本文是一篇企業管理論文，本文研究了蓄意攻擊背景下危險品運輸安全監管演化博弈問題。首先構建了政府-企業-攻擊者三方的演化博弈，對均衡策略進行初步分析；其次引入了政府動態懲罰機制和動態懲罰-補貼機制，采用系統動力學仿真分析了動態懲罰機制和動態懲罰-補貼機制下的局中人的演化穩定策略。

第一章緒論

1.1研究背景及意義

1.1.1研究背景

聚焦我國經濟發展，工業發展是促進經濟增長重要因素。根據《2019年國民經濟和社會發展統計公報》，我國全年全部工業增加值為317,109億元，相比2018年增長了5.7%。其中，化學原料和化學制品制造業比上一年增長了4.7%[1]。眾所周知，化學原料和化學制品包括廣泛的危險化學品（以下簡稱危險品），例如石油、天然氣、一氧化碳等，所以化工行業的發展直接帶動了危險品運輸業的發展。《2020年中國危化品物流行業年度運營報告》（以下簡稱報告）顯示，基于2014-2019年危險品物流市場規模的預測，2020-2025年我國危險品物流市場仍然呈增長趨勢[2]，見圖1-1。報告顯示，2020年，危險品物流市場規模或超過2萬億元。在運輸能力方面，道路運輸量可達12億噸，鐵路運輸量達1.3億噸以及水路運輸量達4億噸，顯然道路運輸是這3種危險品運輸方式中最主要的運輸方式，占比約為69%，見圖1-2。

1.2文獻綜述

1.2.1危險品運輸問題研究

危險品運輸問題屬于運籌優化領域的一個子應用研究問題。危險品運輸問題因危險品的有害性質，例如有毒、易燃、易爆、易腐蝕等，一直受到廣大研究人員和社會人士的熱切關注。早期，Peirce和Davidson在1982年率先提出了危險廢物運輸的線性規劃研究[11]，List等詳細討論了1980年以來危險材料運輸中風險分析、路由與調度和設施位置等領域所做的研究及方法，總結了單一目標優化到多目標的研究，指出了將風險分析與路由相結合的工作案例和路由與設施位置相結合的工作案例[12]。1987年，加拿大學者Fredericton組織了關于危險氣體運輸和儲存中主要風險的國際會議，拉開了危險品運輸的研究帷幕，會議的多個討論主題圍繞風險評估展開[13]。2007年，Erkut等從研究內容角度將危險品運輸問題分解為風險評估、路徑規劃、設施與路徑規劃和網絡設計的研究問題[14]。為了掌握近年來危險品運輸問題的研究概況，本文首先對相關研究進行文獻計量分析。以美國科學情報研究所(Institute for ScientificInformation，簡稱ISI)開發的Web of Science網站作為文獻檢索系統，選擇SCI、SSCI、A＆HCI、CPCI為引文數據庫，使用“危險品”和“運輸”的英文及其擴展英文的組合作為關鍵詞進行搜索，檢索關鍵詞及結果見表1-1。其中，符號*表示對應單詞的擴展詞語。例如，“rout*”可以檢索出“routs”、“routing”等以“rout”為詞根的詞語。檢索文獻通過去重篩選共得到326條數據。下面采用Citespace軟件對所得數據庫進行文獻計量分析。

第二章理論基礎

2.1圖與網絡

在圖與網絡中，圖是可以反映對象之間關系的一種工具[89]。其中，“對象”可以是城市、工廠、人、道路路口等，“關系”可以是貿易關系、邏輯關系、業務關系、連通關系等。圖由節點和連接節點的線段構成。一般地，“對象”由節點表示，“關系”由線段表示。圖可以根據邊的方向性分為有向圖和無向圖。拓撲（Topology）是一種不考慮物體的大小、形狀等物理屬性，而僅僅使用點或者線描述多個物體實際位置和關系的抽象表示方法。拓撲理論因為不受物理因素的影響，關注多個物體之間的相互關系而應用廣泛。從以上定義可以看出，圖與拓撲本質上有一定的相似性。1736年，瑞士的數學家Leonhard Euler在論文中基于拓撲理論解決了著名的七橋問題，開啟了網絡拓撲（Network Topology）的新紀元[89]。1845年和1847年，Gustav RobertKirchhoff先后將網絡拓撲拓展到電網絡，進一步豐富了網絡拓撲的應用領域。

目前，網絡拓撲結構已經被學者廣泛用于研究中，例如，能源領域，蔡巍等基于能源互聯網的基礎信息構建了網絡拓撲，研究了從國家到區域級網絡拓撲結構模型[90]；金融領域，何奕等針對復雜金融網絡中的問題，構建了4種網絡拓撲結構，研究發現不同的網絡拓撲結構對系統性風險影響較為明顯[91]；社交網絡領域，賀瑞芳等在社交媒體的特定話題研究中，突破了僅基于純文本的摘要研究法，提出了社交網絡結構特征與文本內容相結合的摘要研究法，該方法發現社交網絡的拓撲結構顯著影響了話題的傳播途徑[92]；公交網絡領域，裴玉龍等在研究城市公交網絡均衡性問題時，提取網絡中節點的度及其強度作為公交網絡的重要表征，結合道路布局構建了二分網絡[93]；道路網絡領域，宋小冬等評價公共交通時，借鑒網絡拓撲理論中中間度指標的計算方法，計算道路網絡中影響交通適宜性的指標[94]。在危險品運輸領域，Zhong等在研究運輸網絡的風險脆弱性評估模型時，分析了道路網絡拓撲結構，使評估模型考慮風險因素的同時兼顧網絡拓撲結構的影響[18]。由此可見，在不同的可以依托網絡關系進行研究的科學問題中，網絡拓撲分析存在著廣闊的探索空間，助力提升研究問題的空間層次和邏輯結構。

2.2雙層規劃

雙層規劃本質上是雙層決策問題的數學模型，由Bracken和Mcgill在1973年的研究中首次提出[96]，由Candler和Norton在1977年在研究中正式提出[97]。一般地，上層決策是雙層規劃問題的指導者、領導者或先行者；下層決策是雙層規劃問題的被指導者或跟隨者。上層規劃是全局角度的決策，下層規劃的決策依賴于上層規劃的決策，兩層均有各自獨立的目標函數及對應的約束條件。

雙層規劃的求解算法相對較多，其中關于線性規劃的求解算法有極值點搜索法、分支定界法、互補旋轉法等；非線性規劃的求解算法有下降算法、罰函數法、智能優化算法（如模擬退火算法、遺傳算法等）、神經網絡算法、信賴域算法、極大熵法和混沌優化法等[101]。

雙層規劃模型已經廣泛應用于設施選址、交通網絡設計、公交調度等問題中。例如，項寅研究了上層政府選址和下層恐怖分子攻擊的反恐應急設施選址問題[77]；黃露研究了配送中心選址問題，上層是企業的配送中心選址規劃，下層是顧客對配送中心的選擇規劃[98]。李玉祺等將雙層規劃應用到交通網絡設計領域，其中上層決策者為網絡規劃者，下層決策者為網絡使用者[99]。慈玉生等在公交調度領域應用雙層規劃理論，研究了上層規劃為乘客候車函數和下層規劃為公交車數量函數的調度問題[100]。在危險品運輸領域，王偉等在道路規劃中上層考慮政府對車輛的限速規劃，下層研究車輛的運輸路徑規劃[38]；張圣忠和余永骎研究了專用車道的雙層規劃問題，在每層規劃中分別構建了多個目標函數，其中上層規劃考慮了成本、風險和車道利用率，下層規劃考慮了危險品車輛與普通車輛的流量分配[46]。李奇等采用收費策略設計運輸網絡，上層規劃的目標是最小化總風險，下層規劃的目標是最小化車輛運輸成本[47]。通過以上文獻看出，雙層規劃模型研究在多主體決策和多目標規劃的問題中發揮著重要作用。

第三章基于改進引力模型的危險品運輸風險度量研究...........................25

3.1引言...........................................25

3.2引力模型........................................25

第四章改進風險度量下危險品運輸網絡優化研究...................................37

4.1引言.....................................37

4.2問題描述.................................37

第五章動態改進風險度量下危險品運輸網絡優化研究...........................55

5.1引言..............................................55

5.2問題描述........................................55

第七章蓄意攻擊背景下危險品運輸安全監管演化博弈研究

7.1引言

危險品運輸量的快速增長一方面標志著化工行業的迅猛發展，為社會經濟發展保駕護航；另一方面，危險品運輸事故對人民生命財產安全也可能造成嚴重的后果。為了保障人民生命、生活安全，我國政府于2014年、2020年相繼頒布了《加強危險品運輸安全監督管理的若干意見》和《全國危險化學品道路運輸安全集中整治方案》（以下簡稱《方案》）等法律法規，旨在加強危險品運輸的嚴格監管。然而，根據表7-1中2011-2021年間幾起典型危險品運輸事故可以發現，危險品運輸監管過程仍存在漏洞，部分危險品運輸企業仍存在安全意識薄弱的現象。更為嚴重的是，蓄意攻擊自20世紀90年代以來成為一個世界矚目的現象。諸如2001年美國“9·11”事件等恐怖攻擊造成的歷史悲劇已給各國政府敲響警鐘，提醒安全監管部門，蓄意攻擊是一個不可忽視的重要因素。由于政府部門加強了對設施的防護，攻擊者將攻擊對象轉向地面交通[5]。鑒于危險品事故具有危害性強等特點，在途危險品可能成為攻擊者的新目標[6,8]。基于此，本文重點考慮了潛在蓄意攻擊情況下政府對危險品運輸企業的安全監管問題，旨在為安全監管部門監管方案設計提供了一定的參考。

第八章結論與展望

8.1研究結論

危險品運輸量的快速增長一方面標志著化工行業的迅猛發展，為社會經濟發展保駕護航；另一方面也增加危險品運輸事故發生的機率，給事故附近的人和環境等因素造成損害。此外，蓄意攻擊是不可忽視的危險因素，一旦攻擊者瞄準防御能力薄弱的危險品運輸，將會對社會公眾造成影響和損失。考慮以上背景，本文研究了危險品運輸的空間風險度量問題，基于雙層規劃的危險品運輸網絡優化問題，動態改進風險下危險品運輸網絡的雙層優化問題，考慮蓄意攻擊背景下政府安全防御博弈問題和安全監管問題。主要研究結論如下：

（1）研究了改進引力模型的空間風險度量模型。基于傳統引力模型，引入了危險品運輸風險評估中的4個關鍵風險因素，并融合了安全因素和道路網絡的拓撲特征，構建了改進引力模型的空間風險評估模型。以北京市某局部區域的路網數據為例，分別構建了以最短距離、最小人口風險和最小改進風險為目標的路徑規劃問題，采用Dijkstra算法進行求解，其結果表明以本文改進的引力模型的危險品運輸風險評估模型的改進風險和社會風險均最小。

（2）研究了政府阻斷策略下危險品運輸網絡優化問題。為保障危險品道路運輸安全，構建了改進風險下危險品運輸路網安全的雙層規劃模型。其中上層規劃的目標為政府決策道路服務水平下的阻斷策略；下層規劃是企業依據政府的阻斷策略，結合危險品運輸任務和成本，決策車輛服務的需求點和車輛運輸路徑。以不同的阻斷策略進行情境劃分，經過研究發現，當政府的阻斷策略為柔性策略時，特定道路服務水平下政府存在多種阻斷策略且企業的最優服務路線保持不變。該結論表明，在保證道路服務水平下，政府和企業仍然可以協商使雙方得益同時達到最大化。

（3）研究了動態改進風險下危險品運輸網絡優化問題。在運輸網絡中，存在著人口集中的路段，而這些路段附近的人口數量隨時間變化具有明顯的潮汐特征，因此風險也隨之變化。基于潮汐特征提出了動態零和風險的定義，構建了動態零和風險的雙層規劃問題。上層規劃中，政府根據不同離散時間段內風險變化和最低道路服務水平，采用精確算法，確定各個時間段道路的最大阻斷策略集合；下層規劃中，企業根據各個時間段內政府的阻斷策略和動態風險變化，采用改進的遺傳算法，規劃最優運輸路線及路徑。對于給定的道路網絡和參數，采用調研數據進行數值算例研究。在時間段[0:00,7:00]和[20:00,24:00]，政府決策道路的服務水平為73.08%時，找到全局最優決策。

參考文獻（略）