一种基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法组成比例

本发明专利技术涉及一种基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，包括S1：引入车辆调度决策变量、物资分配决策变量和时间窗决策变量。S2：分析车辆调度决策变量间关系，构建车辆调度决策变量关联约束；S3：分析物资分配决策变量间关系，构建物资分配决策变量关联约束；S4：分析时间窗决策变量间关系，构建时间窗决策变量关联约束。S5：分析物资分配和车辆调度优化目标之间的联系，构建目标函数，得到原始模型。S6：基于分布鲁棒优化技术处理应急救援物资需求的不确定性，利用对偶理论推导原始模型安全凸逼近可处理形式，得到易于计算求解的分布鲁棒模型。S7：分析上述模型的复杂度并求解，得到救援物资动态调配方案。得到救援物资动态调配方案。得到救援物资动态调配方案。

【技术实现步骤摘要】
息构造一种新的基于风险的非精确集，进一步结合受灾点的优先级和 物资的需求紧急度确定非精确集的波动程度，以解决应急救援领域当 前存在的运送到受灾点的物资数量同实际需求不匹配等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，提供一种基于分布鲁棒优化技术的应急救援 物资动态调配方法，拟用于突发事件发生时，为决策者制定科学的物 资分配和车辆调度方案，从而最大程度地提高应急救援系统的救援效 率、降低突发事件带来的各种损失。由于突发事件的不确定性和动态 性，决策者不可能准确预测应急救援物资的需求量等信息，因此本发 明在信息缺失和风险变动的情况下，兼顾救援过程中的公平与效率因 素，运用合理的技术方法协助应急决策，并减少突发事件带来的损失。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0008]一种基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，主要 关注于应急救援物资分配和车辆调度。具体地，将应急救援过程划分 为多个救援周期，以最小化时间和物资短缺惩罚成本为目标，搭建物 资量、车辆运输路径和时间窗决策变量之间的关联约束，综合考虑物 资需求量的不确定性和动态性，构造基于风险的非精确集对不确定需 求进行刻画，从而建立基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调 配模型，并利用优化软件CPLEX对其进行求解，得到具有优先级、 可对各周期实时信息进行反馈的物资动态调度策略。
[0009]本专利技术讨论在整个应急救援周期内对各受灾点实施分阶段、多批 次的动态救援，在此，采用集合Γ＝{1,2,3,
…
,T}表示离散化后的救援 周期集，其中T(T≥1)表示应急响应时限内的规划周期数。为了描述 物资的动态需求分布，本专利技术借助与时间相关的参数d
i
t表示在周期t 受灾点i的物资需求量。借助该方法，可以动态地表示研究时段内所 有物资需求量。
[0010]假定已知救援基地和受灾点的位置及数量，为方便描述，用J表 示救援基地的集合，用I表示受灾点的集合。为了便于刻画车辆调度 约束，定义救援基地和受灾点的并集V＝J∪I。另外，使用D表示救 援车辆的集合。
[0011]依据救援公平性原则，在整个规划阶段被细分成的若干单个救援 周期内，各救援基地只对各受灾点提供物资的单次配给服务，且各受 灾点仅接受来自某救援车辆的单次配给；考虑到救援的必要性和受灾 点的风险大小，各受灾点在各救援周期结束仍未被满足的需求在下一 周期尽量予以优先满足。为节约应急调度成本，救援车辆在各周期结 束配送后不必返回原出发点，可遵循就近原则至任意救援基地，在满 足一系列物资数量和时间窗限制的前提下，实现物资的合理分配及车 辆调度优化。
[0012]在上述技术设定的基础上，构建应急救援物资的动态调配模型， 以寻求系统最优的物资分配和车辆调度优化方法。
[0013]一种基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，具体 包括以下步骤：
[0014]步骤1：引入车辆调度决策变量、物资分配决策变量和时间窗决 策变量。
[0015]步骤2：分析车辆调度决策变量之间的关系，构建车辆调度决策 变量关联约束；所述车辆调度决策变量关联约束包括：车辆路径约束、 车辆起终点约束、存车数量约束和车
辆调度决策变量取值约束。
[0016]步骤3：分析物资分配决策变量之间的关系，构建物资分配决策 变量关联约束；所述物资分配决策变量关联约束包括：救援基地物资 量约束、受灾点物资量约束、物资分配决策变量取值约束。
[0017]步骤4：分析时间窗决策变量之间的关系，构建时间窗决策变量 关联约束。
[0018]步骤5：分析应急救援物资分配和车辆调度优化目标之间的联系， 构建用以评价优化结果的目标函数，得到原始模型P0。
[0019]步骤6：基于分布鲁棒优化技术处理应急救援物资需求的不确定 性，并利用对偶理论推导原始模型P0安全凸逼近可处理形式，得到易 于计算求解的分布鲁棒模型。
[0020]步骤7：分析易于计算求解的分布鲁棒模型的复杂度，并对易于 计算求解的分布鲁棒模型进行求解，得到救援物资动态调配方案。
[0021]在上述方案的基础上，步骤1所述的车辆调度决策变量包括：
[0022]为二元决策变量，表示在第t个救援周期内车辆d访问受灾 点的顺序，如果车辆d由受灾点i，i∈V行驶到受灾点i'，i'∈V，则取 值为1，否则取值为0，V为救援基地和受灾点的并集V＝J∪I，J表 示救援基地的集合，I表示受灾点的集合，救援基地和受灾点的位置 及数量已知；为二元决策变量，表示在第t个救援周期内车辆d救 援路径的起终点，如果车辆d由救援基地j行驶到救援基地j'，则取 值为1，否则取值为0；为整型决策变量，用于记录在第t个救援周 期初救援基地j可用的救援车辆数。
[0023]所述物资分配决策变量包括：
[0024]表示在第t个救援周期初救援基地j可用的物资量；表示在 第t个救援周期初由外部供应商给救援基地j补充的物资量；表示 在第t个救援周期内车辆d从救援基地j运出的物资量；表示在第t 个救援周期内车辆d为受灾点i，i∈I提供的物资量；表示在第t个救 援周期末受灾点i，i∈I未被满足的物资量，包括当前周期及之前累计 短缺的物资量。
[0025]所述时间窗决策变量包括：
[0026]表示在第t个救援周期内车辆d到达受灾点i，i∈V的时刻。
[0027]在上述方案的基础上，步骤2所述的车辆路径约束包括：
[0028]在每个救援周期内，应急管理决策者需调度车辆运输应急救援物 资并统筹规划行车路线，明确车辆为受灾点配送物资的数量和服务顺 序。当受灾点的物资需求不能由单一车辆一次配送满足时，暂不允许 拆分配送，需等待下面的周期再被服务，即一个周期内一个受灾点只 能被单一车辆访问一次。救援任务结束后车辆可返回任意一个救援基 地，等待下次任务的分配。
[0029]由此，得到车辆路径约束，如公式(1)～公式(4)所示：
[0030][0031][0032][0033][0034]其中，D表示救援车辆的集合，T表示应急响应时限内的规划周 期数，l表示任意一个受灾点，表示在第t个救援周期内车辆d访 问受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点i，i∈V行驶到受灾点l，l∈I， 则取值为1，否则取值为0，表示在第t个救援周期内车辆d访问 受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点l，l∈I行驶到受灾点i'，i'∈V，则 取值为1，否则取值为0。
[0035]公式(1)是车辆的流平衡约束，由于车辆从救援基地出发把物 资调运到相应受灾点后还需返回救援基地，继续进行下一周期的调 运，所以当车辆到达某一受灾点、配送完成后必须离开该受灾点。公 式(2)表示受灾点最多能够被单一车辆访问一次。公式(3)表示在 车辆路径规划中，不允许出现车辆直接从起点行驶到终点的情况，即 车辆要么不执行任务，要么至少服务一个受灾点。公式(4)是消除 子回路约束。
[0036]所述车辆起终点约束包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，其特征在于,包括如下步骤：步骤1：引入车辆调度决策变量、物资分配决策变量和时间窗决策变量；步骤2：分析车辆调度决策变量之间的关系，构建车辆调度决策变量关联约束；所述车辆调度决策变量关联约束包括：车辆路径约束、车辆起终点约束、存车数量约束和车辆调度决策变量取值约束；步骤3：分析物资分配决策变量之间的关系，构建物资分配决策变量关联约束；所述物资分配决策变量关联约束包括：救援基地物资量约束、受灾点物资量约束、物资分配决策变量取值约束；步骤4：分析时间窗决策变量之间的关系，构建时间窗决策变量关联约束；步骤5：分析应急救援物资分配和车辆调度优化目标之间的联系，构建用以评价优化结果的目标函数，得到原始模型P0；步骤6：基于分布鲁棒优化技术处理应急救援物资需求的不确定性，并利用对偶理论推导原始模型P0安全凸逼近可处理形式，得到易于计算求解的分布鲁棒模型；步骤7：分析易于计算求解的分布鲁棒模型的复杂度，并对易于计算求解的分布鲁棒模型进行求解，得到救援物资动态调配方案。2.如权利要求1所述的基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，其特征在于,步骤1所述的车辆调度决策变量包括：为二元决策变量，表示在第t个救援周期内车辆d访问受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点i，i∈V行驶到受灾点i'，i'∈V，则取值为1，否则取值为0，V为救援基地和受灾点的并集V＝J∪I，J表示救援基地的集合，I表示受灾点的集合，救援基地和受灾点的位置及数量已知；为二元决策变量，表示在第t个救援周期内车辆d救援路径的起终点，如果车辆d由救援基地j行驶到救援基地j'，则取值为1，否则取值为0；为整型决策变量，用于记录在第t个救援周期初救援基地j可用的救援车辆数；所述物资分配决策变量包括：表示在第t个救援周期初救援基地j可用的物资量；表示在第t个救援周期初由外部供应商给救援基地j补充的物资量；表示在第t个救援周期内车辆d从救援基地j运出的物资量；表示在第t个救援周期内车辆d为受灾点i，i∈I提供的物资量；表示在第t个救援周期末受灾点i，i∈I未被满足的物资量，包括当前周期及之前累计短缺的物资量；所述时间窗决策变量包括：表示在第t个救援周期内车辆d到达受灾点i，i∈V的时刻。3.如权利要求2所述的基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，其特征在于,步骤2所述的车辆路径约束如公式(1)～公式(4)所示：在于,步骤2所述的车辆路径约束如公式(1)～公式(4)所示：
其中，D表示救援车辆的集合，T表示应急响应时限内的规划周期数，l表示任意一个受灾点，表示在第t个救援周期内车辆d访问受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点i，i∈V行驶到受灾点l，l∈I，则取值为1，否则取值为0，表示在第t个救援周期内车辆d访问受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点l，l∈I行驶到受灾点i'，i'∈V，则取值为1，否则取值为0；公式(1)是车辆的流平衡约束，由于车辆从救援基地出发把物资调运到相应受灾点后还需返回救援基地，继续进行下一周期的调运，所以当车辆到达某一受灾点、配送完成后必须离开该受灾点；公式(2)表示受灾点最多能够被单一车辆访问一次；公式(3)表示在车辆路径规划中，不允许出现车辆直接从起点行驶到终点的情况；公式(4)是消除子回路约束；所述车辆起终点约束如公式(5)～公式(7)所示：所述车辆起终点约束如公式(5)～公式(7)所示：所述车辆起终点约束如公式(5)～公式(7)所示：其中，表示在第t个救援周期内车辆d访问受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点j，j∈J行驶到受灾点i'，i'∈I，则取值为1，否则取值为0；表示在第t个救援周期内车辆d访问受灾点的顺序，如果车辆d由受灾点i，i∈I行驶到受灾点j'，j'∈J，则取值为1，否则取值为0；公式(5)表示每辆车在每个周期最多只能执行一次配送任务；公式(6)是决策变量和间的耦合约束，用于保证变量指示的车辆路径起终点的一致性；公式(7)是决策变量和间的耦合约束，用于保证变量指示的车辆路径起终点的一致性；所述存车数量约束如公式(8)～公式(10)所示：所述存车数量约束如公式(8)～公式(10)所示：所述存车数量约束如公式(8)～公式(10)所示：其中，δ
j
为应急响应启动前救援基地存放的车辆数；表示在第t
‑
1个救援周期初救援基地j可用的救援车辆数，表示在第t
‑
1个救援周期内车辆d救援路径的起终点，如果车辆d由救援基地j行驶到救援基地j'，则取值为1，否则取值为0；表示在第t
‑
1个救援周期内车辆d救援路径的起终点，如果车辆d由救援基地j'行驶到救援基地j，则取值为1，否
则取值为0；公式(8)给定了突发事件发生前，应急方案规划的各救援基地备车数量；公式(9)表示根据上一周期派出和接收的车辆数，更新下一周期初始时各救援基地现存可用的车辆数；公式(10)表示各救援基地每周期可分配执行任务的车辆数不能超过当前基地的存车数量；所述车辆调度决策变量取值约束如公式(11)～公式(13)所示：所述车辆调度决策变量取值约束如公式(11)～公式(13)所示：所述车辆调度决策变量取值约束如公式(11)～公式(13)所示：公式(11)和公式(12)分别表示车辆路径决策变量和车辆起终点决策变量为二元变量，公式(13)表示存车数量决策变量为非负整型变量。4.如权利要求3所述的基于分布鲁棒优化技术的应急救援物资动态调配方法，其特征在于,步骤3所述的救援基地物资量约束如公式(14)～公式(19)所示：在于,步骤3所述的救援基地物资量约束如公式(14)～公式(19)所示：在于,步骤3所述的救援基地物资量约束如公式(14)～公式(19)所示：在于,步骤3所述的救援基地物资量约束如公式(14)～公式(19)所示：在于,步骤3所述的救援基地物资量约束如公式(14)～公式(19)所示：在于,步骤3所述的救援基地物资量约束如公式(14)～公式(19)所示：其中，ρ为单位物资的重量，Cap为救援车辆的最大载重量，ζ
j
为应急响应启动前，各救援基地预置的物资量，表示在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，王维巧，杨立兴，李树凯，高自友，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：