基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)

文/公安部上海消防研究所 鐘 琳 陳 強(qiáng)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城市中心化程度日益提高，大量人口、物資聚集在城市范圍中，對于日常管理和應(yīng)急處置都提出了非常嚴(yán)格要求，一旦出現(xiàn)意外災(zāi)害事故，極易誘發(fā)、疊加、連鎖一系列其他事故。城市應(yīng)急避難場所，作為災(zāi)時(shí)、災(zāi)后城市救援處置的重要依托實(shí)體，不但是提高城市防災(zāi)、控災(zāi)、減災(zāi)能力的重要依托之一，也是有效保障城市公民生命安全、最大限度減少災(zāi)害影響和損失的重要途徑。然而如何綜合利用好應(yīng)急避難場所，提升其容納和保護(hù)能力，目前少有針對性研究。本文以物資調(diào)度儲備為切入點(diǎn)，提升避難場所戰(zhàn)時(shí)容納和保障能力，通過規(guī)劃配給及合理運(yùn)維，從而加強(qiáng)應(yīng)急避難場所的使用效能，進(jìn)而提升城市公共安全水平。

一個(gè)時(shí)期來，我國極端天氣和火災(zāi)等災(zāi)害事故頻發(fā)，形勢嚴(yán)峻。在“十三五”現(xiàn)階段及未來長時(shí)間內(nèi)，全面提升防災(zāi)減災(zāi)能力仍然是一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)。因此通過加強(qiáng)城市避難場所應(yīng)急響應(yīng)物資儲備及調(diào)配，將是現(xiàn)階段急需、可行、可實(shí)現(xiàn)的任務(wù)之一。針對應(yīng)急物資調(diào)度儲備的現(xiàn)實(shí)需要，本文引入APS（Advanced Planning and Scheduling）的理念，將APS建立在預(yù)先計(jì)劃與臨時(shí)排程過程中，設(shè)計(jì)時(shí)充分將應(yīng)急避難場所內(nèi)部的實(shí)際情況、儲備中心情況、配送車輛情況、事故現(xiàn)場實(shí)際需要、避難預(yù)案方案都作為影響的重要因素，通過數(shù)學(xué)公式對應(yīng)急物資調(diào)度儲備中的不確定因素進(jìn)行預(yù)測，然后建立智能化、實(shí)時(shí)化、動態(tài)化的物資調(diào)度儲備模型，并通過調(diào)研對現(xiàn)有應(yīng)急救援場所、物資儲備中心的實(shí)際情況、事故發(fā)生地點(diǎn)和不同災(zāi)害等級應(yīng)急預(yù)案，設(shè)計(jì)一種城市應(yīng)急避難場所物資調(diào)度儲備系統(tǒng)方案。

2 城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配特點(diǎn)與需求

2.1 特點(diǎn)分析

目前針對物資調(diào)度儲備等研究主要集中在各種大規(guī)模自然災(zāi)害、公共衛(wèi)生事件和生產(chǎn)事故等災(zāi)情事故方面物資調(diào)度模型設(shè)計(jì)、方法研究、體系建設(shè)等，但城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配著重針對災(zāi)情發(fā)生后，應(yīng)急救援過程中的相關(guān)救援物資儲備和調(diào)動，是以應(yīng)急救援為主體，與災(zāi)害事故儲備調(diào)度相比，除了具有突然性、不確定性、衍生性等特征以外，更具有影響程度深、持續(xù)時(shí)間長、需求要求多、物資特殊性高、需求量大、社會供應(yīng)不足的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了應(yīng)急救援物資的調(diào)度的復(fù)雜性和難度要高于災(zāi)害物資的調(diào)度，不僅要考慮單出救點(diǎn)到多需求點(diǎn)的調(diào)度，還要考慮多出救點(diǎn)到多需求點(diǎn)的調(diào)度；不僅要考慮不同應(yīng)急階段應(yīng)調(diào)度不同種類的應(yīng)急救援物資，還要考慮不同階段應(yīng)采用不同的調(diào)度方式。

城市應(yīng)急避難場所儲備及調(diào)配物資一般分為兩個(gè)層次，第一層次是裝備物資的分類。對所需要的物資進(jìn)行科學(xué)分類是進(jìn)行應(yīng)急物資調(diào)配的前提，因?yàn)椴煌N類的應(yīng)急物資儲備、使用方式存在較大差別。第二層次是應(yīng)急物資的儲備方案，每個(gè)種類應(yīng)急物資的儲備方案不同。裝備物資儲備的結(jié)構(gòu)如下圖1所示。供應(yīng)鏈管理和約束理論的先進(jìn)計(jì)劃工具。APS系統(tǒng)包含了大量的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化及模擬技術(shù)。ASP系統(tǒng)在進(jìn)行初始設(shè)計(jì)過程時(shí)，綜合考慮企業(yè)內(nèi)外的資源和能力約束條件，并用復(fù)雜的智能化運(yùn)算法則，為物料、機(jī)器設(shè)備、人員等資源提供同步的、實(shí)時(shí)的、具有約束能力的計(jì)劃安排。

圖1 應(yīng)急物資分類

城市避難體系應(yīng)急物資調(diào)配主要流程分為生產(chǎn)、存儲、調(diào)配、運(yùn)送、消耗、補(bǔ)充等環(huán)節(jié)，且這些環(huán)節(jié)相互影響、相互制約、相互作用，具有動態(tài)、客觀、多樣等特點(diǎn)。與生產(chǎn)排程相比較，具有很大的共同性，因此從APS理論進(jìn)行分析，將每個(gè)物資、應(yīng)急避難場所、配送時(shí)間、配送路徑、儲備數(shù)量等信息用數(shù)學(xué)的角度進(jìn)行歸化分析，下面給出基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配的數(shù)學(xué)模型：

Wci:應(yīng)急場所需要的物資；（以下統(tǒng)一i=1,2，……，n；）

Tci：應(yīng)急物資i運(yùn)送需要的時(shí)間；

Ci：儲備中心i的初始儲備物資量；

Ti：儲備物資i到達(dá)避難中心所需要的時(shí)間，

Cli：運(yùn)送途中的物資i；

Tli：運(yùn)送途中的物資i到達(dá)避難中心所需要的時(shí)間；

Cpi：調(diào)配途中的物資i；

Tpi：調(diào)配途中的物資i到達(dá)避難中心所需要的時(shí)間；

P：物資調(diào)配效率指數(shù)，0≤P≤1；

K：權(quán)重指數(shù)。權(quán)重指數(shù)根據(jù)應(yīng)急預(yù)案不同而不同。

城市避難體系應(yīng)急物資調(diào)配目標(biāo)是保證每個(gè)應(yīng)急避難場所都能獲得所有的物資，使得物資調(diào)配效率指數(shù)最大，即：

2.2 APS模型設(shè)計(jì)

APS高級計(jì)劃排程系統(tǒng)，是一種用于企業(yè)生產(chǎn)的、基于

3 基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)

城市應(yīng)急避難場所在災(zāi)害發(fā)生后，所需要的應(yīng)急物資數(shù)量大、時(shí)效緊、變化多，因此結(jié)合APS數(shù)學(xué)模型，本文進(jìn)一步開展對儲備和調(diào)配系統(tǒng)的研究工作，擬為城市管理部門提供一種可行、可用、可靠的技術(shù)手段。

3.1 物資儲備及調(diào)配機(jī)制

3.1.1 為保證城市應(yīng)急避難場所在災(zāi)情發(fā)生后有效發(fā)揮作用，根據(jù)有關(guān)應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則和應(yīng)急演練指南，人民防空辦公室及相關(guān)應(yīng)急救援處置部門都應(yīng)當(dāng)制定相應(yīng)裝備、器材，物資的配備標(biāo)準(zhǔn)，并平時(shí)做好物資的保管工作，保證裝備處于良好的使用狀態(tài)，必要時(shí)應(yīng)建立物資管理數(shù)據(jù)庫，使得一旦發(fā)生事故就能立即投入使用。

3.1.2 根據(jù)裝備物資的時(shí)間效用價(jià)值，在不同災(zāi)害的應(yīng)急處置過程中，不同應(yīng)急物資所起到的作用也是不同的。因此需要對裝備物資根據(jù)影響需求緊迫性因素，進(jìn)行多極化的分類。在建設(shè)初期，就需要根據(jù)等級進(jìn)行重點(diǎn)項(xiàng)目的設(shè)置，使應(yīng)急物資的時(shí)間效用價(jià)值最大化。

3.1.3 由于現(xiàn)階段發(fā)生的災(zāi)害事故多屬于突發(fā)事故，具有許多不確定性。因此所需的裝備物資數(shù)量、使用時(shí)間也具有不確定性，相關(guān)管理部門平時(shí)應(yīng)注重相關(guān)場所資源的儲備，及時(shí)對各種裝備物資進(jìn)行更新、補(bǔ)充和完善。此外，應(yīng)急裝備物資的儲備應(yīng)該在政府部門領(lǐng)導(dǎo)下統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)行雙頭分級管理，以實(shí)物、資金及生產(chǎn)能力三種形式進(jìn)行儲備，制定科學(xué)的儲備目錄和標(biāo)準(zhǔn)，建立一套科學(xué)化、規(guī)范化和制度化的裝備物資管理模式。

3.1.4 因?yàn)闀r(shí)間的緊迫性，應(yīng)急避難場所一旦開始啟用，就會隨即發(fā)生物資消耗，因此應(yīng)急裝備物資的分布狀況直接關(guān)系到使用效能，必須保證任何時(shí)候已到達(dá)物資量都能滿足物資持續(xù)消耗。但是裝備物資不可能廣泛設(shè)置存儲點(diǎn)，造成資源的浪費(fèi)，所以需要在區(qū)域范圍合理選址和分布。

3.15 應(yīng)急物資保障是一個(gè)復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的體系。從時(shí)段來看，有災(zāi)前、災(zāi)時(shí)和災(zāi)后的管理；從部門來看，涉及政府、消防、環(huán)保、民防辦、醫(yī)院等多方面的管理。還涉及到行政、專業(yè)、管理層等多方面。所以需要將復(fù)雜的環(huán)境中對復(fù)雜的資源進(jìn)行整合，形成綜合的應(yīng)急資源保障體系，實(shí)現(xiàn)資源配置效益最大化。

3.2 基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)

通過分析，本文提出一種基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對城市避難系統(tǒng)所需要的物資分布、消耗、補(bǔ)充等主要環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)物資儲備及調(diào)配安全智能化監(jiān)管。

3.2.1 系統(tǒng)組成

基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)由調(diào)配主機(jī)、接口模塊、物資管理系統(tǒng)、運(yùn)輸管理系統(tǒng)、調(diào)配管理系統(tǒng)組成。物資管理系統(tǒng)主要針對應(yīng)急物資進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用RFID、藍(lán)牙等技術(shù)手段，對物資進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)、去向分析；運(yùn)輸管理系統(tǒng)主要針對應(yīng)急物資運(yùn)送在途進(jìn)行管理，在物資管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過GPS、北斗、GIS等技術(shù)，采集物資運(yùn)輸車輛（包括火車、飛機(jī)等其他交通工具）實(shí)時(shí)位置，進(jìn)而分析出到達(dá)避難場所所需時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)；調(diào)配管理系統(tǒng)主要針對應(yīng)急避難場所附近一定范圍內(nèi)各類補(bǔ)充資源的采集；調(diào)配主機(jī)實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的匯總和分析，動態(tài)顯示目前區(qū)域內(nèi)避難場所物資消耗、持續(xù)、補(bǔ)充等數(shù)據(jù)，為相關(guān)部門管理提供數(shù)據(jù)支撐；接口模塊用于和上級指揮系統(tǒng)、平級各類行業(yè)管理系統(tǒng)、其他社會單位管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入和共享，進(jìn)一步豐富物資的數(shù)量、位置、時(shí)間等變量，實(shí)現(xiàn)基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、功能完善。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2.2 系統(tǒng)功能

（1）利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)物資在線管理

利用傳感器、信號采集終端、傳輸裝置、服務(wù)器和有/無線網(wǎng)絡(luò)組成物資管理系統(tǒng)，一方面可對原先分散在城市不同區(qū)域的儲備點(diǎn)物資，將其物資種類、數(shù)量、有效期等各類信息整合到一個(gè)信息平臺，使儲備點(diǎn)管理從原有靜態(tài)模式向動態(tài)模式發(fā)展，確保儲備點(diǎn)物資精確和可用，可大大減輕儲備點(diǎn)管理人員數(shù)據(jù)更新的工作量。另一方面物資管理系統(tǒng)可以動態(tài)反映出儲備物資在利用率、過期時(shí)間、相關(guān)性等一般系統(tǒng)無法反映出的內(nèi)在因子，進(jìn)而預(yù)測分析儲備物資更新期，尋找最佳社會單位提前做好更新準(zhǔn)備，確保儲備物資隨時(shí)可用。

（2）利用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)配送自動監(jiān)控

利用MEMS、GPS、位移、加速度等一系列新型傳感器，結(jié)合Internet網(wǎng)絡(luò)的使用，一方面在突破傳統(tǒng)車輛管理局限，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精確的位置定位，集合電子標(biāo)簽等手段，將車輛與物資在數(shù)據(jù)層面有機(jī)關(guān)聯(lián)，形成直觀的物資輸送渠道。另一方面，利用微型、智能、互聯(lián)的傳感器技術(shù)，在物資裝配的關(guān)鍵部位對溫度、濕度、打開次數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行自動獲取，實(shí)現(xiàn)部分特殊物資在運(yùn)輸過程中的全程安全可靠。

（3）利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)籌管理

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過數(shù)字化手段采集應(yīng)急物資“儲備—消耗”動態(tài)平衡過程中的不同數(shù)據(jù)，詳細(xì)保存每一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)、每一個(gè)儲備中心狀態(tài)數(shù)據(jù)和每一個(gè)途中物資數(shù)據(jù)。相關(guān)管理人員可通過對物資儲備和消耗的程度進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、分析、處理，結(jié)合現(xiàn)有預(yù)案、指揮系統(tǒng)，可以在一張指揮平臺上顯示目前整個(gè)城市范圍內(nèi)，應(yīng)急避難場所的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、持續(xù)時(shí)間、后續(xù)時(shí)間，從整體角度科學(xué)決策和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)物資利用的最大化。同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)平臺，對避難場所的開放作出調(diào)整，引導(dǎo)區(qū)域內(nèi)流動、固定人員前往物資儲備更為豐富的避難場所進(jìn)行疏散，進(jìn)而避免在災(zāi)害情況下，簡單劃塊進(jìn)行疏散的方式，從而提高管理效能和水平。

4 小結(jié)

本文通過將高級計(jì)劃排程技術(shù)應(yīng)用到城市避難體系物資調(diào)配中，探索性地建立了一種物資儲備及調(diào)配的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上，提出了基于APS的城市應(yīng)急避難場所物資儲備及調(diào)配系統(tǒng)。系統(tǒng)可以通過APS響應(yīng)應(yīng)急物資“儲備—消耗”動態(tài)需求，快速做出應(yīng)對策略，提供較為有效的日常管理和災(zāi)時(shí)響應(yīng)管理，通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)對物資的全程監(jiān)控，改進(jìn)現(xiàn)有管理技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資智能化監(jiān)管，提升管理部門整體管理水平，進(jìn)而大幅度提高城市應(yīng)對災(zāi)害的防范處置能力。