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應急響應資源計劃的設計

應急響應資源計劃的快速制定關系到應急救援的效果。應急響應資源計劃包含應急目標、物料清單、應急資源需求預測和應急資源清單四個部分，它們之間關系如下圖所示：應急目標Input基于災情信息，體現(xiàn)為應急資源的需求，包括應急物資的數(shù)量需求、質(zhì)量需求以及結構需求[8]。應急資源目標與突發(fā)事件相關。本文中每個應急目標對應一個災難事件。將災情信息Input（災難類型，災難等級，受災人數(shù)，發(fā)生地點，發(fā)生時間）作為應急響應資源計劃系統(tǒng)的輸入，生成應急響應資源計劃。物料清單BOM是對某一類災難事件資源需求的描述。本計劃中有一個物料清單集，每一種災難事件（如地震）對應一個物料清單。清單中包含針對某一種應急目標需要的應急資源、數(shù)量及其結構信息。應急響應需求預測Demand是在物料清單的基礎上快速生成的。（5）式中i為應急目標iInput的乘子，它是Inputi和iBOM根據(jù)算法進行確定的。根據(jù)（5）式可快速預測出應急目標iInput所需要的應急資源。()=*iiiiifInputDemandBOM=(5)應急響應資源清單Plan是采用多目標優(yōu)化算法對應急響應需求預測Demand優(yōu)化得到的。這部分的目標是使得到的應急響應資源清單是某些約束下最優(yōu)的，確保物料號的實例化能夠使得救援物資成本達到最低。選取對救援成本影響最大的屬性作為優(yōu)化目標，并對這些目標賦予相應的權重值，最終選取線性加權和最小的組合構成應急響應資源清單。具體優(yōu)化算法模型見(1)~(4)式。

應急響應資源計劃的優(yōu)化

應急資源的重要作用是“應急”，要求在規(guī)定時間內(nèi)滿足災區(qū)對資源的基本需求，包括基本生活物資、醫(yī)療救助、交通運輸以及通信聯(lián)絡等。應急資源計劃以“時間”為核心。據(jù)此，可選擇多個屬性來描述資源，如到達災區(qū)的最短時間、價格、包裝規(guī)格等。不同應用場合中，可根據(jù)情況修改屬性，增加或減少屬性個數(shù)。本文定義三個目標：最短運輸時間、最適合規(guī)則包裝和最低總體采購價格。相應地，選擇物資到達災區(qū)所需時間、包裝規(guī)則度、資源價格三個因素作為每種資源的屬性。其中包裝規(guī)則度是指物資合適集裝箱等規(guī)則運輸?shù)南禂?shù)，取值為0到1之間，0為最適合。前兩個目標的選擇考慮到應急物資響應的及時性，除了時間目標外，包裝規(guī)則度表征物資更適合批量或集裝箱運輸，從而實現(xiàn)物資的快速分發(fā)。資源價格目標體現(xiàn)了應急響應的經(jīng)濟性。依據(jù)本文2.1節(jié)，使用Matlab進行建模求解，對應急響應資源計劃進行優(yōu)化，操作過程和結果分析見第5部分示例。為了對算法性能進行測試，在實驗平臺（WindowsXP，Matlab6.1）上使用函數(shù)隨機生成410個樣本，進行了線性加權算法優(yōu)化效果和執(zhí)行時間的測試實驗。圖3是權重取值w（0.15,0.35,0.5）時未優(yōu)化結果均值和優(yōu)化目標總結果的對比圖。未優(yōu)化均值是通過對隨機選取的10000種組合的總結果求算術平均得到的。圖3實驗結果表明，隨著物資總數(shù)量的增加，目標結果(y)呈線性增長，且優(yōu)化結果能保持大約50%優(yōu)化率（（未優(yōu)化均值-優(yōu)化值/未優(yōu)化均值）*100%）表1為在不同權重下的平均優(yōu)化率。本實驗主要是考慮權重取值對算法優(yōu)化率的影響，選取了多組權重值，得到對應的優(yōu)化效果圖，在此基礎上得到平均優(yōu)化率。由表1中實驗數(shù)據(jù)可知，在不同的權重值下，優(yōu)化算法都能達到50%左右的高優(yōu)化率，這對提高應急物資籌備效率降低成本有重要意義。由圖4可知，當資源種數(shù)在410數(shù)量級以下，本文選用的優(yōu)化算法能夠在很短的時間內(nèi)運行完成。然而，一般情況下突發(fā)事件中涉及到的資源種數(shù)不會超過這個數(shù)量級。因此，本文算法能夠滿足實際要求。

系統(tǒng)實現(xiàn)及樣例

目前，已將本文前面介紹的應急響應資源計劃嵌入到SahanaEden開源應急信息平臺中。在開源框架Web2py上使用Python開發(fā)語言進行前端Web開發(fā)，后端使用MySQL數(shù)據(jù)庫服務器進行數(shù)據(jù)庫定義和數(shù)據(jù)操作。系統(tǒng)在包含資源基本構成信息的應急物料清單基礎上，可自動快速完成應急資源需求預測和優(yōu)化等任務。最終得到能夠支持決策者快速籌備應急資源的應急響應資源清單。資源清單有Web、EXCEL和TXT等多種可選格式，可導出數(shù)據(jù)進行存檔，方便日后查詢和學習之用。最后，通過仿真實驗驗證了系統(tǒng)能夠穩(wěn)定完成預期功能，豐富了SahanaEden平臺的功能，為應急救援決策提供新的支持。系統(tǒng)中應急目標向量設為Input（災難類型，等級，受災人口，受災地類型，發(fā)生時間）。假設某次突發(fā)事件的應急目標C（地震，7級，120000，城鎮(zhèn)，2a.m.）。系統(tǒng)首先根據(jù)災難類型快速匹配對應的物料清單BOM，即地震災難類型對應的物料清單。設這個物料清單對應的應急目標向量B（地震，6級，100000，城鎮(zhèn)，3a.m.）。采用加權法計算乘子。對應急目標向量中的災難等級、受災人口、受災地類型和發(fā)生時間分別賦予權重值0.3、0.1、0.5和0.1。1niiiiCwB==∑×（6）(6)式中n為應急目標向量中屬性總數(shù)（本例中n=4），iw是第i個屬性的權重，iC表示應急目標C中第i個屬性值，對應的，iB表示地震物料清單對應的應急目標向量B中第i個屬性值。由(6)式，計算出乘子=1.03。根據(jù)(5)即可快速預測這災難事件需要的應急資源。4.2.2資源展開假設資源需求預測中需要A、B兩種物資，A、B具體數(shù)據(jù)見表2、表3：結果分析：當權重向量為(0.2,0.2,0.6)時，可選擇A21300份，A3500份，B36000份，以及B484000份。當權重因子選取不同時，系統(tǒng)運行結果不同。在不同情境下決策者可按照各目標的重要程度進行調(diào)整，使得到的優(yōu)化結果最大限度符合當前狀況。結束語本文借鑒MRP-II管理方法進行應急響應資源計劃的設計，且在時間和經(jīng)濟指標約束下對其進行了優(yōu)化，擴展了廣受歡迎的SahanaEden應急管理平臺的功能，在構建快速應急響應信息系統(tǒng)方面做了有益的嘗試。后續(xù)工作將針對應急需求預測進行深入研究，重點探索更優(yōu)的乘子計算方法以及嘗試其他優(yōu)化方法。

本文作者：游黎段成華工作單位：中國科學院大學