基于韧性最优的灾后公路网修复调度研究

为有效修复灾后公路网的受损路段从而加快恢复路网畅通,研究以韧性最优为目标的灾后公路网修复调度问题。首先,采用交通需求满足率表示路网性能,并构建路网性能韧性和恢复速度韧性评价指标。其次,构建基于韧性最优的修复调度双层规划模型,其中上层模型是多目标混合整数规划模型,用以确定修复路段的选择和修复先后顺序,下层模型为日变交通流分配模型,模拟修复期间的路网交通流动态演变。然后,采用禁忌搜索算法和Frank-Wolfe算法分别求解上层模型和下层模型,并通过循环迭代得到模型最优解。最后,通过案例分析验证模型和算法的有效性。研究结果表明:在一定数量的修复资金和抢修队约束下,该模型得到的最优修复调度方案能最大限度地提升路网韧性,并且在修复过程中,只有当受灾区域内某线路中的所有受损路段均完成修复后,路网性能才开始呈阶梯式上升,并且路网性能的提升速度表现为先慢后快。对不同参数的敏感性分析表明:修复预算的增加使路网性能韧性和恢复速度韧性分别以15.65%和17.72%的平均速度增长和降低,但当修复预算超过1 800万元后,只增加修复预算不一定能获取更优的修复调度方案;当决策者偏好系数变化时,路网的性能韧性和恢复速度韧性具有相反的变化趋势,且2个韧性指标的平均变化率分别为5.96%和4.48%;增加抢修队数量可提升路网的性能韧性和恢复速度韧性,但增加抢修队数量所产生的边际效益逐步降低,分别由0.11和0.43降至0.01和0.02。     

灾后公路交通应急救援通道选择模型

基于灾后路段可通行性、救援时效性及安全性的分析,提出了灾后最优应急救援通道定义。结合历史重大自然灾害救援时间与存活率统计资料,提出了时效性与安全性的最优应急救援通道评价原则,建立了包括路径行驶时间与行车风险的最优应急救援通道评价指标。对评价指标进行标准0~1变化后,构建了应急救援通道的目标函数。按照灾后道路破坏导致的路网交通功能受损情况将其划分为正常运营状态及破坏状态,其中针对路网正常运营的状态提出了行程时间最短、行车安全性最高的最优救援通道搜索算法;对交通中断的路网破坏状态,构建了基于路段破坏位置、抢通耗时、抢险机械设备及人员配备的最优救援通道修复算法。研究结果表明:提高路段抗灾能力、路网冗余度、优化抢险保通技术力量及机械设备储备,是提高灾后应急救援工作的重要途径。     

灾后恢复阶段多期道路交通网络重建规划

灾后路网重建规划可分为应急阶段和全面恢复阶段。文中建立了灾后恢复阶段多期路网重建规划的双层模型，并采用灵敏度分析方法进行求解。上层模型考虑到建设资源的限制，以工程总效益最大为目标建立多期工程效益模型；下层模型是基于出行时间可靠性的用户均衡分配模型。最后结合实际路网进行了算例分析，证明模型和算法是有效的。     

基于Prim算法的农村公路网布局重要度最大树求解方法

针对农村公路网的特点,在进行路网逐层展开布局时,提出一种基于Prim算法的路网重要度最大树求解算法。并对包含312个乡镇节点的保定市农村公路网布局规划进行实证研究,取得了良好的效果。     

基于连通可靠性的自然灾害后应急阶段路网重建研究

道路交通网络系统是自然灾害发生时人员疏散、派遣营救人员及工程队伍和运送抗灾物资的路线,是生死攸关的抗灾救灾生命线,如何恢复道路交通网络使人员疏散和救灾工作能够顺利进行是一个逐渐被人重视的研究课题.文中介绍了连通可靠性和关键重要度概念,在此基础上建立基于连通可靠性的灾后应急阶段路网重建模型并利用灵敏度分析的方法求解此模型,并进行了案例分析.     

灾害情况下应急运输路径选择问题研究

将连通可靠性和k短路径相结合,以进出灾区的路径安全(连通可靠性)和运输效率(旅行时间最小)作为最优路径选择指标建立双层规划模型,并提出启发式算法确定应急救援的最优路径,为物资调度中心人员提供科学的车辆线路调度决策,提高应急救援工作的响应能力;通过算例验证了该方法的有效性和可行性。     

基于GIS的公路应急资源调度最优路径分析模型

本文针对公路抗灾抢险时对实时动态网络最优运输路径查询的需求,提出了基于GIS的公路应急资源调度最优路径分析模型。该模型以公路路网基础数据和电子地图为基础,建立基于GIS的动态道路网络。同时,对于经典的Dijkstra算法无法求解出实时动态的网络地图的最优路径问题,提出结合交通流状况对道路通行的影响,加入最小通行阻抗这一概念对Dijkstra算法进行了改进和优化。优化后的Dijkstra算法能够更好地提供动态网络地图的最优运输路径分析功能并成功应用于此模型,为辅助应急资源的调度提供技术支撑。     

区域高速公路网布局结构的连通度研究

公路网的连通度评价指标反映了网络中各节点的连通状况,体现了网络的结构特征。本文分析区域高速公路网布局结构的特点,评述现有的公路网连通度评价指标,并指出其存在的局限性。在此基础上提出路网加权模糊连通度的定义和计算方法,有效体现区域高速公路网布局结构评价中存在的节点重要度的差异性和线路连通度的模糊性。最后给出计算示例,说明该方法的有效性。     

公路网交通管理和信息服务系统设计及实现

为了实现公路网资源的有效均衡和保障公路网运输的效率,在分析公路网调度需求和总体目标的基础上,结合公路网实际状况,提出了公路网综合指挥调度策略,并设计了公路网交通管理和信息服务系统平台.该平台以公路网指挥调度系统平台设计为基本框架,综合公路交通信息采集、信息分析以及信息服务功能,实现面向交通管理者和面向公路使用者的交通信息查询功能设计,以期实现公路网交通疏导控制、事故应急处理、路政紧急救援、特殊天气应急处置的目的,进一步实现公路网交通管理和信息服务的准确、快速、高效运行.      

面向应急疏散的山区路网连通性研究

山区路网的连通问题加剧了灾害性事件所造成的影响程度。突发事件下交通路径部分中断,路网中剩余路径在应急疏散中承担着重要作用,便于分析路网中剩余路径的连通可靠性,提出了＂疏散连通度＂（CREE）的概念,根据山区路网特征,分析了多节点并行路径、多路段串行路径的疏散连通可靠性。针对山区路网现状,提出了山区路网连通性能的改善措施。     

突发事件下公路应急物资调度优化

为了减少突发事件造成的人身伤亡和财产损失, 考虑事故发生后道路被破坏、应急物资需求量不确定和各事故点需求紧迫度不同的情况, 研究突发事件下公路应急物资调度优化。根据事故后道路破坏状态, 确定救援车辆修正后的行驶速度; 利用三角模糊理论, 将事故点的模糊应急物资需求量转化为确定值; 在传统TOPSIS法的基础上, 利用主客观方法相结合的方法来确定指标的权重, 并且采用B型关联度来客观描述评价对象与正、负理想解之间的距离, 利用改进的TOPSIS法通过以上方法得到各事故点的需求紧迫系数, 以保证配送的公平性。在此基础上, 针对三级调运网络, 建立多目标应急物资调度优化模型, 结合雅安地震实例, 利用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型。研究结果表明: 重大突发事件下, 引入需求紧迫度的公路应急物资调度, 不仅能实现对需求紧迫度较高的事故点优先配送, 而且得到的应急物资调度方案使配送时间节省了21%, 车辆运输成本减少了25%, 物资需求满足度达到100%;同时考虑灾后道路破坏和模糊需求的情况, 使得应急物资调度优化更加符合现实情况。      

公路网连通度评价方法研究

分析了现有评价公路网连通度指标的不足,运用路网后评价结果及网络理论,提出了网络连通性评价指标的新定义,并分析和比较了它与传统定义之间的差异.     

公路网分车型收费费率优化算法研究

结合山东省公路网联网收费的实际情况,建立了山东省公路网收费费率的双层规划模型,以描述路网管理者、收费道路经营者和车辆用户三者在费率决策中的博弈关系。采用弹性需求模式下的收费费率双层规划模型,选取山东省联网收费的一个路网,利用模拟退火和遗传算法的混合算法,对模型进行了应用和分析。验证结果表明,利用这种收费道路费率优化算法,不仅可以保证道路经营者能实现财务目标,而且能有效地均衡路网交通流量。     

基于安全系数评价的应急运输调度研究

为了找出自然灾害下应急运输的最优路径,考虑自然灾害下应急运输的特点,采用美国BPR行程时间函数模型,确定应急运输的行程时间,并从人、车、路和管理的可靠度出发,计算应急状态下给定路网的路权,最后利用路径优化算法计算应急运输的最优路径,并进行了实例验证。验证结果表明该算法计算出的最优路径与实际情况相符,算法可靠、有效,可用于自然灾害发生后应急运输最优路径计算,为应急运输快速决策提供判断依据。     

一种应急系统车辆调度问题的求解算法

在应急系统中救援车辆调度对于提高应急响应能力、节约救援时间和降低生命财产损失发挥重要的作用.结合实际路网的特征,提出了以应急时间最短为优化目标函数,证明目标函数满足文中给出的最优调度函数定义.在此基础上,运用凸组合算法求解目标函数并进行了算法设计.仿真算例表明了所提目标函数的合理性及算法设计的有效性.     

面向常发性拥堵的城市局部路网韧性评价与分析

为了缓解常发性拥堵引发的城市噪音、能源消耗和废气排放等现状，使路网具备抵抗短时激增车流的能力，将宏观基本图与性能时序图相结合对局部路网韧性进行量化。针对韧性属性，提出了鲁棒性指数、损失面积比、恢复快速性、流量峰值差和临界密度差5个评价指标，反映路网在性能下降、稳定和恢复阶段的韧性特性。引入Kendall法检验各赋权法的一致性，并基于CRITIC的多属性决策获得最优权重，提出了组合赋权和模糊逻辑相结合的城市局部路网韧性综合评价方法，结合李克特量表法对综合韧性得分进行分级。以长沙市局部路网为例，设计韧性改善方案，针对常发性拥堵路段上的交叉口进行信号配时优化；通过VISSIM仿真并计算得到各方案的韧性指标。研究结果显示:方案8，10和16能有效吸收短时激增车流并与路网状态相适应，所有方案中方案14的韧性得分最高。局部路网综合韧性得分具有随着优化路段数的增加而增长的趋势，但并不是线性递增。信号配时优化改变了路网韧性属性，并降低了部分路段对城市局部路网韧性的负面影响。不同评价方法下的韧性得分排名存在部分差异，流量峰值差与脆弱性指数的评价排名更接近，损失面积比与韧性损失值的评价排名更接近。所提出的指标不局限于单一韧性属性，能更全面、客观地反映干扰下路网的响应过程。      

全国公路网管理与应急处置平台体系建设指导意见制定并征求意见

为切实加强公路网日常运行监测和协调管理，提高公路交通突发事件应急处置工作水平，适应社会公众日益增长的公路出行信息服务需求，交通运输部制定了《全国公路网管理与应急处置平台体系建设指导意见》，拟指导地方公路管理部门加快路网管理平台建设，确保重点业务功能的实现和平台间互联互通。目前《全国公路网管理与应急处置平台体系建设指导意见》已下发，并处在收集各省级公路管理部门和高速公路经营管理单位意见阶段。     

基于双层规划模型的应急救援调度与路径选择集成优化

城市中突发事件发生后,为有效降低财产损失和人员伤亡,减少应急救援在调度和路径选择等环节的响应时间损失,保障应急救援任务顺利完成,需要对各类应急救援交通资源进行合理调度,并在起讫点间根据路网实时交通状态,动态选择行驶路径,减少其路段行程时间。在多目标应急救援调度和最优路径选择目标分析的基础上,提出了一种考虑不同类型应急车辆调度和最优路径选择的双层规划的集成优化模型。在上层模型中,主要考虑应急救援车辆的调度费用成本,通过最小化应急救援车辆的固定成本、容量成本和时间成本,来确定不同类型应急车辆的出救位置和相应出动车辆数;下层模型中,主要考虑应急救援车辆的路径在途行程时间,通过最小化动态路网下应急救援的路段行程时间和信号延误时间来确定救援通过的路径,并根据固定的时间间隔动态更新路网的交通状态,使救援车辆尽可能选择避开交通拥堵的路段行驶,从而更快速到达目的地。案例分析结果表明,基于双层规划的应急车辆调度和路径选择集成模型与仅考虑调度或路径选择的模型相比,总调度成本降低了2.67%,总在途行程时间减少了21.05%,路径选择中能有效降低通过沿线拥堵道路的比例,表明模型具有很好的适用性和实用价值。     

地震灾害影响下的公路网可靠度模型研究

通过分析地震灾害下公路网的破坏形式和地震灾害对公路网的损害机理,研究地震烈度、地震等级、震中距和地质条件等影响因素与公路网可靠性的关系,并对其进行量化,计算出地震灾害影响下公路网最易受损的桥梁单元和边坡单元的连通概率。在此基础上,研究地震灾害下区域内任意2点之间的路径可靠度、OD对间的出行可靠度和反映区域路网总体情况的网络可靠度的计算方法,建立地震灾害影响下的公路网可靠度模型。该模型可用于地震灾区公路网的结构优化,对区域公路网应急救援规划及灾区公路重建等具有重要参考价值。     

公路网功能结构分析理论与方法研究

从层次需求理论与路网功能需求的对应关系分析出发,探讨了出行者需求、外部环境、节点和路网特性等对公路网功能分类的影响,建立了基于区域特性和服务水平的公路功能分类指标,并总结提出了具体的分类结果;结合"节点"特性研究,基于聚类分析等,研究公路网功能层次划分的具体方法,提出了基于路段功能重要度的路网功能层次结构分析方法;本文的研究成果有助于进一步完善区域公路网结构优化的理论和方法.