shí)間（8,13）內(nèi)送達(dá)，其中通過(guò)反應(yīng)基地A4順帶1個(gè)單位；物資4預(yù)計(jì)能在時(shí)間（12,17）內(nèi)送達(dá)，其中通過(guò)反應(yīng)基地A2順帶3個(gè)單位，A5順帶了4個(gè)單位，A3順帶了3個(gè)單位；物資5預(yù)計(jì)能在時(shí)間（13,24）內(nèi)送達(dá)，其中通過(guò)反應(yīng)基地2個(gè)單位，A2順帶了4個(gè)單位。

此方案完成全部所需應(yīng)急物資的時(shí)間范圍為（13,24），且每種物資完成調(diào)運(yùn)的時(shí)間都滿(mǎn)足應(yīng)急限制期。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以運(yùn)力限制下的單物資應(yīng)急調(diào)度的研究成果為基礎(chǔ)，考慮到海上突發(fā)事件應(yīng)急物資調(diào)度的實(shí)際情況，針對(duì)事故點(diǎn)需要調(diào)運(yùn)的應(yīng)急物資種類(lèi)和數(shù)量較多，而應(yīng)急反應(yīng)基地運(yùn)力受限的問(wèn)題，遵循需求緊要的應(yīng)急物資優(yōu)先調(diào)運(yùn)的原則，設(shè)計(jì)了在滿(mǎn)足各種應(yīng)急物資應(yīng)急限制期的條件下使運(yùn)輸總時(shí)間最短的模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)編程求解，最后運(yùn)用一個(gè)仿真算例驗(yàn)證了模型的有效性。但本文對(duì)海上來(lái)回程運(yùn)輸時(shí)間的不確定情況只是作了簡(jiǎn)單的處理，如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的應(yīng)急物資調(diào)度是需要進(jìn)一步討論的問(wèn)題。

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Scheduling Model of Multiple Materials for Marine Casualties based on Priority of Scheduling

CHEN Jin-jing
（School of Shipping and Ports Architecture Engineering of Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316022,China）

For there are priorities in the scheduling of multiple rescuing materials for marine casualties, taking into account that the transport capacity of the emergency response base cannot meet the demand of rescuing materials transported to where the accident occurred for one time,a scheduling model for multiple materials is established to minimize the transportation time on the basis of meeting the demand of the emergency response time.A simulation example is demonstrated to show how to apply this model.

scheduling of multiple materials;transport capacity;priority of scheduling;repeated transportation

TP301.6

A

1008－830X(2014)04－0377－05

2014-03-11

陳金晶（1987-），女，浙江舟山人，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：應(yīng)急管理、港航物流.Email:chenjinjingdlmu@126.com