应急物流中多目标车辆路径问题研究.pdf-资料库

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河北大学硕士学位论文城市应急物流中多目标车辆路径问题研究姓名：郭海玲申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：李松20100501

摘要 I摘要我国幅员辽阔，近年来各类突发事件和灾难频发，严重威胁到人们的生命安全，给人们经济生活带来了巨大的影响。应对突发公共事件是一项复杂的系统工程，其中应急物资的及时供应是提高救援工作效率的关键。为此，需要建立一套科学、高效的应急物流系统实现应急物资供应，以最大限度的降低突发公共事件带来的严重后果。应急物流车辆路径问题是应急物流系统优化的关键问题，应急情况下的车辆路径选择不仅要考虑到达各应急需求点的时间要求，也要考虑费用的限制，因而应急车辆路径问题是一个多目标优化问题。本文首先回顾了应急物流以及应急物流车辆路径的国内外研究现状；然后针对应急物流与一般物流的区别、应急物流车辆路径问题与一般物流车辆路径问题的区别、带单边时间窗的车辆路径问题、应急情况下的车辆行驶时间以及求解VRP问题常用算法的优缺点进行了深入的探讨；在此基础上，分别研究了同时考虑应急物资到达应急需求点的总时间最短和系统总成本最小的城市应急物流系统多目标车辆路径模型，以及以系统时间满意度最大和系统总成本最小为目标的城市应急物流系统多目标车辆路径优化模型。由于应急物流VRP与一般物流VRP决策目标之间有明显的差异，应急物流的特殊性使其更注重时间效益，所以本文采用了权重系数变换法对与时间相关的目标函数赋予较大的权重；对于应急车辆的行驶时间，采用了分段函数设置车流高峰期，实时的更新应急车辆的行驶速度，通过应急车辆速度的变化来求解到达各应急需求点的时间。传统的解决多目标优化问题的方法对Pareto边界不敏感，想要求得Pareto最优解集合必须运行多次优化过程，且各次优化过程相对独立，得到的结果往往不一致。遗传算法在处理目标函数的间断性及多峰性等复杂问题上具有潜在的有效性，本文设计了一个高效的求解该模型的多目标遗传算法，详细论述了多目标遗传算法针对应急物流VRP问题的编码方式、选择机制、交叉过程和变异方式，最后通过仿真实验验证了算法的有效性，为应急管理人员在突发事件爆发后应急物资的运输提供了决策支持工具，辅助他们制定应急物流计划。关键词应急物流车辆路径问题遗传算法多目标优化

Abstract II Abstract China is a large country, all kinds of emergencies and disasters occur frequently in recent years, which have gravely infringed on the citizens' lives, given an enormous impact to people’s economic life. Dealing with public emergency is a complicated systematic project, the supplies of the relief materials timely is the key to increase the efficiency of rescue work. Because of this, it is necessary to establish a scientific and efficient emergency logistics system, and then we can supply the relief material in the shortest time to minimize the serious consequences caused by the public emergency. Emergency Logistics Vehicle Routing Problem is the key to the optimization problems of emergency logistics system. It must consider minimizing not only the transportation time of relief material but also the total system cost, so it is a multi-objective optimization problem. Firstly, this paper reviews the emergency logistics and the vehicle routing problem in emergency logistics at home and abroad. then, investigates the difference between logistics and emergency logistics, the vehicle routing problem and the vehicle routing problem in emergency logistics, the vehicle routing problems with sided time windows, traffic time in emergency logistics, advantages and disadvantages of commonly used algorithms for vehicle routing problems. on this basis, two multi-objective optimization models are proposed either taking into account minimizing the total time and total system cost or taking into account maximizing the satisfaction with the system time and total system cost. As the decision-making between the Emergency Logistics VRP and the general logistics VRP is evidently different, the emergency logistics VRP lays more emphasis on the efficiency of time, so this article uses a weight coefficient transformation method to give greater weight to time-related objective function. This paper uses an approximate sub-function with setting a peak for the travel time, and updates the speed in real-time to solve the reach time to the hazards area. Traditional solution for multi-objective optimization problem is not sensitive to the

Abstract IIIPareto boundary, if you want to obtain Pareto optimal solution, you must run the optimization process many times，and each optimization process is relatively independent, the results are often inconsistent. Genetic Algorithms is potentially effective in dealing with the intermittent and multi-peak nature of the objective function. This article designs an efficient multi-objective genetic algorithm to solve the model, and discusses the encoding, selection mechanism, crossover and mutation processes of it for the Emergency Logistics VRP in detail. Finally, we verify the validity of the algorithm with simulation, which provides the decision support tools for emergency management personnel in emergency transport of relief material after the outbreak and assists them to develop contingency logistics projects. Keywords Emergency Logistics Vehicle Routing Problem Genetic Algorithms Multi-objective Optimization

第1章绪论 1第1章绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景随着科学技术的高速发展，自然灾害监测及灾害规律研究水平的提高，人类对自然灾害的预报水平得到了明显提高。但天有不测风云，自古以来，地震、洪水等自然灾害和恶性传染病等公共卫生事件就不断侵袭着人类，局部性、区域性、甚至全球性的突发事件时有发生，严重威胁着人类的生命财产安全。在目前的科技水平下，这些自然灾害和公共卫生事件是不可避免的，所造成的损失也是无法估量的。据全球自然灾害最新统计报告指出，2000年至2009年，全球共发生3852起自然灾害（其中部分全球性自然灾害情况见表1所示），直接导致超过78万人死亡，近20亿人受到影响，经济损失高达9600亿美元[1]。这些自然灾害和公共卫生等突发事件使成千上万的生命在瞬间停止，而更多的人则面对病痛折磨、无家可归的困境，它们急切需要外界的医疗救助和物资保障支援。表1 近几年全球面临的应急事件时间地点事件损失 2002年11月中国广东全球首例“非典”病例 SARS无论是对国家、企业还是个人都造成了巨大的经济损失，严重影响了社会稳定，仅仅几个月时间就波及了全球30多个国家，造成8000人感染，700人死亡 [2]。2004年12月26日印度洋苏门答腊岛印度洋苏门答腊岛海域发生里氏8.9级地震，并引发了强烈海啸，海啸波及了亚洲与非洲的十二个国家据各国官方权威统计，这场灾难造成至少20多万人次遇难，面对这场灾难，各国纷纷伸出援助之手，但灾后各个国家捐助的136亿元以及各种物资，其中的75%都是在灾后一年中才到位[3]。

河北大学管理学硕士学位论文 2表1 近几年全球面临的应急事件（续） 2005年8月美国南部五级飓风“卡特里娜”袭击了美国南部，横扫沿岸各州造成了1300多人死亡，共有100多万人被迫离开家园，给当地造成的经济损失高达上千亿美元，失业人数多达50多万人次，是美国历史上最严重的自然灾害之一，它充分暴露了美国应急管理中存在的薄弱环节 [4]。 2008年5月12日中国四川汶川发生里氏8.0级地震是中华人民共和国自建国历来影响最大的一次地震这次地震危害极大，共遇难69227人，受伤374643人，失踪17923人，直接经济损失达8452亿元，交通中断，泥石流的发生，使不少灾民面临缺少衣物，无水无粮的局面，居民急需外部的应急物资供应；其次缺医少药，缺乏必要的医疗条件和急救药品[5]。 2009年墨西哥 2009年肆虐全球，3月开始墨西哥爆发的“猪流感”疫情，在迅速“占领”美国后，又以极快的速度向全世界蔓延目前，全球甲流死亡病例已超过万人，但是因统计困难，真实数字远远超过这些，截止到2009年11月13日世界卫生组织发布的最新疫情显示，全球目前已经有206个国家和地区确认发现甲型H1N1流感病例。截止目前，我国内地甲感死亡病例已经超过2003年SARS疫情死亡病例的一倍半[6]。 2010年1月12日加勒比岛国海地发生里氏7.0级地震，是首都太子港及全国大部分地区受灾情况严重地震发生后，有超过30个国家的紧急救援物资蜂拥至海地太子港机场，让许多运送紧急救援物资的飞机无法降落或改地降落，延误了救援时间，甚至由于应急物资供应不及时，造成整个国家局势的动荡不安[3]。

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