İnsani yardım lojistiğinde dağıtım merkezi yer seçimi ve İstanbul uygulaması

Abstract

Günümüzde, birçok problemin teknolojinin yardımıyla daha rahat çözülebilmesine karşın, doğal ve insan-yapımı felaketlerin yıkıcı sonuçları ile başa çıkmada hala yetersiz olduğumuz görülmektedir. Tüm dünyada gerçekleşen afet ve felaketlerde hala milyonlarca insan hayatını kaybederken, bu afet ve felaketlerden etkilenen kişi sayısı ise milyarlara ulaşmaktadır. Bir afetten zarar gören savunmasız kişilerin zararlarını hafifletmek ve ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla, kaynak merkezinden ihtiyaç sahiplerine ulaşımına kadar, ürünlerin mali açıdan etkili akışının, konuyla ilişkili bilgilerle birlikte materyal ve ürünlerin depolanmasının etkin bir şekilde planlanması, uygulanması ve kontrolüne insani yardım lojistiği adı verilir. İnsani yardım lojistiği yardım operasyonlarının hızı ve etkinliği açısından kritik bir öneme sahiptir. Afet yönetimi; afetin etkilerini azaltmak veya önlemek için afet öncesinde, sırasında ve sonrasında uygulanmak için tasarlanmış sistemler bütünü olarak tanımlanmaktadır. Afet öncesi görevler; potansiyel tehlikeleri belirlemek, analiz etmek ve olası hasarı hafifletmek için gerekli faaliyet planlarının yapılmasıdır. Afet öncesi aşamanın en önemli konularından biri de afet yardım operasyonlarında kullanılacak dağıtım merkezlerinin yer seçimidir. İnsani yardım organizasyonları genellikle gerekli yardım malzemelerini ve ekipmanlarını afet öncesinde ana dağıtım merkezlerinde depolar. Bir afetin yaşanmasının ardından, bu depolanan malzemeler (ilaç, su, yiyecek gibi) afetzedelere geçici dağıtım merkezleri aracılığı ile ulaştırılır. Afet durumunda bu yardımların ulaştırılması hayati önem taşıdığından, bu lojistik ağda kullanılacak dağıtım merkezlerinin yer seçimi de kritik bir öneme sahiptir ve hem afet öncesi hem de afet sonrası operasyonların verimlilik ve etkinliği üzerinde büyük etkisi bulunmaktadır. Afet yönetiminde yer seçimi ile su, yiyecek, medikal malzeme, ekipman ve diğer ihtiyaç duyulan insani yardım malzemelerinin dağıtımını sağlayan bir ağ tasarlanmasını amaçlamaktadır. Afetten etkilenen bölgede gerekli olan yardım merkezlerinin sayısı, konumu ve görevinin belirlenmesi işlemlerini içermektedir. Afet yönetiminde yer belirlemesi yapılacak tesisler genellikle dağıtım merkezleri/depolar ve barınaklardır. Ayrıca medikal merkezler ve diğer istenen tesisler de yer seçimi modellerine eklenebilir. Afet yardım çalışmalarında temel olarak iki tür dağıtım merkezi bulunmaktadır: Ana dağıtım merkezleri afet yardım malzemelerinin tedarik ve koordinasyon merkezi iken ürünler buradan geçici dağıtım merkezleri aracılığı ile ihtiyaç sahiplerine ulaştırılmaktadır. Bu tez çalışmasında, afetten etkilenen kişilere gönderilecek yardım malzemelerinin depolandığı ana dağıtım merkezleri ile afetin gerçekleşmesinin ardından afet bölgesinde kurulacak geçici dağıtım merkezlerinin yer seçimi için bir Çok Ölçütlü Karar Verme ve Çok Amaçlı Matematiksel Modeli içeren bir model önerilmiştir. Gerçek hayatta her aday ana ve geçici dağıtım merkezi, dağıtım ve depolama işlemlerinde istenen nitelikleri aynı oranda karşılayamamaktadır. Örneğin bazı dağıtım merkezlerinde bulunan ısıtma ve soğutma sistemleri ile ürünler daha iyi ve sağlıklı ortamda korunabilirken, bazı dağıtım merkezlerinin dış duvarı olması ve güvenlik kameralarının bulunması gibi bina özellikleri ürünlerin yağma gibi risklere karşı daha güvenle muhafaza edilmesine olanak tanımaktadır. Bu gibi gerçek hayat koşullarının dikkate alınabilmesi adına her aday geçici ve ana dağıtım merkezi için, Çok Ölçütlü Karar Verme modeli ile bir performans değeri elde edilmiştir. Bunun için öncelikle yapılan yazın taraması ve uzman görüşmeleri sonucunda yer seçimi için kullanılan kriterler, ana ve geçici dağıtım merkezi yer seçimi için ayrı olarak belirlenmiştir. Ardından uzmanlardan alınan görüşler ile bu kriterlerin ağırlıkları Aralık Tip-2 Bulanık AHS ile belirlenmiştir. Ardından aday dağıtım merkezlerine ait niteliksel ve niceliksel veriler kullanılarak Aralık Tip-2 TOPSIS yöntemi ile her aday dağıtım merkezi için bir performans değeri elde edilmiştir. Önerilen modelde her iki tür dağıtım merkezinin yer seçimi ise önerilen çok amaçlı matematiksel model ile eşzamanlı olarak yapılmaktadır. Matematiksel modelde yardım ürünlerinin ana ve geçici dağıtım merkezleri aracılığı ile afetzedelere ulaşması için gidilen ağırlıklı uzaklığın, karşılanmayan toplam talebin, açılan ana ve geçici dağıtım merkezlerinin sayıları ile afetzedelerin ortalama yürüme uzaklığının minimize edilmesi hedeflenmektedir. Bununla birlikte, açılan ana ve geçici dağıtım merkezlerinin, Çok Ölçütlü Karar Verme modeli ile elde edilen toplam performans değerinin maksimize edilmesi de bir amaç olarak matematiksel modele eklenmiş olup bu amaçla afet yardım operasyonlarının daha hızlı ve etkili bir ortamda yapılarak ürünlerin bozulmadan afetzedelere ulaştırılabilmesi hedeflenmiştir. İstanbul şehri, önemli bir sosyal, ekonomik ve jeopolitik merkez olmakla birlikte Türkiye'nin ekonomik ve kültürel başkentidir. İstanbul birçok farklı afet tehlikesi ile karşı karşıya olmakla birlikte, etki ve zararlar açısından en önemli doğal afetin deprem tehlikesi olduğu söylenebilir. Şehrin yaklaşık 20 km güneyinde yer alan ve son derece yüksek sismik tehlike riski olan aktif bir fay bölgesi bulunmaktadır. Yakın gelecekte İstanbul'u etkilemesi beklenen depremin ise yaklaşık 1 - 3 milyon kişiyi etkilemesi, 40.000 - 60.000 binada ağır hasar yaratması ve en az 500.000 kişiyi evsiz bırakması beklenmektedir. Tahmini ekonomik hasar ise 60-70 milyar $'dır. Bu nedenle yakın gelecekte bu kadar ağır etkiler yaratacak bir deprem beklenen İstanbul şehri için, olası afetin etkilerini azaltma ve önleme çalışmalarının yapılması gerektiği açıktır. Bu amaçla bu tez çalışmasında önerilen DM yer seçimi modelinin İstanbul ili için bir uygulama çalışması yapılmıştır. Uygulamada İstanbul Büyükşehir Belediyesi tarafından 2020 yılında hazırlanan Olası Deprem Kayıp Tahminleri kitapçıklarında verilen güncel veriler ile en kötümser senaryo olarak da kabul edilen gece nüfusu senaryosu verileri kullanılmıştır. Olası deprem sonrası gerçekleşebilecek üç farklı senaryo için model uygulaması yapılmış olup senaryo analizleri ile yaşanabilecek farklı durumlar için önerilerde bulunulmuş ve model duyarlılık analizleri yapılmıştır

Although technological advancements solved many problems, the capacities of many societies are not enough to cope with the massively destructive effects of natural disasters. Natural disaster events still cause ten thousands of deaths and affect millions of people all around the world every year. The economic damage has been estimated at over a hundred billion USD as well. This increasing effect of disasters in recent years revealed the need for effective and efficient disaster response operations. Disaster management is defined as a composition of systems that are designed for reducing and preventing the effects of disasters, during, before and after the disaster. Post-disaster operations include the events starting with a disaster such as relocation of depots, management and coordination of available resources while pre-disaster studies are interested in assessing and analyzing potential dangers and mitigation of possible damages before occurring of it. One of the most critical issues of the pre-disaster phase is selecting distribution center locations for disaster relief operations. Humanitarian relief organizations usually pre-position essential relief items and equipment in main distribution centers. After the occureance of disaster, pre-positioned relief items such as medicine, food, water and equipment are delivered to victims of disasters. Since the delivery time of relief items has vital importance for victims, location selection for these facilities is a key issue for relief operations. Facility location modeling is a strategic planning approach for disaster management and has a significant influence on the effectiveness and efficiency of pre-disaster and post-disaster operations. The location problem in disaster management aims at designing a network for distributing water, food, medical goods, equipment and other needed humanitarian aid. It includes determining number, position and the mission of required humanitarian centers in the affected area. The facilities to be located in disaster management are usually shelters and distribution centers/warehouses. Medical centers and other locations might also be involved in facility location and selection models. This paper assumes the main and local distribution centers as facilities. Main distribution centers are planned to act as supply and coordination points from where relief items will be distributed to local distribution points in the affected area. Main distributin centers are permanent facilities for pre-positioning, storing or sorting purposes and usually assumed that they are not affected by a disaster. Local distribution centers deliver relief goods to victims directly and constructed temporarily in the hot zone after a disaster occurs. Therefore, main and local distribution centers have different characteristics and missions. Furthermore, distribution centers to be selected for disaster response operations are expected to meet various quantitative and qualitative criteria. The key point is not only optimizing the facility location in emergency humanitarian logistic problems but also seeking a suitable facility that the experts can commandeer and use as well. In real-life cases, distribution center alternatives have very different facility characteristics and conditions. The location and/or infrastructure of the candidate facilities/sites usually conforms the required criteria at different levels. For instance, a school or a cold storage depot can be used as a local distribution center. However, it is obvious that a cold storage depot can preserve the relief goods such as food and medicine in better conditions wih compared to a school building. Moreover, a walled distribution center equipped with closed-circuit television cameras in the compound, fire alarm systems and security guards is preferred to prevent plunder attempts considering the chaotic post-disaster environment. Therefore, prioritization of the distribution centers is crucial to be able to evaluate each distribution center alternative properly with respect to both qualitative and quantitative criteria. However, mathematical models used in the literature for locating distribution centers usually take into consideration quantitative criteria only. Hence, this study proposes a combined methodologhy including Multi-Criteria Decisiong Making and Multi Objective Mathematical Modelling for locaiton selection of main and local distribution centers simultaneously. The proosed Multi-Criteria Decisiong Making model mainly calculates a performance score for each distribution center alternative and enables decision-makers to assess each alternative accordingly. Then multi-objective mathematical model uses the performans scores as an objevtive and gives the final decision on distriburion center locations.The proposed methodology is applied in Istanbul city, where a high-magnitude earthquake is expected. This study incorporates multi-criteria and multi objective decision-making techniques for disaster distribution centers location selection problem. Initially, two separate multi-criteria decision-making models are developed for main and local disaster response distribution centers. In the suggested method, weights of the criteria are specified using type-2 fuzzy analytic hierarchy process (AHP) and candidate distribution centers are prioritized with type-2 fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solutions (TOPSIS). The proposed Multi-Criteria Decisiong Making model in this paper prioritizes alternative distribution centers and indicates their conformity levels with respect to both qualitative and quantitative criteria. The result of the Multi-Criteria Decisiong Making model is assumed as the performance score for the related districution center. A new multi-objective mathematical model is also proposed to locate the main and local distribution centers simultaneously. This model uses the performance scores that are obained as aresult of Multi-Criteria Decisiong Making model. Additionally, mathematical model take into account other circumstances such as the distance among demand points, local, and main distribution centers, the number of opened local and main distribution centers, walking distance of the affected people, total unsatisfied demand, equity and effectivity of the relief operation. Istanbul is not only the biggest city in Turkey but also the economic, industrial and cultural center of Turkey. However, the city with a population of around 15 million is very risk-prone to an earthquake. The active fault zone is located in the Marmara Sea that lies around 20 km south of the city and poses an extremely high seismic hazard risk. The last major incident affecting Istanbul was the 1999 earthquake which had devastating consequences: 20.000 fatalities, 50.000 injured people and 500.000 homeless people. The load imposed on public finance by the 1999 earthquake was approximately 6.2 billion USD. Even the optimistic numbers for the expected earthquake for Istanbul reveal that 1–3 million people may be affected and 40.000– 6.,000 buildings may be heavily damaged, leaving at least 500,000 people homeless. Hence, the proposed approach is applied to disaster response DCs' site selection considering the expected earthquake in Istanbul, Turkey. Chapter 1 explains the main goal and scope of the study. Additionally the importance of the disaster center location selection in humanitarion logistics is emphasized. Literature review on humanitarian logistics and distribution center location selection are introduced in Chapter 2. Initially the studies on the humanitarian logistics are clasified in terms of their disaster management phase and used methodology. Then, the crieria used for the location selection of main and local distribution centers are examined seperately. Chapter 3 includes the methodology that is used in this study. It gives basic information on covering problmes, multi objective mathematical models. Additinally, it gives information about some multi-criteria decision making methods such as Analytic Hierarchy Process, TOPSIS, Fuzyy Analytic Hierarchy Process, Fuzzy TOPSIS, Interval Type-2 Fuzzy Analytic Hierarchy Process, Interval Type-2 Fuzzy TOPSIS. In Chapter 4, new decision support model for the disaster response operations is introduced. The proposed model selects the locaitons of main and local disaster distribution centers and has mainly four steps. First step is selecting the distribution center location selection criteria for main and local distribution centers seperately. The second and third steps are specifying the weights of the selected criteria and prioritizing the distribution centers in terms of the criteria, respectively. Finally the last step is multiobjective mathematical model that handles real life situations where main and local distribution center location decisions are given simultaneously. The proposed mathematical model has six objectives. The first objective minimizes total distance among demand points, main and local distribution centers. The second objective maximizes the performance scores of the selected/opened distribution centers. The third objective minimizes the total unsatisfied demand. The fourth and fifth objectives aims minimizing the opened local and main distribution centers, respectively. Finally the sixth objective minimizes average walking distance among demand points and their assigned local distribution center. In Chapter 5, the proposed methodology is applied in Istanbul city, where a high-magnitude earthquake is expected. The expert opinions are used while determening of the distribution center selection criteria and weightning the selected criteria. Then the canddate distriburion centers are determined with the help of real life applications and experts'opinion. In Chapter 6 the model applied for three possible scenarios in Istanbul city. Sensitivity amalysis are conducted for all three scenarios as well. Decision maker preferences on the objectives and parameters changes are taken into account and specific parameters and their effects on the results are given in detail. Chapter 7 gives the details of the conclusions of the study. The proposed model can be used for the cities other than İstanbul as well. Then the chapter is finalized by specifying the improvement possibilities of proposed method for future studies. Different mathematical models and multicriteria decision making methods can be combined and the results can be compared. Although this study focuses on the earthquake, proposed model can be used for other natural disasters as well.