文章编号:1003—1421(2013)02—0052—05 中图分类号:U294.1 2;U298.6 文献标识码:B 基于T O P S I S的 铁路应急资源调度优化模型 Optimization Mode[of Railway Emergency Source Dispatching based on TOPSIS 王东海 ,段力伟 WANG Dong—hai ,2 DUAN L wei 一(1.北京铁路局调度所,北京 1 00860;2.西南交通大学交通运输与物流学院,,四川成都 61 0031) (1・Traffic Control Office,Beijing Railway Administration,Beijing 1 00860China;2.School of Transp0rtation and Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,Sichuan,China) 摘要:突发事件下铁路应急资源的调度问题涉及多出救点多资源的资源分配问 题。针对由于救援紧迫性导致初期应急资源不足的情况,首先运用TOPSIS模型确定 、事故点的救援优先权;其次以资源调度总时间、总成本及惩罚成本最小作为目标 函数,构建应急资源调度模型,并将事故点的优先权以时间系数和成本系数的形 式加入到模型中,确保优先权较高的事故点优先获得应急资源;最后以自然灾害 导致的区域铁路网内的多处事故为例,通过建模并运用LINGO1 1o软件求解,验证 .模型的可行性和适用性。 关键词:铁路应急管理;事故点优先权;TOPSIS模型;资源调度优化;惩 成本 Abstract:Under emergencyrailway emergency source dispatching has source distributicn ,problems of multiple saving points and multiple sourcesTargeting with the emergency source .deficient status in initial stage occurred by rescue urgencyfirstly,rescue priority of accident ,points should be confirmed by using TOPSIS model;secondlytaking the total time,total cost ,and mlmmum punishment cost of source dispatching as object function,establishing emergency source dispatching model and adding the priority of accident point into the model in the form of time coefficient and cost coefficientso as to ensure the accident prior point with higher prioritV ,could obtain emergency source;in the end,taking many accidents in regional railway network occurred by natural disaster as examples,through modeling and solving by LINGO1 10 software. .the feasibility and applicability of the model is validated. Key Words:Railway Emergency Management;Accident Point Priority;TOPSIS Model;Source Dispatching Optimization;PuniShment Cost 目 ^ ・n ^ ^Jm 基于TOPSIS的铁路应急资源调度优化模型王东海等 1概述 铁路运输网络中发生应急灾害后,考虑到救 援的紧迫性,以及应急资源的调度受到距离和时间 的限制,初期所调度的应急资源总量不一定能够满 足事故点的全部需求,这样就不可避免地会出现某 个事故点的某种应急资源需求得不到满足的情况。 因此,对优先权较高的事故点进行优先调度十分必 要,从而降低由资源不足带来的损失。 目前,根据事故点的数量与资源类型的不同, 可以将应急资源调度问题分为单事故点单资源、单 P ㈩ 事故点多资源、多事故点多资源的应急资源调度问 ‘。 。范化向量 ≤ 组成的规范化矩阵F: (2) F= 其中,提出在事故点优先权不同情况下应 急资源调度方案的求解思路,并未给出确定事故点 优先权的有效方法和合理的资源调度模型【3];以运 输成本最小为优化目标,构建单事故点多出救点多 资源的应急资源调度模型,并将事故点对应急资源 (3)定义第k(k=1,2,3,4)个指标的熵值 为 =(∑ In )/lnn(0≤ ≤1)。将熵的互补值 1 需求的紧迫度这一参数加入模型中,提高了应急资 源的调度效率,但是并未给出资源需求紧迫度的确 定方法 ;利用TOPSIS模型,对不同群组的受灾 (1一 )进行归一化处理后 加 ,作为第七个指标的 4 4 地点的救援优先权进行计算,并提出了应急救援物 客观权重 :资的调配模型,而利用TOPSIS模型确定事故点救 (1一 )/∑(1一 )0≤ ≤1,∑ j=l k=l 1 (3) 援优先权的方法,对于确定救援顺序、确保物资合 理分配具有很好的借鉴意义 。 因此,以铁路应急资源调度问题为研究对象, 针对地震、洪水、飓风等大规模自然灾害的发生造 (4)确定理想解H 与负理想解H一。其中: H =(max-厂 Ik=l,2,3,4)=(厂 , J ,/ ,厂 ) 成路网内出现多处运输事故的情况,给出确定不同 事故点优先权的方法,并构建多出救点、多资源的 应急资源调度模型,在保证高优先权事故点的应急 H一 (minl厂 l七一1,2,3,4) (/ ,/ ,/j,f4) J (4) (5)计算事故点G,到理想解 与负理想解 一 与欧几里得距离进行加权来计算。定义事故点G,到 资源需求满足的前提下,使应急资源调度时间与调 的加权欧几里得距离,距离尺度通过将客观权重 度成本、惩罚成本之和最小。 理想解 的距离为D ,到负理想解 的距离 2事故点优先权的确定方法 铁路网中多个地点同时发生应急事件时,由 为D 。即 于事故点所处的线网位置、受影响列车的类型、事 故点的破坏程度及人员伤亡/货物损失等情况的不 J[) = 同,事故点之间的救援紧迫度也会有所差异。借助 基于熵权的TOPSIS评价模型¨ 乃J,通过设定线路 等级、列车等级、灾害程度、线路损毁程度4个评 价指标,计算不同事故点的救援优先权。 D_ √J 厂 4 一 √ / 一 —————一 (5) (6)确定事故点 到理想解的相对贴近度 E。即 第35卷第2期一 目 躺 基于TOPSIS的铁路应急资源调度优化模型王东海等 D i D +D_i 0≤ ≤1 (6) 该模型的约束条件主要考虑两点:①事故 点G 所获得的应急资源总量不能大于其需求量,以 . ,值越大,表示事故点G,的优先权越高;E,值 . 免浪费宝贵的救援资源,即:∑ ≤ ;②出救点 越小,表示事故点G,的优先权越低。 f 1 C'f所输出的应急资源总量不会超过其可用量,即: 3应急资源调度模型的构建 ∑ 1≤ ; , 1 。 3.1符号与变量定义 3.3建立模型 设出救点集合C={C l i=1,2,…,m},应急 根据上述分析,设0为时间成本转换系数,构 资源的种类集合 ={ =1,2,…,g}。相关符号 建铁路应急资源调度优化模型如下。 和变量定义如下: 为灾害发生后事故点G,对 ,类 minW=0。 +w2+ (10) 资源需求量; 为救援开始后出救点C 对R,类资源 .t.Zx ≤ (11) 可用量;f ,为由出救点Cf调度到事故点G,的最短旅 i=1 行时间;P,为 ,类应急资源的单位调度成本;K,为 ∑ ≤ 1 (12) 1 ,类应急资源调度不足时的单位惩罚成本;X:,为救 X 0,且为整数 ㈣ 援过程中,由出救点c 调度到事故点G,的R 类资 ≠ ≥0 (14) 源量;其中,i=1,2,…,m;J=1,2,…, ; P,≥0(15) , 1,2,…,q。 f 1,2,…,, ;J 1,2,…, ;, 1,2,…,q 3.2目标函数与约束条件 。(16) 在只考虑由灾害导致的直接损失前提下,铁路 应急资源调度模型的构建目标,应考虑到救援的紧 4算例分析 迫性,以救援时间(称之为“总调度时间”)最短作 4.1基本条件设定 为主要考虑因素。同时,还应考虑到资源本身的价 假定某地区发生地震后,导致某铁路局范围 值和调配成本(称之为“总调度成本”),以及由于 内出现4处事故点,事故列车的类型、线路等级均 救援资源不能足量到达事故点而引起的进一步损失 有所不同,且分别造成了一定程度的人员伤亡、 (称之为“总惩罚成本”)。 货物损失、车辆损毁及线路中断,需从该地区的 由于不同优先权的事故点对于资源的需求程度 7个应急资源储备点调集5种不同的资源,进行事 也不同,因此需要将事故点的优先权表示在目标函 故救援。则有:G={G ,G ,…,G },c:{C , 数中。设。[,为事故点G,的调度时间及成本系数, C,,…,C7),R= ,R2,…,R )。 ,为事故点 的惩罚成本系数(j=l,2,…,,2)。 根据铁路应急资源的分类 引,设定此次救援 通过加入该系数,可以将由事故点优先权不同导致 所需的应急资源分别为:救援运输工具R (单位: 的损失后果不同反应在目标函数中。 辆,如救援列车、消防车、急救车等),救援工具 目标1:总调度时间 为 及机械 (单位:台,如液压剪、检毒设备、起重 q =∑∑∑ ,f ,X:, (7) 器械等),消防设施设备 (单位:套,如灭火器、 F1, 1/=1 消防给水系统等),事故救援队 (单位:支,如专 目标2:总调度成本 为 业救援人员、军队、公安、消防等),救援医疗器 卅 q (8) 械R (单位:套,如急救箱、呼吸器等)。 =∑∑∑ajp,X =1,=1 l=1 事故点应急资源需求量如表1所示,出救点应 目标3:总惩罚成本 为 急资源可用量如表2所示,不同应急资源的单位调 m H q . w3=∑∑∑ ( ; ) (9) 度成本、单位惩罚成本如表3所示,出救点至事故 点的最短旅行时间如表4所示。 冒 2期 基于TOPSlS的铁路应急资源调度优化模型王东海等 2 4 2 3 R5 45 表1 事故点的应急资源需求量 1 2 R3 40 见 8 3 3 1 2 P= 1 4 2 4 G1 3, 5 G2 G3 6 3 5 2 6 12 25 45 20 3 10 2 80 50 75 3 2 3 1 由公式(3)一(6)计算得到: 1=0.268, 2=0.123, 3=0.232, 4=0.377; H =(0.3 3 3,0.3 0 8,0.3 7 5,0.400); 表2出救点的应急资源可用量 1 2 Ⅳ一=(0.111,0.154,0.125,0.100); 5 0 见 20 3 E1=0.604,E2=0.433,E3=0.608,E4=0.464。 C1 2 5 因此,4个事故点的救援优先权为(2,4,1, 3)。 C2 C3 4 3 2 4 2 6 0 5 0 35 25 0 2 0 4 7 80 25 50 0 4.3模型求解与结果分析 根据事故点G,的优先权,令时间及成本系 数o[,的取值分别为10、O.01、100、0.1。对于 ,, 令 = =10 (即充分大的数), = =1,代表事 故点G 、G 的应急资源需求必须得到满足。 由于铁路应急资源调度优化模型属于线性规 划模型,可采用LINGO软件进行求解。本文借助 c6 G 0 5 0 4 30 25 3 0 40 60 表3不同类型资源的单位成本 1 2 5 LINGO 11.0软件,对算例进行求解,得出的应急资 源调度方案如表5所示。 由表5可以看出,在资源R 、 的总量不足的 p 85 l30 75 1O0 70 120 100 220 90 l5O 表4出救点至事故点间的最短旅行时间 事故点 C1 情况下,由于考虑了不同事故点的救援优先权,优 G 21 9 G1 17 9 G2 8 5 G3 15 19 先保证了事故点G 、G 的需求。虽然事故点G 、 G 对资源JR 、 的需求未得到全部满足,但总体 而言,由于事故点G 、G,的灾害损失较为严重, 救援任务较为紧迫,优先保证其救援资源的需求能 够确保整体救援效果的最大化。 C3 4 12 18 8 4 4 10 17 G 7 10 22 8 15 10 7 4 5结束语 以自然灾害导致的区域铁路网内的多处事故 为例,对铁路应急资源调度问题进行了研究。充分 考虑了事故救援初期,由于事故点灾情的随机性、 不可预见性而导致的应急资源调配总量不能满足事 c1 15 l8 22 13 4.2事故点优先权计算 根据事故点的线路等级(p )、列车等级(p )、 灾害程度(P;)及线路损毁程度(P )4个不同的指 故点的总需求这一现实矛盾,借鉴TOPSIS模型, 标,确定事故点G,的评价指标集合P 。为便于比较 通过设定4个不同的评价指标,对不同事故点的救 和计算,按照事故点受灾害影响的程度大小不同, 援优先权进行科学计算,确定了不同事故点的救援 通过比较不同事故点损失的严重程度,将上述4个 优先权。在此基础上,构建了铁路应急资源调度优 指标按照非常严重、严重、一般、不严重、无影响 化模型,并将反映事故点救援优先权的系数(。c,, 5类,分别对应取值4、3、2、1、0,则优先权评 价的特征矩阵P为: ,)引入到模型中。利用该模型所求解得到的铁路 应急资源调度方案,确保了优先权较高的事故点能 第卷第期一 目 第35 2基于TOPSIS的铁路应急资源调度优化模型王东海等 表5考虑事故点优先权的铁路应急资源调度方案 事故点 G G2 G Gd (3,5,40,8,45) (6,2,25,3 ,80) (3,6,45,10,50) (5,12 ,20,2 ,75) (2,5,20,3,0)C (2,2,20,0,0) (0,0,0,3,0) (0,3,0,0,0) (4C1 (02,0,2,8o) ,0,0,1,20) (2,0,0,1,25) (2,2,0,0,35) ,(3 (1,6,20,0,0) ,6,35,0,25) (2,0,15,0,25)(2,0,25,4,5o) (2,0,25,4,50) (4,5,0,7,0)C (1,5,0,7,0) (3,0,0,0,0) (0,0,30,3,40) (0,0,25,0,0) (0,0,0,3,O) (O,0,5,0,40) (5,4,25,0,60) (2,0,5,0,55) (0,4,15,0,0) 注: ”表示该类应急资源未满足需求。 够优先获得紧缺资源,最大程度减少灾害带来的 [7] Jiuh—Biing Sheu.An Emergency Logistics Distribution 损失。 Approach for Quick Response to Urgent Relief Demand in Disasters[J】.Transportation Research Part E,2007(43): 参考文献: 687 709. 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