基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統

文/公安部上海消防研究所 鐘 琳 陳 強

1 引言

隨著我國經濟社會的快速發展，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，對于日常管理和應急處置都提出了非常嚴格要求，一旦出現意外災害事故，極易誘發、疊加、連鎖一系列其他事故。城市應急避難場所，作為災時、災后城市救援處置的重要依托實體，不但是提高城市防災、控災、減災能力的重要依托之一，也是有效保障城市公民生命安全、最大限度減少災害影響和損失的重要途徑。然而如何綜合利用好應急避難場所，提升其容納和保護能力，目前少有針對性研究。本文以物資調度儲備為切入點，提升避難場所戰時容納和保障能力，通過規劃配給及合理運維，從而加強應急避難場所的使用效能，進而提升城市公共安全水平。

一個時期來，我國極端天氣和火災等災害事故頻發，形勢嚴峻。在“十三五”現階段及未來長時間內，全面提升防災減災能力仍然是一項重要而艱巨的任務。因此通過加強城市避難場所應急響應物資儲備及調配，將是現階段急需、可行、可實現的任務之一。針對應急物資調度儲備的現實需要，本文引入APS（Advanced Planning and Scheduling）的理念，將APS建立在預先計劃與臨時排程過程中，設計時充分將應急避難場所內部的實際情況、儲備中心情況、配送車輛情況、事故現場實際需要、避難預案方案都作為影響的重要因素，通過數學公式對應急物資調度儲備中的不確定因素進行預測，然后建立智能化、實時化、動態化的物資調度儲備模型，并通過調研對現有應急救援場所、物資儲備中心的實際情況、事故發生地點和不同災害等級應急預案，設計一種城市應急避難場所物資調度儲備系統方案。

2 城市應急避難場所物資儲備及調配特點與需求

2.1 特點分析

目前針對物資調度儲備等研究主要集中在各種大規模自然災害、公共衛生事件和生產事故等災情事故方面物資調度模型設計、方法研究、體系建設等，但城市應急避難場所物資儲備及調配著重針對災情發生后，應急救援過程中的相關救援物資儲備和調動，是以應急救援為主體，與災害事故儲備調度相比，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、持續時間長、需求要求多、物資特殊性高、需求量大、社會供應不足的特點。這些特點決定了應急救援物資的調度的復雜性和難度要高于災害物資的調度，不僅要考慮單出救點到多需求點的調度，還要考慮多出救點到多需求點的調度；不僅要考慮不同應急階段應調度不同種類的應急救援物資，還要考慮不同階段應采用不同的調度方式。

城市應急避難場所儲備及調配物資一般分為兩個層次，第一層次是裝備物資的分類。對所需要的物資進行科學分類是進行應急物資調配的前提，因為不同種類的應急物資儲備、使用方式存在較大差別。第二層次是應急物資的儲備方案，每個種類應急物資的儲備方案不同。裝備物資儲備的結構如下圖1所示。供應鏈管理和約束理論的先進計劃工具。APS系統包含了大量的數學模型、優化及模擬技術。ASP系統在進行初始設計過程時，綜合考慮企業內外的資源和能力約束條件，并用復雜的智能化運算法則，為物料、機器設備、人員等資源提供同步的、實時的、具有約束能力的計劃安排。

圖1 應急物資分類

城市避難體系應急物資調配主要流程分為生產、存儲、調配、運送、消耗、補充等環節，且這些環節相互影響、相互制約、相互作用，具有動態、客觀、多樣等特點。與生產排程相比較，具有很大的共同性，因此從APS理論進行分析，將每個物資、應急避難場所、配送時間、配送路徑、儲備數量等信息用數學的角度進行歸化分析，下面給出基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配的數學模型：

Wci:應急場所需要的物資；（以下統一i=1,2，……，n；）

Tci：應急物資i運送需要的時間；

Ci：儲備中心i的初始儲備物資量；

Ti：儲備物資i到達避難中心所需要的時間，

Cli：運送途中的物資i；

Tli：運送途中的物資i到達避難中心所需要的時間；

Cpi：調配途中的物資i；

Tpi：調配途中的物資i到達避難中心所需要的時間；

P：物資調配效率指數，0≤P≤1；

K：權重指數。權重指數根據應急預案不同而不同。

城市避難體系應急物資調配目標是保證每個應急避難場所都能獲得所有的物資，使得物資調配效率指數最大，即：

2.2 APS模型設計

APS高級計劃排程系統，是一種用于企業生產的、基于

3 基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統

城市應急避難場所在災害發生后，所需要的應急物資數量大、時效緊、變化多，因此結合APS數學模型，本文進一步開展對儲備和調配系統的研究工作，擬為城市管理部門提供一種可行、可用、可靠的技術手段。

3.1 物資儲備及調配機制

3.1.1 為保證城市應急避難場所在災情發生后有效發揮作用，根據有關應急預案編制導則和應急演練指南，人民防空辦公室及相關應急救援處置部門都應當制定相應裝備、器材，物資的配備標準，并平時做好物資的保管工作，保證裝備處于良好的使用狀態，必要時應建立物資管理數據庫，使得一旦發生事故就能立即投入使用。

3.1.2 根據裝備物資的時間效用價值，在不同災害的應急處置過程中，不同應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影響需求緊迫性因素，進行多極化的分類。在建設初期，就需要根據等級進行重點項目的設置，使應急物資的時間效用價值最大化。

3.1.3 由于現階段發生的災害事故多屬于突發事故，具有許多不確定性。因此所需的裝備物資數量、使用時間也具有不確定性，相關管理部門平時應注重相關場所資源的儲備，及時對各種裝備物資進行更新、補充和完善。此外，應急裝備物資的儲備應該在政府部門領導下統一規劃，實行雙頭分級管理，以實物、資金及生產能力三種形式進行儲備，制定科學的儲備目錄和標準，建立一套科學化、規范化和制度化的裝備物資管理模式。

3.1.4 因為時間的緊迫性，應急避難場所一旦開始啟用，就會隨即發生物資消耗，因此應急裝備物資的分布狀況直接關系到使用效能，必須保證任何時候已到達物資量都能滿足物資持續消耗。但是裝備物資不可能廣泛設置存儲點，造成資源的浪費，所以需要在區域范圍合理選址和分布。

3.15 應急物資保障是一個復雜、相互關聯的體系。從時段來看，有災前、災時和災后的管理；從部門來看，涉及政府、消防、環保、民防辦、醫院等多方面的管理。還涉及到行政、專業、管理層等多方面。所以需要將復雜的環境中對復雜的資源進行整合，形成綜合的應急資源保障體系，實現資源配置效益最大化。

3.2 基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統

通過分析，本文提出一種基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統，以實現對城市避難系統所需要的物資分布、消耗、補充等主要環節實時監控，實現物資儲備及調配安全智能化監管。

3.2.1 系統組成

基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統由調配主機、接口模塊、物資管理系統、運輸管理系統、調配管理系統組成。物資管理系統主要針對應急物資進行分類統計，運用RFID、藍牙等技術手段，對物資進行分類、統計、去向分析；運輸管理系統主要針對應急物資運送在途進行管理，在物資管理系統基礎上，通過GPS、北斗、GIS等技術，采集物資運輸車輛（包括火車、飛機等其他交通工具）實時位置，進而分析出到達避難場所所需時間等關鍵參數；調配管理系統主要針對應急避難場所附近一定范圍內各類補充資源的采集；調配主機實現對各類數據的匯總和分析，動態顯示目前區域內避難場所物資消耗、持續、補充等數據，為相關部門管理提供數據支撐；接口模塊用于和上級指揮系統、平級各類行業管理系統、其他社會單位管理系統進行數據接入和共享，進一步豐富物資的數量、位置、時間等變量，實現基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統數據準確、功能完善。

圖2 系統架構圖

3.2.2 系統功能

（1）利用物聯網技術實現物資在線管理

利用傳感器、信號采集終端、傳輸裝置、服務器和有/無線網絡組成物資管理系統，一方面可對原先分散在城市不同區域的儲備點物資，將其物資種類、數量、有效期等各類信息整合到一個信息平臺，使儲備點管理從原有靜態模式向動態模式發展，確保儲備點物資精確和可用，可大大減輕儲備點管理人員數據更新的工作量。另一方面物資管理系統可以動態反映出儲備物資在利用率、過期時間、相關性等一般系統無法反映出的內在因子，進而預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備，確保儲備物資隨時可用。

（2）利用傳感器技術實現配送自動監控

利用MEMS、GPS、位移、加速度等一系列新型傳感器，結合Internet網絡的使用，一方面在突破傳統車輛管理局限，實現實時、精確的位置定位，集合電子標簽等手段，將車輛與物資在數據層面有機關聯，形成直觀的物資輸送渠道。另一方面，利用微型、智能、互聯的傳感器技術，在物資裝配的關鍵部位對溫度、濕度、打開次數等關鍵參數進行自動獲取，實現部分特殊物資在運輸過程中的全程安全可靠。

（3）利用大數據技術實現調度統籌管理

利用大數據技術，通過數字化手段采集應急物資“儲備—消耗”動態平衡過程中的不同數據，詳細保存每一個時間節點、每一個儲備中心狀態數據和每一個途中物資數據。相關管理人員可通過對物資儲備和消耗的程度進行大數據挖掘、分析、處理，結合現有預案、指揮系統，可以在一張指揮平臺上顯示目前整個城市范圍內，應急避難場所的運轉狀態、持續時間、后續時間，從整體角度科學決策和調度，實現物資利用的最大化。同時根據數據平臺，對避難場所的開放作出調整，引導區域內流動、固定人員前往物資儲備更為豐富的避難場所進行疏散，進而避免在災害情況下，簡單劃塊進行疏散的方式，從而提高管理效能和水平。

4 小結

本文通過將高級計劃排程技術應用到城市避難體系物資調配中，探索性地建立了一種物資儲備及調配的數學模型，并在此基礎上，提出了基于APS的城市應急避難場所物資儲備及調配系統。系統可以通過APS響應應急物資“儲備—消耗”動態需求，快速做出應對策略，提供較為有效的日常管理和災時響應管理，通過傳感器、物聯網等感知技術實現對物資的全程監控，改進現有管理技術手段，實現應急物資智能化監管，提升管理部門整體管理水平，進而大幅度提高城市應對災害的防范處置能力。