（管理科学与工程专业论文）地震灾害中应急医疗设施选址问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 地震灾害是突发性自然灾害，不论是发达国家还是发展中国家都面临 着地震这样突发性灾害的严峻挑战。为使地震灾害给人类造成的损失极小 化，应急系统的研究受到广大学者的关注。其中应急医疗设施的选址决策 对于应急系统是至关重要的，它是应急医疗系统为应急点提供及时、有效 地服务的前提。 本文主要讨论了地震灾害突发性、低发生率及灾害发生后需要各方迅 速反应等特点下，应急医疗设施的选址问题。在前人研究的基础上，结合 地震灾害应急的实际情况和特点，并对影响选址决策的相关因素进行分析， 建立了应急医疗设施选址模型，给出了相应的求解方法。 在以往的应急设施选址问题中，只是在应急要求的时间( 或距离) 限 制范围内去覆盖应急点，但在地震灾害背景下的应急设施的选址问题中， 地震伤情复杂，伤势的轻重程度不一，这就很难规定一个确定的应急限制 时间，需要从应急点的具体情况出发。由于应急点周围的环境、人口密度 等不同，应急点对时间的满意程度也是不同的。本文以时间满意度为目标， 建立了应急医疗设施选址问题的时间满意度覆盖模型，针对地震中应急医 疗设施选址问题，采用了混合粒子群优化算法求解，并结合算例说明了求 解过程。 关键词地震灾害；应急选址；时间满意度；混合粒子群算法 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 a b s t r a c t e a r t h q u a k ei st h es u d d e nn a t u r a ld i s a s t e r s ，b o t hd e v e l o p e da n dd e v e l o p i n g c o u n t r i e sa r ef a c e dw i t ht h ec h a l l e n g e t h er e s e a r c ho fe m e r g e n c ys y s t e mi s p a i dm o r ea t t e n t i o nb ym a n ys c h o l a r ss o a st om i n i m i z et h ed a m a g eo f e a r t h q u a k e t oh u m a n l o c a t i o nd e c i s i o nf o r e m e r g e n c yf a c i l i t y i s v e r y s i g n i f i c a n tt oe m e r g e n c ys y s t e m ，w h i c hi st h ep r e m i s eo ft h a te m e r g e n c ys y s t e m p r o v i d e st i m e l ya n de f f e c t i v es e r v i c ef o re m e r g e n c yn o d e s b a s e do nt h er e v i e wo ff o r m e rr e s e a r c h ，嬲w e l la sc o n s i d e r i n gt h ea c t u a l s i t u a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so fe a r t h q u a k e ，t h ep a p e re s t a b l i s h e st h em o d e lo f e m e r g e n c yl o c a t i o na n dp u t st h ec o r r e s p o n d i n ga l g o r i t h m s t h ec l a s s i c a le m e r g e n c yl o c a t i o np r o b l e mo f t e nr e g a r d so nt h ep r e m i s eo f s a t i s f y i n gt h ee m e r g e n c ys y s t e m s g i v e nt i m e ( o rd i s t a n c e ) t oc o v e re m e r g e n c y n o d e s ，b u td o e s n tr e g a r dt ot h es a t i s f a c t i o nd e g r e eo fe m e r g e n c yn o d e s ，w h i c h d i f f e r e n tf r o mt h ee n v i r o n m e n t ，t h ed e n s i t yo fp o p u l a t i o n ，e t c i nt h et h e s i s ，w e s e tu pm a x i m a lc o v e n n gl o c a t i o nm o d e lo fe m e r g e n c yl o c a t i o np r o b l e mb a s e d o nt i m es a t i s f a c t i o nd e g r e e i nt h el i g h to ft h i ss i t u a t i o n , w ep r o v i d et h eh y b r i d p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o ni no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m ac a s es t u d yh a s b e e nm a d eu s i n gt h e p r o p o s e dm o d e lb yh p s o ( h y b r i dp a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n ) k e y w o r d se a r t h q u a k e ；e m e r g e n c yl o c a t i o n ；t i m es a t i s f a c t i o n ；h y b r i dp a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密吐使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 姗篡磕师菩 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 本文主要讨论了地震灾害突发性、低发生率及灾害发生后需要各方迅 速反应等特点下，应急医疗设施的选址问题。在前人研究的基础上，结合 地震灾害应急的实际情况和特点，并对影响选址决策的相关因素进行分析， 建立了应急医疗设施选址模型，给出了相应的求解方法。 本学位论文的主要创新点如下： 在以往的应急设施选址问题中，只是在应急要求的时间( 或距离) 限 制范围内去覆盖应急点，但在地震灾害背景下的应急设施的选址问题中， 地震伤情复杂，伤势轻重程度不一，这就很难规定一个确定的应急限制时 间，需要从应急点的具体情况出发。由于应急点周围的环境、人口密度等 不同，应急点对时间的满意程度也是不同的，以时间满意度为目标，本文 讨论了地震灾害突发性、低发生率及灾害发生后需要各方迅速反应等特点 下，应急医疗设施的选址问题，考虑了在规定医疗设施数目的情况下，目 标使应急点总的满意程度最大。 么- 霪 学位论文作者签名，_ 7 、 日期：n 湖1 八 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 长期以来，人类社会的进步常常以其赖以生存环境的不断恶化为代价， 其结果必然是自然或人为灾害的不断增多。当地震、水灾、核泄漏等恶性 事件不断出现在我们周围时，人类对灾害所表现的脆弱和无奈暴露无遗。 如何应对突发自然灾害，是任何国家和社会组织都可能面对的强有力的挑 战之一。建国以来，我国重大地震灾害频发，给人民生命、财产造成巨大 损失，除了对生命的威胁，灾后疫病的爆发与流行还造成一定程度的社会 混乱，给经济增长和社会安定都带来了负面的影响。 2 0 0 8 年5 月1 2 日1 4 时2 8 分，在四川东部龙门山构造带汶川附近发生 了8 0 级强烈地震。此次地震不仅在震中区附近造成灾难性的破坏，而且 在四川省和邻近省市大范围造成破坏，其影响更是波及到全国绝大部分地 区乃至境外，是新中国建立以来我国大陆发生的破坏性最为严重的地震。 随后全国人民便投入到了紧张的抢险救灾的工作中去，截至6 月7 日1 2 时， 四川汶川地震已造成6 9 1 8 1 人遇难，3 7 4 1 7 1 人受伤，失踪1 8 5 2 2 人，累计受 灾人数4 6 1 6 2 1 6 5 万人；根据国家汶川地震专家委员会调查评估，这次汶 川地震造成的直接经济损失8 4 5 1 亿元人民币，四川最严重，占到总损失的 9 1 3 ，甘肃占总损失的5 8 ，陕西占2 9 。面对突如其来的大规模自然 灾害，如何组织进行有效的地震灾难救助救治刻不容缓、至关重要。同时， 如何开展有效的救治工作，也有很多问题需要科学对待。此次地震主要发 生于四川境内，汶川县为震中地区，波及范围多属山地特征，震后地貌变 化巨大，交通阻断。如果在地震发生第一时间有相应的应急医疗设施集中 大量的应急物资和服务来救助伤员，将很大程度上减少伤亡人数，人力、 财力等损失也会降到最低。 1 2 研究的目的及意义 我国是世界上地震最频繁、灾害损失最为严重的国家之一。由于我国 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 地处欧亚板块的东南部，受西太平洋地震带和喜马拉雅地中海地震带 地震活动的影响，地震大多是大陆板块内地震，具有震源浅、频度高、强 度大、分布广的特点。从本世纪初到2 0 0 8 年，中国境内发生6 级以上地震 6 0 0 余次，其中7 0 - 7 9 级地震近百次，8 级和8 级以上1 0 次。另据统计， 在全球大陆地震中，中国大陆地区所占比例约3 0 。由于我国人口众多，建 筑物的抗震性能差，地震的成灾率非常高，仅建国以来，我国死于地震的 人数高达3 5 万余人，伤残逾7 0 多万人，直接经济损失达数千亿元，给人 们心理和生理带来的创伤更是长时间难以抚平的。 地震灾害对人类的破坏是全方位的、持续永久的。它不仅对当代人类 生命财产造成破坏，影响社会稳定和人民正常生活，而且造成对资源和环 境的破坏，危害后代人的生存发展基础。随着社会经济的发展，灾害的发 生不再是单纯自然的结果，人类已经成为灾害的致灾源之一，天灾人祸严 重威胁着社会的生存发展。 地震灾害是不以人们意志为转移的，但人们的主观能动作用，可以直 接、有效地减轻地震灾害。地震前后应急工作处置是否及时、迅速、高效， 直接关系到能否把灾害减轻到最低程度。国内外多次地震证明，地震发生 时，灾害随时间以指数关系增长。据统计，震后半小时内，救治被压人员 存活率9 5 ，第一天为8 1 ，第二天5 3 ，第三天3 6 。可见地震应急救援 工作对于迅速消除地震灾害具有至关重要的作用，也是救灾工作取得成效 的关键【l 】。 和突发公共卫生事件不同，在战斗打响前后勤保障都已有了充足的储 备，而且有一套完善的物流系统和物流规划。而对于突发自然灾害，往往 平时没有赈灾物资的储备，其发生后由于种种原因造成的物资供应不足或 过剩、急救时间延误、交通堵塞、环境污染等都直接影响到救援工作的顺 利展开。由于地震具有不可预知、灾难性、时效性要求高的特点，在地震 发生后的抢险救灾中，如何对各种救灾医疗物资进行有效配置和合理布局， 是一项至关重要的战略决策。地震灾害中应急医疗设施的选址决策重要性 在于：地震灾害应急医疗救援设施的合理布局( 包括设施是否设置在城市的 合理位置上，以及其合理的规模是多少) ，不仅在城市抗震救灾的投入降低 成本，而且还能保证在紧急阶段相应的时效性，在应急医疗设施的保证下， 快速、高效、准确的应急医疗物资、医疗救助服务等多方面的工作，从而 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 避免可能导致的更大程度上的人员伤亡和生命财产损失。 因此，本文通过对突发自然灾害地震和应急医疗设施选址问题相 关知识的深入分析，希望能为未来应急医疗设施的规划提供建议；通过对 应急救医疗设施选址的影响因素的分析，探讨合理选址的量化模型，希望 能为应急医疗设施实际选址的应用提供可行的、易操作的方法，使应急医 疗设施能快速且尽可能地覆盖应急需求区域，从而提高救援工作效率和服 务水平。 1 3 国内外研究现状 长期以来，人类社会的进步常常以其赖以生存环境的不断恶化为代价， 其结果必然是自然或人为灾害的不断增多，比如地震、水灾、火灾、交通 事故等紧急事件发生时，都需要有相应的应急或快速反应系统及时地进行 处理。 国际学术界非常注重对应急问题的研究，但是由于该领域的研究尚在 起步阶段，许多基础性工作迫切需要完成，主要表现在： ( 1 ) 应急设施点的最优分布结构，即在一个区域内物理上确定一些点作 为应急点，当事故发生时，可以从这些应急点可能选择一个也可能选择多 个调运物资以参与应急，一般要求用尽可能少的点来覆盖整个区域。 ( 2 ) 应急点的不确定性描述，即根据现象可能是模糊不确定的输入信息 准确描述事故地点的位置和事故性质，以决定应该采取的应急措施。 ( 3 ) 应急资源的配置问题，即事先确定每个应急应配置的资源数量。 ( 4 ) 紧急物资的调度问题，该问题研究事故发生时，如何确定应急点、 相应的应急物资数量及各自的行驶路线。应急或快速反应系统中应急点的 分布结构影响着整个系统的快速反应能力，从而确定应急点的最优分布结 构是建立应急或快速反应系统的基础性问题。而众所周知，应急问题最显 著的特点表现在时间的紧迫性，或者说具有时间的限制。因此应急点的选 址问题也称为应急设施的选址问题。 选址问题最早是由a l f r e dw e b e r l 2 1 于1 9 0 9 年提出的，当时他是为了在 平面上选择一个仓库地址，使得仓库到多个顾客之间的总距离最短，他在 欧式空间里建立了一个l 一中位模型，这就是著名的w e b e r 问题。从此正 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 式开始了选址问题理论的研究。选址问题在社会生活的各个方面有很广泛 的应用。比如物流配送中心、工厂、仓库、垃圾处理中心、消防站、急救 中心、报警中心等，选址的好坏直接关系到服务的效率、质量和成本。尤 其现在全世界提高了重视预防和控制突发性灾害事件的警惕程度，应急选 址问题更为人们所关注。这是因为将应急服务点置于合理的位置，不仅可 以降低成本，而且还能够保证提供应急物资的时效性，从而避免了可能导 致的更大损失。 1 3 1 国外研究现状 国外设施选址问题的研究开始很早，在理论和实践上都取得了令人瞩 目的成绩。1 8 世纪p i e r r ed ef e r m a t ，e v a g e l i s t i c a t o r r i c e l l i 和b a t t i s t a c a v a l l i e r i 就提出了基本的欧几里德空间中位问题，1 9 0 9 年，w e b e r 以仓 库到顾客间的总距离最小化来选择仓储设施的最佳位置。1 9 2 9 年h o t e l l i n g 提出了由城市经济关系所引出来的区位竞争理论，主要针对运输成本、固 定成本与变动成本之间的转换。而在此阶段之前的研究皆停留在理论性的 探讨，直到1 9 6 4 年由h a k i m i 3 1 提出了p 一中位理论，并以线性规划方式求 解最佳选址的问题，设施选址的理论实用性才被使用。此后，则以设施选 址理论作为根基，并改善设施选址的整体模型，以符合现实状况。他用布 尔函数法枚举出所有的定点覆盖，求得了最少数目的中心，覆盖了所有在 特定的最大距离之内的需求点，这是紧急救援选址问题最早的雏形，但只 适合问题规模不大的情况。 传统的设施选址问题基本上都是静态确定型选址问题，通常分为p c e n t e r 问题、p m e d i a n 问题和覆盖问题等几类问题。在应用这些静态模 型时，学者们发现了静态选址模型的局限性，从而开始用一系列的静态确 定型选址模型来解决多阶段的动态选址问题。在动态选址问题中，模型中 的参数随时间的变化是确定的，然而在一些实际问题中，运行时间、建设 成本、需求点位置、需求数量等参数都可能是不确定的，因此又出现了随 机选址模型。下面总结这几类问题的国外研究现状。 1 、静态选址问题 p c e n t e r 问题是考虑p 个设施点使需求点到设施点的最大距离最小 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 化问题，最早由h a k i m i 在1 9 6 4 年提出，h a k i m i 和k a r i v 4 1 证明了p 一中 心问题为n p 问题。考虑p 个设施点的位置，使最坏的情况最优，如使最大 反应时问最小、使需求点与最近设施的最大距离最小或使最大损失最小等， 所以也叫极小化极大问题，最优目标值也叫卜半径。这是一种保守的方法， 通常在军队、医院、紧急情况和有服务标准承诺的服务行业中使用，有时 也称作“经济平衡性 目标。 p m e d i a n 问题是考虑p 个设施点使需求点到设施点之间加权距离最 小化的问题。通常是使成本最小，如使总( 平均) 运输距离最小，使总( 平均) 需求权距离最小，使总运输时间最少，或者使总运输费用最小等，故又称 为最小和问题。这种目标通常在企业问题中应用，如工厂、仓库的选址等， 所以又叫“经济效益性”目标。公共设施的选址也可以采用这个标准衡量 选址的效率，如学校、图书馆、邮局的选址等。 覆盖问题主要有两种基本的模型：集合覆盖模型和最大覆盖模型。 集合覆盖问题是研究在满足顾客要求的前提下，求取设施数最小的问 题。t o r e g a s i s i 最早建立了集合覆盖问题的模型，当每个设施的安置费相同 时，问题简化为用最少的设施覆盖所有需求点。 最大覆盖问题是研究设施数目和服务条件已知的前提下，求解使设施 服务范围最大化的设施数问题。c h u r c h 和r e v e l l e 【6 】最早建立了网络最大 覆盖问题的模型，并证明该模型为n p 问题；h o g a n t 7 】和d a s k i n f 8 】都研究了 以服务设施可以覆盖的顾客期望值最大为目标，考虑服务设施的繁忙概率 的最大覆盖模型；b r o t c o r n e ，l a p o r t e 和s e m e t 【9 1 对应用于急救社会司的 覆盖问题的静态、动态、决策模型做了一个全面的综述。 虽然p _ _ c e n t e r 问题、p _ m e d i a n 问题、覆盖问题在很多方面有较大差 异，但它们也有密切的联系。集合覆盖模型要求覆盖所有的需求点，即确 保一定“质量的服务，质是指达到覆盖距离，量是指覆盖所有需求点。 此时所需设施数往往超过实际承受能力，由此，必须松弛一些要求，如降 低服务的质或量。如果给定设施数，并保质降量，且使量最大，即必须达 到覆盖距离，但不必覆盖所有需求点，此时即为最大覆盖模型。如果保量 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 降质，且使最差服务的质最优，即覆盖所有需求，但不必满足覆盖距离， 此时即为p - c e n t e r 问题，如果使服务的平均质最优，即为p - m e d i a n 问题。 另外，通过一个简单的距离变换，p - m e d i a n 问题可化为最大覆盖问题，故 可认为后者是前者的特例。 2 、动态选址问题 设施选址问题是属于战略层的决策问题，设立一个新设施将会是一项 时间跨度较大的项目，因此期望所建立的设施在建成后的一段时间内都能 够很好地实现既定目标。在设施生命期内，周围环境的变化可能会使原来 适合建立设施的地点变得不合时宜，因此选址模型需要考虑到将来的变化。 使选定的设施位置在将来一段时间内仍保持最优性。也就是说，决策者不 仅要选一个在当前时间需求情况下最优的设施位置，而且在将来情况发生 变化后仍然最优的设施位置。 b a l l o u 【1 0 】第一个提出了动态选址问题，他提出静态、确定型选址模型 在应用上没有考虑到时间的变化，并研究了如何选择一个仓库使其在规划 期内实现利润最大化。他的方法是在决策期内的每个阶段，求解出最优仓 库位置，建立一个“好位置 集合，然后使用动态规划方法来求出决策期 内一系列最优位置集合。s w e e n e y 和t a t h a m 在b a l l o u 的基础上提出了改进 方法。由于这些方法都没有考虑到设施建设所需要的时间，所以 w e s o l o w s k y 【l l l 研究了一个无约束的有限规划时期的单设施选址问题，他在 其中加入了再选址成本。d r e z n e r 和w e s o l o w s k yf 1 2 】研究了一个成长型城市 的设施选址问题，这个城市的人口数量随时间在发生变化( 可预测的) ，这 就意味着随着时间变化，需求量也在发生变化，只是这些变化是确定型的。 他们的目标是找出一个设施位置，使其在规划时期内的成本最低。 c a n e l 【1 3 j 研究多个设施在分阶段时期的选址分配问题，并应用动态 规划法解决了该问题；t a p i e r o 【1 4 】研究了考虑设施容量和运输成本情况下的 动态选址一分配模型；g u n a w r d a n c e f l 5 】研究了动态的集合覆盖问题和最大覆 盖问题，并将其运用到了公用设施的选址决策中；d r e z n e r l l 6 提出了渐进式 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 p m e d i a n 问题，研究了需求随时问分阶段变化、设施分阶段选址的中位 问题，并建立了该问题的非线性模型，用启发式算法找到了局部最优解。 3 、随机选址问题 静态、确定型模型假设输入的参数值是确定的，或在一定时间内是确 定的动态选址研究的是在将来一定规划期内针对可预测变化的设施选址问 题，因此输入参数也可认为是确定的。为了解决实际决策中需求参数不确 定的问题，学者们提出了随机选址模型。根据需求情况的不同，可分为概 率随机模型和多情形随机模型。 在概率随机模型的相关研究中，b e r m a n 和k r a s s z t l 对需求为随机变量 的设施选址问题做了详细的总结和评述；m i r c h a n d a n i 和o d o n ip s i 在h a k i m i 早期研究网络中位问题的基础上，研究了在边长服从随机分布的随机网络 上的中位问题；m i r c h a n d a n id g 研究了在运行时间、服务时间、供应与需求 等都随机变化的条件下的p m e d i a n 问题；r e v e l l e 和h o g a n i 2 0 】提出了考 虑车辆可达性的a 可靠度的p c e n t e r 问题：w a n g 、b a t t a 和r u m p t 2 1 1 研 究了在客户需求随机的条件下，考虑预期排队等待时间的设旌选址问题， 并给出了贪婪、禁忌和基于拉格朗日松弛的分支定界逼近算法，并进行了 计算的比较分析。 在多情形随机模型的相关研究中，v a n s t o n 2 2 】研究了区分需求多情形的 方法和步骤；a v e r b a s k h 【2 3 l 运用多情形的方式研究了需求不确定条件下最小 遗憾度的网络p 一中心问题；s e r r a 、r a t i c k 和r e v e l l e l 2 4 1 、s e r r a 、 m a r i a n o v l 2 5 l 研究了网络上需求多情形条件下，占有需求份额的最大问题， 建立了目标函数为占有最小需求最大和最大遗憾度最小两个模型，并成功 地将模型应用到巴塞罗那的消防站选址决策中。 4 、竞争环境下的选址问题 由于大多数的选址问题都是建立在垄断环境的假设前提下的，即服务 设施只提供单一的产品或服务，整个市场只有一家企业垄断。在垄断假设 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 前提下建立的选址模型与实际中很多竞争情况下的选址问题是不相符的。 因此，竞争环境下的选址问题成为研究的热点，该问题最早由h o t e l l i n g 【2 6 1 提出，他在1 9 2 9 年首先提出了两家卖主垄断的寡头市场竞争模型；在此假 设前提下，h a k i m i 【2 7 1 研究了竞争环境下的p 一中位问题；r e v e l l e l 2 8 研究 了在市场中己存在零售网点的条件下，新进入市场的网点如何选址使得其 获取的市场份额最大的问题，建立了最大市场份额的选址模型；d r e z n e r t 、 d r e z n e r z 和s a l h i l 2 9 1 提出了应用模拟退火和a c e n t 相结合的算法解决新建 设施市场份额期望最大的竞争选址问题；b e n a t i 3 0 1 提出了应用一种改进的 分支定界法求解不带容量限制的竞争型选址问题。 相对于设施选址的研究开始较早，应急设选址问题的研究则开始较晚。 1 9 7 1 年，c t o r e g a s 3 1 1 等人才正式提出了应急设施的选址问题。他们对这 个问题的描述是一个城市要建立应急设施，比如消防站，如何在已知数目 。的区位中选取最少的一些区位来建立设施，使得在规定时间或者距离内能 够给所有需要应急服务的地区都提供应急服务。他们把每个区位抽象为网 络中的一个顶点，每两个顶点之间连一条边，边权为两个区位之间的距离。 应急设施就设立在项点上，而服务对象就是网络中的所有顶点，于是将问 题转化为求一系列的目标函数中费用相等的特殊的集合覆盖问题。其中， 这些集合分别是由位于每个需求点的特定时间或者距离在内的可能的设施 组成的。对于每个需要覆盖的需求点对应一个约束条件，并用线性规划求 解了该覆盖问题，并增加了一个割平面约束来解决出现的分数解的情况。 在传统的确定性集合覆盖模型的基础上，v l a d i m i rm a r i a n o v 和 c h a r l e sr e v e l l e l 3 2 1 考虑到服务设施经常处于服务状态的情况，提出了随机 性集合覆盖模型。 m a s o o da b a d r i 、a m rk m o r t a g y 和c o l o n e la 1 ia l s a y e d1 3 3 利用目标 规划方法建立了消防站选址的多目标数学模型，该模型不但考虑了传统选 址模型的时间、距离目标，还考虑到了与费用相关的目标。 l u i s1 3 4 1 在m c l p 模型的基础上，提出了h c l p ( h i e r a r c h i c a lc o v e r i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 l o c a t i o np r o b l e m ) ，该模型是m c l p 模型的两层推广。 有许多研究学者将覆盖度扩展为多元形式，在完全覆盖与不被覆盖之 间提出了“部分覆盖 的观点。b e r m a n 和k r a s s 3 5 】由此给出了广义最大覆 盖选址模型g m c l p ( g e n e r a l i z e dc o v e r i n gl o c a t i o np r o b l e m ) 。在g m c l p 模型中，每个节点i 都能被覆盖，只是覆盖的程度有所不同，而目标依然 是使被覆盖节点的总权重达到最大。 其他国外学者也对应急设施选址问题做了一些研究。h o c j b a u m 和 p a t h r i a 3 6 1 认为应急设施选址问题在所有时间段上必须满足最大运行距离 最小化。由于在每个分散的时间段上到任何一个设施所需的费用和距离是 变化的，因此他们用k 个基本网络代表不同时间段，用多项式3 一近似算 法获得了每个问题的解决方法。t a l w a 3 7 1 r 利用p c e n t e r 模型去定位并 且分散三架紧急营救飞机满足日渐增长的应急医疗服务的要求。该模型主 要是为了解决像在a l p i n e 山脉的南北段滑雪和攀岩等旅游事件中的突发事 故，目的是使最大反应时间最小化并且运用有效的启发式算法解决此问题。 1 3 2 国内研究现状 国内应急设施选址问题的研究起步较晚，可供参考的文献较少，其中 有代表性的研究有： s y d e n yc k c h u 和l i s ac h u 3 8 1 提出了香港医院的选址及其资源配置模 型的框架，其中包括两个方面的优化决策：( 1 ) 新医院地址的选择以及旧医 院地址的重新分布；( 2 ) 资源的配置规划，包括新医院床位数量的设置以及 旧医院床位数量的重新设置，他们的研究成果已成功应用于香港的医院管 理局。 方磊、何建敏1 3 9 】系统的研究了应急管理中的应急系统选址问题，建立 了综合f l i p 与目标规划的两阶段应急是、系统选址模型，既考虑了选址决 策中的各种因素，又解决了具有不同度量单位和相互冲突目标的多目标决 策问题，并给出了多种条件下最优方案的求解算法。还将基于偏好d e a 的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 方法引入选址模型，采用多个数量指标进行测量、分析和评估，并综合a h p 方法，使客观分析与主观评价相结合。 张敏、杨瑶1 4 0 1 等考虑了一类带双重机率约束的多目标应急服务设施选 址问题，需求点的需求及服务站所能提供的满意服务均带有机率约束，且其 可靠性由需求点与服务站之间的距离决定。在兼顾考虑了服务效益最大化 及利益公平性的基础上建立了多目标选址模型，并给出了解决问题的启发 式算法。 陈志宗和尤建新【4 1 】考虑应急设施的公平性和效率性，整合了传统选址 模型中的最大覆盖模型、p c e n t e r 模型和p m e d i a n 模型而建立了一个 多目标决策模型，并通过实例讨论了模型的求解方法。 黄轩1 4 2 1 结合绝对中心点模型，同时考虑了应急系统的时间紧迫性和应 急系统的运行有效性，确立了一种以遗传算法优化选址的模型，并详细说明 了遗传操作方法的设计，并通过实例证明其算法的有效性与通用性。 朱宝进【4 3 】结合p - 中值模型和p _ 中心模型，统一应急需求点的权重距离 和与整个应急系统的应急反应期，建立了单点的双目标网络连续选址模型 和多点的双目标网络连续选址模型，通过遗传算法分析了模型的求解过程。 王文峰、郭波等基于传统的最大覆盖模型提出了应急服务设 淹的多 级覆盖选址模型，基于分布估计算法( e s t i m a t i o no fd i s t r i b u t i o n a l g o r i t h m s ，简称e d a s ) 提出了模型的启发式求解方法，并基于实验结果对 算法参数选取给出了参考意见。 目前，已有不少研究涉及应急系统选址问题，但是应急服务设施地址 的选择涉及的因素极为复杂，如经济因素、技术因素、社会因素、安全因 素等。这些影响因素又可以分成定性因素和定量因素，所以应急服务设施 的选址应综合运用定性和定量分析相结合的方法。 由于设施选址的重要性，该问题在教育、医疗等公共事务管理领域、 物流配送网络建设等经济领域都得到了广泛、深入的研究，也取得了诸多 研究成果。由于量化模型与实际选址问题还存在一些差别，因此，对于实 际问题，应根据其特点和影响选址的因素建立适合的选址模型，选择合适 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 的方法求解。 1 4 研究内容与流程图 国内外学者对设施选址问题已经作了大量研究，开发了许多模型用于 解决各种选址问题，然而这些选址问题的研究，并不能完全应用于解决地 震灾害中应急医疗设施选址问题，在以往的应急设施选址问题中，只是在 应急要求的时间( 或距离) 限制范围内去覆盖应急点，但在地震灾害背景 下的应急设施的选址问题中，地震伤情复杂，伤势的轻重程度不一，这就 很难规定一个确定的应急限制时间。由于应急点周围的环境、人口密度等 不同，应急点对时间的满意程度也是不同的，考虑以时间满意度为目标， 建立了基于规定的医疗设施数目的时间满意度覆盖模型，并通过混合粒子 群优化算法实现了该模型的算例分析。 本文研究的主要内容： 1 、归纳设施选址经典模型、选址方案综合评价等相关文献与理论。 2 、对地震灾害紧急医疗救援特征和误区的分析，以探讨在其特性下的 应急医疗设施选址问题。 3 、根据前述分析，归纳出地震灾害背景下的应急医疗设施选址特征； 总结设施选址一般性原则和影响因素，探讨地震灾害中应急医疗设 施选址的影响因素。 4 、考虑了规定的应急设施数目的情况下，地震伤情应急限制时间的不 确定性，以时间满意度为目标，建立了应急选址的时间满意度覆盖 模型，并通过混合粒子群优化算法对模型进行了算例分析。 本文的内容可分为绪论、地震紧急医疗救援及应急设施选址相关理论、 地震灾害中应急医疗设施选址特征、原则及影响因素分析、地震灾害中应 急医疗设施选址的时间满意度覆盖模型及总结五个部分。本文的研究流程 见图1 - 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 图1 - 1 研究流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第2 章地震紧急医疗救援及应急设施选址相关理 论综述 地震灾害是突发性自然灾害，不论是发达国家还是发展中国家都面临 着地震这样突发性灾害的严峻挑战。发展中国家因其抵御能力低，救治能 力和组织管理水平低，同样规模的地震灾害会造成比发达国家更大的损失， 必须深人研究地震所致伤亡及其救援的特点，才能更好地救治伤员。地震 本身所造成的伤亡虽然巨大，但在救灾中因为行为不当而加重的人员伤亡 和物资损失也不可低估，在某种程度上，也可称之为一种灾害，有时甚至 超过灾害本身，这一问题在救灾水平较低的国家尤为突出。我们对此必须 高度重视，将地震灾害纳入医疗救援的主要任务之一。 地震极其频繁，全球每年发生约5 0 0 万次。与旱灾、水灾、风灾、泥 石流、山崩、农作物病虫害等灾害相比，地震具有以下特点【4 5 1 ： ( 1 ) 突发性强 地震一般是在平静的情况下突然发生的自然现象。强烈的地震可以在 几秒或几十秒的短暂时间内造成巨大的破坏，严重的顷刻之间可使一座城 市变成废墟。尤其发生在夜间的地震，后果更为严重。如唐山大地震发生 在凌晨3 点4 2 分，当时人们正在酣睡，事先毫无警觉，结果伤亡惨重，造 成经济损失上百亿元以上。 ( 2 ) 破坏性大 ， 发生在人口稠密、经济发达地区的大地震，往往可能造成大量人员伤 亡和巨大经济损失。据有关资料记载，1 5 5 6 年陕西华县8 o 大地震，死亡 8 3 万人；1 9 7 6 年唐山7 8 级大地震，死亡2 4 万多人。据统计本世纪以来， 全世界因地震死亡的人数达1 0 0 多万人，占各种自然灾害死亡总数的5 4 ， 平均每年所造成的经济损失高达几十亿美元。 ( 3 ) 成纵性 在一个区域，或者一次强烈地震发生后，为调整区域应力场，或岩石 破裂的延续活动，往往在某一时间内地震活动呈成纵性出现，连续造成灾 害。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 ( 4 ) 续发性 强烈的地震不仅可以直接造成建筑物、工程设施的破坏和人员的伤亡， 而且往往引发一系列次生灾害和衍生灾害，造成更大的破坏。如由地震灾 害诱发的火灾、水灾、毒气和化学药品的泄漏污染，以及细菌污染、放射 性污染等，还有滑坡、泥石流、海啸等次生灾害等等。 ( 5 ) 社会影响深远 大地震由于突发性强、伤亡惨重、经济损失巨大，往往会产生一系列 连锁反应，对于一个地区甚至一个国家的社会生活和经济活动造成巨大冲 击，因此往往会引起社会、政府乃至国际上的高度重视。同时，一次地震 的破坏区虽然有限，有感范围却很大，波及面广，对人们心里上的影响也 比较大，这些都可能造成较大的社会影响。 2 1 地震灾害的紧急医疗救援 地震对人类危害巨大，其主要特点是瞬间造成大量人员伤亡，急需派 遣大量医务人员和医药物资进行救援，其伤员在地域分布、挖掘、抢救及 伤病种类等方面都有特殊性，对医疗救援要求高，并已成为一个突出的社 会医学问题。本节探讨了地震医疗救援的特点和以往地震医疗救援中存在 的一些误区f 4 6 j 【4 7 l 。 2 1 1 灾情报告 地震灾害发生地的医疗卫生单位或人员，应当及时将灾情报告其所在 地的卫生行政部门，地震发生地丧失报告能力的，由相邻地区政府卫生行 政部门、医疗卫生单位或医疗卫生人员履行报告程序。卫生行政部门接到 灾情报告或救援指令后，应当立即通知有关单位，组织现场抢救，并及时 报告当地政府和上一级卫生行政部门。 地震灾害医疗救援情况报告内容：地震发生的时间、地点、伤亡人数 及种类：伤员的主要伤情、采取的措施及医疗资源的投入情况：急需解决 的卫生问题、卫生系统受损情况、疫情情况等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 2 1 2 灾害快速评估 破坏性地震灾害要求快速评估，最好在2 4 小时内完成，根据有关资料 提示，地震灾害地区死亡，往往发生在4 8 小时以内。 快速评估的内容：估计伤亡人数、评价损伤的严重程度( 如需要或者不 需要在2 4 小时内入院治疗) ，损伤类型( 如裂伤、骨折) 、损伤部位( 如头 部、胸、背、腿) 、受伤人员的大致年龄和性别分布等。最早的评估通常 需要在灾害发生后2 4 小时内做出，以指导救援，但是，在许多地震灾害中， 此期间估计出伤亡者数目是很困难的，可以根据以往地震灾害的经验以及 地震等级、人口密度、建筑物结构和地震发生时间等方面进行评估。 2 1 3 震后应急 破坏性地震发生后，卫生部门应当立即组织急救队伍，利用各种医疗 设施或者建立治疗点，抢救伤员，及时检查、监测灾区的饮用水源、食品 等，采取有效措施，防止和控制传染病的暴发流行，并向灾区人民提供精 神、心理卫生方面的帮助。医疗部门应当及时提供救灾所需药品，其它部 门应当配合卫生、医药部门，做好为卫生防疫以及伤亡人员的抢救、处理 工作。 2 1 4 合理分配救灾人员 破坏性地震在较大区域内瞬间造成大量伤员，其分布广而散，地震的半 径可达数百公里甚至更远，造成广阔地域内伤亡者星罗棋布的局面。因此 必须立即组织大批救援力量，划分区域、明确分工，全面展开救治，尽早 使大多数伤员得到救治。灾区受损严重，建筑倒塌或毁坏，大批伤亡者和 物资被埋压，自救能力有限，必须及时组织大批人员物资，迅速奔赴灾区。 地震救灾人力必须充足，但绝不是越多越好。一方有难，八方支援，场 面轰轰烈烈，其他人员往往多于真正救灾的和受灾的人，灾区本来就不堪 重负，这些人更加重了灾区的负担，分散了救灾人员的精力，这种无形的 损失也是不容忽视的。因此，震后要立即派先遣和分配人力，弄清伤员主 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 要分布区域，统一合理调遣和分配人员。 2 1 5 有效管理救灾物资 震后灾区的设备物资多被压埋或破坏，震后紧急援救急需大批药品、器 材和其他物资。现代建筑倒塌后，靠一般的手工工具很难挖救，救援者必 须有大量的专业救援物资和设备，必须有特别的机动能力和突击救治能力。 灾区破坏严重，水、电、食品、住宿和药品等来源困难，生活保障条件极 其艰苦，救灾队伍必须有良好的自我生存能力和后勤保障能力，否则自身 难保，无从救灾。 震后早期，急需大量急救物资，但常常不能及时送到。到中后期，又常 常发生救灾物资过剩和品种调配不当等现象，积压、浪费等现象时有发生。 我国目前并不富裕，应需要什么给什么，用多少送多少，减少不必要的损 失浪费。因此，震前要有物资储备，震后根据需要及时供给，同时必须制 定有效的管理和调控措施，救灾物资要及时充分，但要防止“物资之灾 。 2 1 6 其他伤病不可忽视 地震伤员一般以机械性损伤为主，但除此之外，还经常伴发次生灾害 或继发灾害，如火灾、水灾、化学毒物泄漏等，从而出现烧伤、淹溺、化 学伤、中毒及其他伤病，因此地震所造成的伤类、伤情复杂，救治困难。 因此，救援时要充分考虑可能发生的灾情，尤其是次生和继发性灾害所造 成的伤病，充分做好救治准备。强震后房倒屋塌、亲人伤亡，对生存者造 成强烈的精神刺激，可引发心理和精神障碍性疾病，加重了震后社会的不 稳定，国内外均已引起重视，并积极采取防治措施。 2 1 7 避免救援误区 对于压在废墟中的幸存者而言，成功的救援经常意味着危险的开始， 而不是结束。在地震受灾人员救治中，有两个问题要特别引起注意，其一是 在救援和搬运脊柱骨折伤者时，因方式不当，极易引起脊髓损伤：其二是挤 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 压伤未能得到及时识别和适当处理，导致挤压综合征的发生。为什么从废墟 下抢救出来的伤员，肢体“非常完好 ，但必须截肢? 为什么许多重伤员 在送往后方医院过程中会不明猝死? 这很可能是“挤压综合症( c r u s h s y n d r o m e ) 在作怪。关于挤压伤，是指局部挤压损伤1 小时以上所引起的 伤者机体一系列病理改变，如果不加提防，这种在地震后最容易出现的“杀 手”，、就会夺去很多侥幸在地震中脱险伤患的生命。 2 2 应急选址问题常见模型 医疗设施是依照国家法定程序，被国家批准设立的从事疾病诊断、治 疗等活动的卫生设施。医院是医疗设施的主要组成形式，此外，社区医疗 服务站、疗养院、卫生所、小诊所以及急救站等也都属于医疗设施。而应 急医疗设施，顾名思义，它相对于普通医疗设施的区别就体现在“急”字 上，本文定义它是在正常生产、生活中发生大量人员伤亡等突发事件的情