近年来,日趋频发的重大自然灾害事件对文明社会系统内在的脆弱性提出了严峻挑战。世界各国或地区政府和相关部门均把重大自然灾害事件作为应急管理的重点和难点,从科学研究、应急体系、反应机制等方面加大投入,为社会稳定发展提供保障。科学界围绕应对重大自然灾害事件相关课题进行研究,因其直接面向日益迫切需要解决的实际问题,已形成为国内外的研究热点。应急资源调度问题是重大自然灾害应急管理的核心问题,是灾害救援保障体系的重要组成部分。本文针对重大自然灾害中应急资源调度决策环境和决策主体的典型特征,提出了以路网结构可变为特征的一类新型调度决策优化问题。以应急决策需求为导向,针对新型调度决策问题,提出了路网、路径双层优化思想及其求解框架和方法,构建了优化问题模型,设计了面向模型结构的求解算法,相关研究成果及其典型扩展问题研究可为实践中的应急资源调度相关问题提供指导与辅助决策支持。主要研究内容如下:(1)基于实践中重大自然灾害救援行动,构建了特定情境下应急资源调度决策环境,提出了一类基于可变路网结构的应急资源调度问题(Emergency Resources Scheduling Problem with Variable Road Network Structure, ERSPVRNS)。结合对可变路网结构的图示化描述,阐明了路网结构可变的现实可行性与必要性。定义了应急资源调度决策主体和目标效益,规划了路网结构可变情形下应急资源调度决策流程。集成了以重大自然灾害救援行动为背景的现有相关研究成果,界定了路网结构可变情形下应急资源调度的相关概念,构建了路网结构可变情形下应急资源调度问题模型。(2)提出了路网、路径双层联合优化思想,规划了路网结构可变情形下应急资源调度问题模型求解框架和流程。针对调度决策问题的路网结构可变特征,突破当前应急资源调度研究时仅聚焦路径层优化的现状,提出了路网、路径双层联合优化思想,分析了问题模型可行解的模式,设计并探讨了两种可行的路网结构可变情形下应急资源调度问题模型求解框架及流程。(3)基于构建的问题模型求解框架、流程,考虑问题模型约束条件,设计了基于改进遗传算法的双层嵌套求解策略和具体的算法流程。作为新型决策问题模型和算法的直接应用,采集近期典型案例拟制了重大自然灾害救援中应急资源调度问题想定,执行了仿真实验,检验了路网结构可变情形下应急资源调度问题模型的科学性、合理性及其求解策略与设计算法的可行性、实效性。(4)提出了基于可变路网结构的多配送中心应急资源调度问题(Multi-depotEmergency Resources Scheduling Problem with Variable Road Network Structure, MD-ERSPVRNS),并设计了求解算法。在集成现有文献成果的基础上,分析了MD-ERSPVRNS特征及其求解难点,指出了现有求解策略与算法对于求解MD-ERSPVRNS的局限性。描述并构建了MD-ERSPVRNS模型,针对问题模型结构,设计了基于改进遗传算法和递阶遗传算法的双层嵌套求解算法。结合重大自然灾害救援中应急资源调度实际情况,执行了算例测试,检验了MD-ERSPVRNS模型的科学性、合理性及求解策略与算法的可行性、实效性和优越性。( 5 )提出了基于可变路网结构的非确定性应急资源调度问题(Non-deterministic Emergency Resources Scheduling Problem with Variable Road Network Structure, ND-ERSPVRNS),并设计了求解算法。基于非确定性内涵及其层次,界定了重大自然灾害救援应急资源调度中存在的非确定性因素及其典型表现形式,指出了相应科学问题求解中的难点。基于实际需求,提出了两类典型的ND-ERSPVRNS——随机模糊需求ERSPVRNS和随机旅行时间ERSPVRNS。分别描述并构建了两类ND-ERSPVRNS数学模型,设计了蒙特卡罗模拟与双层嵌套启发式算法混合的求解算法。最后,结合仿真算例,检验了问题模型的科学性、合理性与求解策略的可行性、实效性。