基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统

文/公安部上海消防研究所 钟 琳 陈 强

1 引言

随着我国经济社会的快速发展，城市中心化程度日益提高，大量人口、物资聚集在城市范围中，对于日常管理和应急处置都提出了非常严格要求，一旦出现意外灾害事故，极易诱发、叠加、连锁一系列其他事故。城市应急避难场所，作为灾时、灾后城市救援处置的重要依托实体，不但是提高城市防灾、控灾、减灾能力的重要依托之一，也是有效保障城市公民生命安全、最大限度减少灾害影响和损失的重要途径。然而如何综合利用好应急避难场所，提升其容纳和保护能力，目前少有针对性研究。本文以物资调度储备为切入点，提升避难场所战时容纳和保障能力，通过规划配给及合理运维，从而加强应急避难场所的使用效能，进而提升城市公共安全水平。

一个时期来，我国极端天气和火灾等灾害事故频发，形势严峻。在“十三五”现阶段及未来长时间内，全面提升防灾减灾能力仍然是一项重要而艰巨的任务。因此通过加强城市避难场所应急响应物资储备及调配，将是现阶段急需、可行、可实现的任务之一。针对应急物资调度储备的现实需要，本文引入APS（Advanced Planning and Scheduling）的理念，将APS建立在预先计划与临时排程过程中，设计时充分将应急避难场所内部的实际情况、储备中心情况、配送车辆情况、事故现场实际需要、避难预案方案都作为影响的重要因素，通过数学公式对应急物资调度储备中的不确定因素进行预测，然后建立智能化、实时化、动态化的物资调度储备模型，并通过调研对现有应急救援场所、物资储备中心的实际情况、事故发生地点和不同灾害等级应急预案，设计一种城市应急避难场所物资调度储备系统方案。

2 城市应急避难场所物资储备及调配特点与需求

2.1 特点分析

目前针对物资调度储备等研究主要集中在各种大规模自然灾害、公共卫生事件和生产事故等灾情事故方面物资调度模型设计、方法研究、体系建设等，但城市应急避难场所物资储备及调配着重针对灾情发生后，应急救援过程中的相关救援物资储备和调动，是以应急救援为主体，与灾害事故储备调度相比，除了具有突然性、不确定性、衍生性等特征以外，更具有影响程度深、持续时间长、需求要求多、物资特殊性高、需求量大、社会供应不足的特点。这些特点决定了应急救援物资的调度的复杂性和难度要高于灾害物资的调度，不仅要考虑单出救点到多需求点的调度，还要考虑多出救点到多需求点的调度；不仅要考虑不同应急阶段应调度不同种类的应急救援物资，还要考虑不同阶段应采用不同的调度方式。

城市应急避难场所储备及调配物资一般分为两个层次，第一层次是装备物资的分类。对所需要的物资进行科学分类是进行应急物资调配的前提，因为不同种类的应急物资储备、使用方式存在较大差别。第二层次是应急物资的储备方案，每个种类应急物资的储备方案不同。装备物资储备的结构如下图1所示。供应链管理和约束理论的先进计划工具。APS系统包含了大量的数学模型、优化及模拟技术。ASP系统在进行初始设计过程时，综合考虑企业内外的资源和能力约束条件，并用复杂的智能化运算法则，为物料、机器设备、人员等资源提供同步的、实时的、具有约束能力的计划安排。

图1 应急物资分类

城市避难体系应急物资调配主要流程分为生产、存储、调配、运送、消耗、补充等环节，且这些环节相互影响、相互制约、相互作用，具有动态、客观、多样等特点。与生产排程相比较，具有很大的共同性，因此从APS理论进行分析，将每个物资、应急避难场所、配送时间、配送路径、储备数量等信息用数学的角度进行归化分析，下面给出基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配的数学模型：

Wci:应急场所需要的物资；（以下统一i=1,2，……，n；）

Tci：应急物资i运送需要的时间；

Ci：储备中心i的初始储备物资量；

Ti：储备物资i到达避难中心所需要的时间，

Cli：运送途中的物资i；

Tli：运送途中的物资i到达避难中心所需要的时间；

Cpi：调配途中的物资i；

Tpi：调配途中的物资i到达避难中心所需要的时间；

P：物资调配效率指数，0≤P≤1；

K：权重指数。权重指数根据应急预案不同而不同。

城市避难体系应急物资调配目标是保证每个应急避难场所都能获得所有的物资，使得物资调配效率指数最大，即：

2.2 APS模型设计

APS高级计划排程系统，是一种用于企业生产的、基于

3 基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统

城市应急避难场所在灾害发生后，所需要的应急物资数量大、时效紧、变化多，因此结合APS数学模型，本文进一步开展对储备和调配系统的研究工作，拟为城市管理部门提供一种可行、可用、可靠的技术手段。

3.1 物资储备及调配机制

3.1.1 为保证城市应急避难场所在灾情发生后有效发挥作用，根据有关应急预案编制导则和应急演练指南，人民防空办公室及相关应急救援处置部门都应当制定相应装备、器材，物资的配备标准，并平时做好物资的保管工作，保证装备处于良好的使用状态，必要时应建立物资管理数据库，使得一旦发生事故就能立即投入使用。

3.1.2 根据装备物资的时间效用价值，在不同灾害的应急处置过程中，不同应急物资所起到的作用也是不同的。因此需要对装备物资根据影响需求紧迫性因素，进行多极化的分类。在建设初期，就需要根据等级进行重点项目的设置，使应急物资的时间效用价值最大化。

3.1.3 由于现阶段发生的灾害事故多属于突发事故，具有许多不确定性。因此所需的装备物资数量、使用时间也具有不确定性，相关管理部门平时应注重相关场所资源的储备，及时对各种装备物资进行更新、补充和完善。此外，应急装备物资的储备应该在政府部门领导下统一规划，实行双头分级管理，以实物、资金及生产能力三种形式进行储备，制定科学的储备目录和标准，建立一套科学化、规范化和制度化的装备物资管理模式。

3.1.4 因为时间的紧迫性，应急避难场所一旦开始启用，就会随即发生物资消耗，因此应急装备物资的分布状况直接关系到使用效能，必须保证任何时候已到达物资量都能满足物资持续消耗。但是装备物资不可能广泛设置存储点，造成资源的浪费，所以需要在区域范围合理选址和分布。

3.15 应急物资保障是一个复杂、相互关联的体系。从时段来看，有灾前、灾时和灾后的管理；从部门来看，涉及政府、消防、环保、民防办、医院等多方面的管理。还涉及到行政、专业、管理层等多方面。所以需要将复杂的环境中对复杂的资源进行整合，形成综合的应急资源保障体系，实现资源配置效益最大化。

3.2 基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统

通过分析，本文提出一种基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统，以实现对城市避难系统所需要的物资分布、消耗、补充等主要环节实时监控，实现物资储备及调配安全智能化监管。

3.2.1 系统组成

基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统由调配主机、接口模块、物资管理系统、运输管理系统、调配管理系统组成。物资管理系统主要针对应急物资进行分类统计，运用RFID、蓝牙等技术手段，对物资进行分类、统计、去向分析；运输管理系统主要针对应急物资运送在途进行管理，在物资管理系统基础上，通过GPS、北斗、GIS等技术，采集物资运输车辆（包括火车、飞机等其他交通工具）实时位置，进而分析出到达避难场所所需时间等关键参数；调配管理系统主要针对应急避难场所附近一定范围内各类补充资源的采集；调配主机实现对各类数据的汇总和分析，动态显示目前区域内避难场所物资消耗、持续、补充等数据，为相关部门管理提供数据支撑；接口模块用于和上级指挥系统、平级各类行业管理系统、其他社会单位管理系统进行数据接入和共享，进一步丰富物资的数量、位置、时间等变量，实现基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统数据准确、功能完善。

图2 系统架构图

3.2.2 系统功能

（1）利用物联网技术实现物资在线管理

利用传感器、信号采集终端、传输装置、服务器和有/无线网络组成物资管理系统，一方面可对原先分散在城市不同区域的储备点物资，将其物资种类、数量、有效期等各类信息整合到一个信息平台，使储备点管理从原有静态模式向动态模式发展，确保储备点物资精确和可用，可大大减轻储备点管理人员数据更新的工作量。另一方面物资管理系统可以动态反映出储备物资在利用率、过期时间、相关性等一般系统无法反映出的内在因子，进而预测分析储备物资更新期，寻找最佳社会单位提前做好更新准备，确保储备物资随时可用。

（2）利用传感器技术实现配送自动监控

利用MEMS、GPS、位移、加速度等一系列新型传感器，结合Internet网络的使用，一方面在突破传统车辆管理局限，实现实时、精确的位置定位，集合电子标签等手段，将车辆与物资在数据层面有机关联，形成直观的物资输送渠道。另一方面，利用微型、智能、互联的传感器技术，在物资装配的关键部位对温度、湿度、打开次数等关键参数进行自动获取，实现部分特殊物资在运输过程中的全程安全可靠。

（3）利用大数据技术实现调度统筹管理

利用大数据技术，通过数字化手段采集应急物资“储备—消耗”动态平衡过程中的不同数据，详细保存每一个时间节点、每一个储备中心状态数据和每一个途中物资数据。相关管理人员可通过对物资储备和消耗的程度进行大数据挖掘、分析、处理，结合现有预案、指挥系统，可以在一张指挥平台上显示目前整个城市范围内，应急避难场所的运转状态、持续时间、后续时间，从整体角度科学决策和调度，实现物资利用的最大化。同时根据数据平台，对避难场所的开放作出调整，引导区域内流动、固定人员前往物资储备更为丰富的避难场所进行疏散，进而避免在灾害情况下，简单划块进行疏散的方式，从而提高管理效能和水平。

4 小结

本文通过将高级计划排程技术应用到城市避难体系物资调配中，探索性地建立了一种物资储备及调配的数学模型，并在此基础上，提出了基于APS的城市应急避难场所物资储备及调配系统。系统可以通过APS响应应急物资“储备—消耗”动态需求，快速做出应对策略，提供较为有效的日常管理和灾时响应管理，通过传感器、物联网等感知技术实现对物资的全程监控，改进现有管理技术手段，实现应急物资智能化监管，提升管理部门整体管理水平，进而大幅度提高城市应对灾害的防范处置能力。