后疫情时代应急物资调度排队模型优化研究_刘俊杰.pdf

物流科技 2023 年第 5 期 3 月上收稿日期：2022-07-14基金项目：黑龙江省高校基本科研业务费黑龙江大学专项资金项目“大规模灾害下应急响应任务失效的持续改进机制研究”（HDYJW201917）作者简介：刘俊杰（1999），女，山东德州人，黑龙江大学信息管理学院硕士研究生，研究方向，应急管理；孙钦莹（1985），本文通讯作者，女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江大学信息管理学院，讲师，管理学博士，研究生导师，研究方向：应急管理、应急情报。引文格式：刘俊杰，孙钦莹.后疫情时代应急物资调度排队模型优化研究J.物流科技，2023,46(5)：13-16,31.理论研究文章编号：1002-3100（2023）05-0013-05Logistics Sci-Tech March,2023（the first half）物流科技 2023 年第 5 期 3 月上摘要：为减少新冠疫情下应急物资调度过程中因车辆排队造成的时间损耗，提高应急物流的运行效率，保障应急救援的成效，文章结合疫情期间武汉物流园排队调度物资的实际案例，在一定的假设条件下，分别建立 M/M/1 和 M/M/C的排队论模型，并计算出物资运载车辆的平均等待时间和平均等待队长等运行指标实际值。通过比较 M/M/3 排队系统和3 个独立 M/M/1 排队系统在给定到达率和服务率条件下的目标参量，指出相较于 3 个独立 M/M/1 排队系统，M/M/3 排队系统具有更高的服务效率。解决了应急物资调度过程中效率提升问题，提出应急调度结合大数据技术和云平台等现代化手段的现实性和应用性建议。关键词：新冠疫情；应急物资调度；排队论；模型优化中图分类号：F253文献标志码：ADOI：10.13714/ki.1002-3100.2023.05.003Abstract:To reduce the time loss caused by vehicle queuingduring the dispatch of emergency materials under the newcrown epidemic,improve the operation efficiency of emergencylogistics,and ensure the effectiveness of emergency rescue.Combined with the actual case of queuing and dispatchingmaterials in Wuhan logistics park during the epidemic,undercertain assumptions,the queuing theory models of M/M/1 andM/M/C are established respectively,and the average value ofmaterial carrying vehicles is calculated.Actual values of running metrics such as wait time and average wait queue.Bycomparing the target parameters of M/M/3 queuing system and3 independent M/M/1 queuing systems under the conditions ofgiven arrival rate and service rate,it is pointed out thatcompared with 3 independent M/M/1 queuing systems system,M/M/3queuingsystemhashigherserviceefficiency.Theproblem of efficiency improvement in the process of emergency material dispatch is solved,and practical and applicablesuggestionsforemergencydispatchcombinedwithmodernmethods such as big data technology and cloud platform areput forward.Key words:new crown epidemic;emergency material scheduling;queuing theory;model optimization后疫情时代应急物资调度排队模型优化研究Research on Optimization of Emergency Material Dispatching Queuing Model in Post-epidemic Era刘俊杰，孙钦莹（黑龙江大学 信息管理学院，黑龙江 哈尔滨 150006）LIU Junjie,SUN Qinying（School of Information Management,Heilongjiang University,Harbin 150006,China）0引言重大突发公共卫生事件有突发性、衍生性、广泛影响性、不确定性、社会危害大等特点，给人民群众的身体健康和生命安全带来严重损害1。应急物流不同于一般的物流，是在重大突发事件发生时运输应急救援物资而提出的特殊概念，应急物流追求时间效益的最大化和突发事件损失的最小化，旨在提高应急救援效率2。同时，应急物资调度是应急物资保障机制的基础环节，直接影响着应急救援的响应速度和效果3。因此，如何提高应急物资救援的效率？如何保持物流中转站的服务系统高效工作？这是应急管理人员亟待解决的问题，只有在应急物资调度时节省物流中转站的服务时间，才能提高物资转运效率，提高新冠肺炎疫情期间应急救援效率，实现时间效益最大化和灾害损失最小化。本文以武汉市宝湾物流园为实例，建立排队论 M/M/1 模型和 M/M/C 模型，并且列出应急物资运载车辆的平均等待时间及平均等待队长公式，搜索相关数据计算并比较运行指标，得出通过提高服务强度、增设服务台数量等方式，缩短物资的调度时间，提高应急救援的效率，减少人民在灾难中的损失，达到时间效益最大化和损失最小化的目标，这也为其他突发事件发生时合理安排救援物资运输决策问题提供参考依据。1研究现状排队论（随机服务系统理论）是研究系统随机聚散现象和随机服务系统工作过程的数学理论和方法，可以对存在排队现象的离散事件系统进行有效分析4。13物流科技 2023 年第 5 期 3 月上车辆总数等待队列服务台排队系统输入输出图 1运载物资车辆的一般排队论系统图 2Flexsim 中 M/M/1 模型构建入口出口等待队列 1服务台 1后疫情时代应急物资调度排队模型优化研究通过大量文献调研，国外将排队论方法运用在应急领域的研究如下，Wiler J L5推导和验证了一种新的基于排队理论的模型，该模型可预测各种患者拥挤场景对患者离开而不被看到（LWBS）率的影响。Xie J6开发了一个包含转移和放弃的排队模型来研究医疗保健系统。Joseph J W7提出基于排队理论的排队方程模拟急诊科（ED）内不同流程的需求，并有助于考虑可变性对延迟和服务时间的影响。Du L8建立基于排队论的人工智能的大规模突发事件中的医疗应急资源分配模型，有助于缩短应急物资准备、调度和运输的总时间。由文献分析可知，近些年国外对于排队论较多应用于医疗应急领域，但较少应用于应急物资调度方面。国内学者近些年将排队论方法广泛应用于应急管理领域9-14，庞剑飞等人15运用排队论和 Stateflow 设计应急医疗救援仿真系统，模拟了应急医疗救援的实际过程，证明系统有可行性和有效性。乔联宝等人16建立 可靠性最大的覆盖应急服务车辆选址的排队论模型，并设计了效果优良的求解算法。在应急物资调度方面，李聪等人17运用排队论方法，建立了 GI/M/1 应急物资排队论模型，推导应急运载车辆的平均等待时间和平均等待队长公式，用 Extendsim 软件进行了仿真检验，同年，提出有优先权的M/M/1 模型，运用 SimEvents 软件对其仿真，为决策者是否增减运输车辆和物资服务台数量提供了依据和参考。杜亚涵等人18运用排队论方法，建立应急物资的供应链排队模型，计算应急物资供应链响应的最短时间，保障应急物资的紧急供应。综上文献调研情况，国内外将排队论方法的应用领域非常广泛，但应用于应急物资调度和转运的研究却较少。由于突发事件灾害不可避免，应急物资转运问题是政府及人民一直关注的重点。因此，本文根据新冠疫情期间应急物资车辆调度实际情况，建立排队论 M/M/1 模型和 M/M/C 模型，得出应急物资运载车辆的平均等待时间及平均等待队长，并将模型优化前后的运行指标结果进行对比，可以为实际突发事件发生时提高救援物资调度效率提供优化方案。2应急物资调度排队论模型构建2.1模型可应用性在疫情期间，需要大量车辆运载救援物资如口罩、防护服、消毒酒精、测温仪、食物等运送至武汉物流园再调度转运至其他等待救援地区，车辆装运物资耗费的时间很大，因此需要对物流园中心在实际工作中接收物资的服务系统进行优化。根据一般排队系统的构成，包括顾客、服务机构和排队规则，可以将车辆排队调度物资系统中排队现象抽象为相应的排队系统。应急物流系统中的物资运载车辆相当于顾客，接受车辆的服务台相当于服务机构。2.2案例描述以武汉市宝湾物流园中转站为实际案例，园区内有一片醒目的被涂为红色的隔离区，这是运货司机的专属地点，运输物资的车辆到达中转站后，将车辆停在卸货区，再去隔离区休息，卸货完成后，会有工作人员通知司机到卸货区提车并离开，实现了全程“零接触、“全流程、全链条”安全顺畅。根据来源于武汉市交通运输局的数据显示，自 2020 年 1 月 23 日至 3 月 15 日，铁路向武汉运输货物 1 906 车、64 452.1吨；累计完成各地支援人员运输任务 6 761 人次。武汉天河国际机场共保障航班 1 818 架次、运输 4.96 万人、货物 12 225 吨。武汉公交集团运送人员 111.4 万人次、物资 280.2 万箱（件）。武汉港航发展集团运送人员 13.7 万人次、物资 0.71 万吨。出租汽车安排车辆 6 000 辆，运行 53.4 万辆次。安排邮政、快递车辆出入武汉 39 178 辆次，助运医疗防护等应急物资约 17.91 万吨；累计收件 673 万件、派件 1 180 万件。武汉港货物吞吐量 445.01 万吨，集装箱吞吐量 5.44 万标箱。由上述案例分析，自 2020 年 1 月 23 日至 3 月 15 日，5 个物资中转站累计接收物资超 5 000 吨，根据统计数据计算大约有566.497 7 万吨货物，物流中心大货车平均标准荷载量为 18.75 吨/辆，24 天时间约有 296 799 辆货车进入物流园，5 个物流转运站平均分别每天有 2 474 辆车进入，可得平均每小时有 104 辆车到达。假设车辆的到来服从泊松分布，物流中转站服务台平均每小时可服务 120 辆车，服务时间服从负指数分布。2.3假设条件针对排队论模型有以下假设：（1）输入过程：假设运送物资的车辆到达物流中心的概率分布为服从泊松分布，且车辆到达是相互独立且平稳的。（2）排队规则：排队系统中车辆排队和等待服从等待制规则，即先到先服务。（3）服务机构：假设排队系统中有 1 个或多个服务台，而且服务时间是平稳的，服从负指数分布，任意 2 个车辆卸载物资的服务时间是相互独立的。2.4模型建立这里建立车辆运输物资到物流园地点的排队论模型，每辆来车到达物流园外，并排队进入指定地点卸货，假设有 1 个服务台接受物资，构成 M/M/1 排队模型，卸完一趟物资离开以便下一辆车接受服务。如图 1 和图 2 分别为运载物资车辆的一般排队模型和 M/M/1 排队模型。