Dynamic transportation and humanitarian logistics model: a decision support tool to forecast and prioritize critical supplies distribution during emergency relief operations

Abstract

The optimal mobilization of materials, personnel and relief supplies to a disaster site could be the difference between life and death for the affected population. The purpose of this dissertation is to develop a system dynamics model for the forecasting, prioritization and distribution of critical supplies during relief operations in case of a hurricane event, integrating GIS information. Data obtained come from operational reports of agencies involved in the relief operation during Hurricane Georges, such as: PRDOH, Puerto Rico National Guard, Civil Defense State Agency of Puerto Rico, PRDOTP and PRHTA, along with reports from the U.S. Army Corps of Engineers and FEMA and flooding maps from the Puerto Rico Planning Board and FEMA. Visual field inspections of the road network in the western area and interviews with locals were conducted in order to gather information about travel times, roadway classifications and geometric characteristics of the roads as well as the location of distribution centers, shelters, points of distribution and kitchens facilities. Information about logistics was collected during telephone interviews and visits with officials of the PRDOE, PREMA, PRDOH, Emergency Management Office, Municipal Emergency Management Office and the School Food Authority. Travel times studies were conducted to corroborate travel times outputs generated via TransCAD. Eight road networks were built for the analysis of vehicle routing procedure. Then, alternate routes were delineated and outputs of these analyses were incorporated as inputs into the system dynamic model. The model was built using the Stella® software and the vehicle routing procedures were run using TransCAD® software. This system dynamics model is circumscribed as part of a methodological framework for real time data collection during a disaster. The model allowed to establish the people’s decision and transportation characteristics that determine the timing of evacuation; to simulate the behavior of key variables making a relation between level of hazard and people decision to evacuate; to estimate for each level of natural hazard, the time frequency to order and the order size of each relief supply to be needed in shelters and point of distribution; and to reveal which routes cause more delays during distribution of relief supplies.

La óptima movilización de materiales, personal y suministros de ayuda a la zona de un desastre podría significar la diferencia entre la vida y la muerte. El propósito de esta disertación es desarrollar un modelo sistemodinámico para el pronóstico, jerarquización y distribución de suministros críticos durante operaciones de ayuda en caso de un evento por huracán, integrando sistemas de información geográfica. Los datos obtenidos provienen de reportes de operaciones de las agencias que estuvieron involucradas en las operaciones de ayuda durante el paso del huracán George. Tales como, el Departamento de la Vivienda, la Guardia Nacional, la Agencia Estatal para la Defensa Civil, el Departamento de Transportación y Obras Publicas y la Autoridad de Carreteras. Incluyendo reportes del Cuerpo de Ingenieros, mapas de inundaciones de la Junta de Planificación y de la Administración de Emergencias Federales. Se condujeron además, inspecciones visuales de la red de carreteras del área oeste de la isla y se entrevistaron a moradores de la localidad, con el fin de obtener información concerniente a tiempos de viaje, clasificación funcional y características geométricas de las carreteras, así como también la localización de facilidades utilizadas como centros de distribución, refugios, puntos de distribución y cocinas. Se recolectó información acerca de la logística en caso de emergencia mediante entrevistas telefónicas y visitas con los oficiales del Departamento de Educación, la Agencia para Manejo de Emergencias, el Departamento de la Vivienda, las Oficinas Estatal y Municipal para Manejo de Emergencias y la Autoridad de Comedores Escolares. Se llevaron a cabo estudios de tiempos de viaje para corroborar los resultados generados a través de TransCAD. Ocho redes de carreteras fueron construidas para el análisis mediante el proceso de ruteo de vehículos. De ahí, se delinearon rutas alternas y los resultados de estos análisis fueron incorporados como datos de entrada dentro del modelo sistemodinámico. El modelo fue construido utilizando el software Stella® y el procedimiento de establecimiento de rutas para vehículos se realizó mediante el software TransCAD®. Este modelo sistemodinámico está circunscrito como parte de un marco metodológico para la recolección de datos en tiempo real durante un desastre. El modelo permitió establecer cuáles son las razones para evacuar de las personas y las características de transporte que determinan los tiempos de evacuación; simular el comportamiento de las variables principales estableciendo relaciones entre el nivel de la amenaza natural y la decisión de las personas de evacuar; estimar para cada nivel de amenaza, la frecuencia para ordenar y el tamaño de la orden de los suministros de ayuda que van a ser requeridos en los refugios y puntos de distribución; y revelar cuales son las rutas que causan más atrasos durante la distribución de suministros de ayuda.