考虑资源有限，应合理建设应急服务设施点。......
2023-09-19
轴辐网络布局优化：重大突发事件应急设施布局理论与应用
【摘要】：轴辐网络布局主要集中于两个问题：枢纽点选址问题和非枢纽点分配问题。对于存在单一隶属关系的公共组织或公共机构网络布局属于单分配的轴辐网络，而复杂的快递物流网络大多采用多分配轴辐网络。轴辐网络结构如图1-1所示。轴辐网络主要应用于快递网络、航线优化布局方面。李阳[51]在其博士论文中将轴辐网络理论应用于救灾物流中，构建了轴辐式救灾物流系统框架，并从救灾物资供应、配送和发放三方面对该系统的功能进行了设计。
轴辐网络（Hub&Spoke Network）布局主要集中于两个问题：枢纽（Hub）点选址问题和非枢纽（Spoke）点分配问题。根据非枢纽点分配方式不同，轴辐网络可分为单分配网络和多分配网络。单分配网络是指非枢纽点只能分配给一个枢纽点，而多分配网络中的非枢纽点可以分配给多个枢纽点。单分配枢纽网络中，非枢纽点只能分配给唯一的枢纽点，而多分配枢纽网络中的非枢纽点可以分配给两个或两个以上的枢纽点。对于存在单一隶属关系的公共组织或公共机构网络布局属于单分配的轴辐网络，而复杂的快递物流网络大多采用多分配轴辐网络。轴辐网络结构如图1-1所示。
一是枢纽点之间是完全连通的；二是枢纽点之间存在着规模经济，即有折扣系数α（Discount Factor）；三是非枢纽点之间不能直接相连。最早解决网络中枢纽选址问题的是Goldman（1969）[48]，但O'Keely（1987）[49]第一次提出了枢纽选址问题的数学模型，即在n个需求点的网络中，确定p个枢纽设施，目标是使总体的运输成本（时间、距离等）最小：
图1-1 轴辐网络结构
其中，wij表示节点i，j之间的流量；Cij表示节点i，j之间的单位运输成本；α为折扣系数（0≤α≤1）；节点k，m为节点i，j之间的任意节点；0-1决策变量Xik等于1时表示节点i分配给枢纽点k，否则等于0；0-1决策变量Xkk等于1表示k点为枢纽点，否则不是枢纽点。目标函数式（1-12）寻求的是总成本最小；约束式（1-13）保证当节点确定为枢纽点时，才能将非枢纽点分配给该枢纽点；约束式（1-14）保证每个节点必须分配给枢纽点；约束式（1-15）是问题中的枢纽数量的限定；约束式（1-16）说明决策变量属于0-1整数变量。模型中的非枢纽点分配策略是分配给距其最近的枢纽点，但是这样的策略不一定是问题的最优解，于是Aykin（1990）[50]研究了在给定枢纽数量的网络中，提出了需求点i分配给不同的枢纽点k和t之间的目标函数，并给出找到非枢纽点的最优分配方式的程序。
在轴辐网络体系理论及经济分析方面的研究主要有：李阳（2006）[51]系统研究了轴辐网络理论，从轴辐网络形成机理、模型设计、运行以及应用几方面进行深入研究，并提出救灾体系的框架，具有很重要的现实意义。
轴辐网络主要应用于快递网络、航线优化布局方面。张世翔、霍佳震（2005）[52]将轴辐网络应用于长三角地区城市群物流配送网络，提出基于轴辐网络的配送体系，可以在很大程度上提高城市群物流配送的速度和运行效率，同时给出区域物流运输通道建设和城市物流发展规划等方面的相关建议和对策。李红启（2007）[53]提出了轴辐运输型网络的改善方法，以“中途点停靠”的形式改善轴辐网络，并以我国公路快速货运干线运输组织为对象进行实证研究，证明了该方法的可行性。而目前对于轴辐网络中枢纽选址-分配问题的研究则很少，相关文献只有：柏明国（2007）[54]研究了无容量限制的多分配枢纽中值问题，提出了一种基于禁忌搜索和最短路的启发式算法，利用CAB数据对算法进行了验证；翁克瑞（2007）[55]研究了多分配枢纽站的最大覆盖选址问题，作者基于Campbell的模型提出改进模型，并设计了求解该问题的禁忌搜索算法，通过AP数据验证该算法的计算效果，该算法能够求解82个节点规模的选址问题。
轴辐网络在应急领域的应用研究主要集中于轴辐式应急物流网络的框架构建方面。李阳（2006）[51]在其博士论文中将轴辐网络理论应用于救灾物流中，构建了轴辐式救灾物流系统框架，并从救灾物资供应、配送和发放三方面对该系统的功能进行了设计。王菡（2007）[56]等从动力学角度构建了城际多Hub的应急物流网络协同模型，以期提高应急系统多个城市间的应急管理水平。施晓岚（2008）[57]对应急物资调度问题进行了研究，提出了基于轴辐式结构的应急物资动态调度网络的三阶段模型，创新了应急物资调度的组织方法。杨雨蕾（2009）[58]研究了基于层级轴辐式网络的应急物流中的成本控制问题，提出建立基于层级轴辐式物流网络的绿色通道来优化运输网络，以达到控制应急物流中的运输成本的目的。
综上所述，轴辐网络在应急领域的应用，目前的研究局限于网络框架的构建、应急物资的调度方式的建立等方面，而对于在应急救援过程中的应急服务设施具体如何布局问题少有研究，尤其是对于应急枢纽设施单分配集覆盖问题更是很少涉及。由于在应对重大突发事件过程中，需要大量的应急服务设施协同合作才能有效应对此类突发事件，所以本书利用轴辐网络的优点和应对重大突发事件的应急需求特点相结合，将轴辐理论应用于应急服务设施布局中，构建应急服务设施轴辐网络，将区域内的服务设施建成相互联动的网络，来应对各类重大突发事件。
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2023-09-19
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