整合关键基础设施系统的应急供应链管理模型及算法

Today our society depends heavily on critical infrastructures such as power, telecommunication. Ignoring those system will make our research in Emergency Supply Chain Management unpractical. Our previous research shows that there exist interdependencies among cricital infrastructures and supply chains and the former influences the latter in many ways. The proposed research project addresses the problem of emergency restoration by designing emergency supply chains that are resilient to natural or human-induced extreme events with consideration of critical infrastructures. It focuses on exploring mechanism of interdependencies and representing mathematically interdependencies, using Interdependent Layered Network model(ILN) to integrate two main parts of emergency restoration: infrastructures and emergency supply chains. Borrow the idea of Benders decomposition, we decompose the original ILN decision model into a combinatorial feasibility problem and several parallel MIP programming problems. An algorithm is proposed to integrate constraint programming、benders decomposition and Lagrangian relaxation to solve the ILN decision model that is a NP-hard problem. Both the model and algorithms are exercised with a realistic problem: emergency supply chain management in Guangzhou, to provide a theoretical framework for cooperation and coordination of government sectors in emergency management.

现代社会极大依赖于能源、电力、交通、通讯等基础服务，忽略这些关键基础设施系统的影响将会使灾害环境中应急供应链管理的研究工作脱离实际。目前的应急物资管理研究尚未对这两者进行系统考虑。我们在前期研究中已经发现关键基础系统与供应链系统具有关联性，前者会对后者的管理产生各种影响。本项目将研究灾害环境下，应急物资系统与基础设施系统的关联关系及互动机理，以ILN模型为基础，建立相关的概念模型与网络结构模型；结合地方政府应急网络实例，将关键基础设施系统整合到应急供应链管理中，建立灾害环境下多系统应急恢复问题的优化模型；同时，结合模型特征，利用约束规划、benders分解和Lagrangian松弛在求解MIP问题以及组合优化问题中所表现出的优势，设计改进Benders的混合算法；开发实用的物资与关键基础设施集成应急恢复决策支持系统原型软件，为政府主导下的应急职能部门灾后协调合作提供理论指导。

现代社会极大依赖于能源、电力、交通、通讯等基础服务，忽略这些关键基础设施系统的影响将会使灾害环境中应急供应链管理的研究工作脱离实际。目前的应急物资管理研究尚未对这两者进行系统考虑。.本研究围绕着快速响应应急需求这一应急管理服务目标，对应急物资系统和关键基础设施系统统筹规划，优化设计整个应急网络。研究主要包括以下几个方面的内容：第一部分研究灾害环境中关键基础设施系统与应急供应链的关联关系研究；第二部分整合多个系统的应急网络优化模型研究；第三部分求解模型的算法研究；第四部分结合具体地方政府应急办进行实例研究。.通过本项目的研究取得了以下研究进展与结果，具体如下：首先，在文献综述、深度访谈与参与式观察的基础上，本项目深入分析了关键基础设施系统与应急物资系统的关联关系及其对整个应急网络管理的影响，作为研究应急网络优化模型的基础；其次，以提高应急物资系统抗灾能力为目标，运用相互关联的多层网络流模型，设计弹性竞争环境中整合物资、电力、通讯和交通应急恢复的数学优化模型，帮助应急管理决策者，综合考虑各层网络间的相互影响，将有限的应急资源以最优的方式在各层统一进行规划，提高整体系统承受打击能力；第三，本项目运用近似算法或线性其他转换方法或技巧，将整合多个系统的应急网络优化模型转化为MIP模型，并分析模型特征，设计了基于Benders分解算法，同时考虑约束规划与数学规划的优劣势，整合两者共同对此大规模MIP模型求解，提高此类问题的计算性能；第四，本项目设计了决策支持系统原型系统，该系统利用GIS作为与决策者的交互平台，将AMPL编写的应急网络优化模型及算法隐藏在GIS平台之后，模型求解完毕后将最优结果由GIS平台进行展示，本研究围绕中山市应对突发事件的应急管理过程开展实证与应用研究工作。