数字孪生驱动的城市应急配送动态优化

摘要

突发灾害情景下城市应急物流系统面临需求动态演变、路网通行能力实时波动及库存资源受限等多重挑战，传统静态优化方法难以有效应对环境不确定性。针对上述问题，提出一种数字孪生驱动的应急配送动态优化方法，构建“数字孪生-优化模型-强化学习”三位一体决策框架。该方法包含3个核心组件：一是城市应急物流数字孪生系统架构，通过多源数据融合实现物理系统状态的实时感知与虚拟映射；二是考虑库存动态约束的多周期应急配送调度模型，引入库存平衡方程建立配送决策与仓储状态的跨期耦合关系，以最小化加权响应时间为优化目标；三是基于深度Q网络的自适应决策算法，通过状态特征筛选与动作离散化策略降低求解复杂度，支持动态环境下的实时方案调整。以郑州市“7·20”特大暴雨灾害为背景开展实证研究，结果表明，与顺序决策方法相比，所提动态优化模型的加权响应时间降低21.9%；基于数字孪生的实时决策算法能够在动态环境下保持92.3%的方案可行性；深度Q网络算法的计算效率较精确求解方法提升23.2倍，随问题规模增大加速比最高可达45.1倍。研究成果可为城市应急物流的智能化管理提供理论支撑与方法参考。

关键词

应急物流 / 数字孪生 / 配送优化 / 强化学习 / 动态决策

基金资助

四川省哲学社会科学重点实验室智慧应急管理重点实验室资助项目(2025ZHYJGL-3); 国家社会科学基金资助项目(21FGLB046,24FGLB047); 北京经理学院科技英才支持计划(25KJLH01)