城市地铁应急管理研究

通过借鉴国内外城市地铁应急管理经验,结合我国地铁系统的发展现状,从应急抢险组织体系、预防与预警、分级响应、保障措施四个方面对地铁应急管理提出预防措施,通过该方法的实施,地铁应急管理建设将得到全方位推进,突发事件的损失也将降低。     

基于元胞自动机地铁车站应急疏散模型仿真

在分析总结现有疏散模型的基础上,基于元胞自动机原理,利用场强理论描述疏散影响因素,建立了地铁车站人员应急疏散模型,研究了疏散人员的路径选择问题及多人争夺同一格点的冲突问题.该模型不仅考虑了疏散人员的生理、心理特性而且探讨了车站的环境及引导水平对人员疏散的影响,使模型更具真实性;最后利用Visual C＋＋进行疏散过程的仿真,模拟了地铁疏散的动态过程.     

城市轨道交通应急资源选址和配置方法研究

为解决城市轨道交通中的应急救援站选址以及应急救援资源优化配置问题,从最短救援距离、城市地价、救援工具分区限速、救援时间、基于实际运营情况的特殊站点和中心度关系网络的特殊站点等角度,确立供需可达矩阵,建立以救援时间代价以及建设费用之和为最小的应急站选址模型。在救援资源数量确定的情况下,建立关于应急站的资源收益函数,同时根据资源分配 过程具有马尔可夫性,以期望收益值最大为目标确定资源最优配置模型,并运用动态规划逆序法进行求解。最后,以规划中的成都地铁网为例,将其15 个站点作为应急站,计算其需要分配的应急资源数量。实例计算结果表明,所建选址和资源配置模型所得结果满足实际运营要求,因而具有较高的可信度。     

地铁突发事件应急体系脆弱性评价研究

随着地铁网络的持续扩大,对地铁突发事件应急体系的脆弱性防范也相应提高,完善地铁突发事件应急体系能够有效提高地铁应对突发事件的能力。针对地铁突发事件应急体系的脆弱性进行研究,构建应急体系脆弱性评估指标,利用层次分析法,确定指标权重,通过运用模糊数学的相关理论,使用模糊综合评价法对地铁突发事件应急体系脆弱性进行评价,最后通过实例分析,验证该方法在评价地铁突发事件应急体系脆弱性上的可行性。     

空管应急移动指挥平台配置方案

以保障空中交通管制工作连续性为目标,针对重大灾害时所有空管指挥场所和主/备用设备受损的危急情况,从不同管制地区的实际管制方式出发,根据空中交通管制最低保障需要,建立应急移动指挥平台.通过分析所选设备的性能特点,提出设备的最优选址动态解法.采用组合优化的方法,给出空管应急移动指挥平台的配置方案.该方案对于提高空管系统的服...     

地铁列车车钩系统能量配置特性研究与优化

为研究地铁列车在碰撞过程中的能量分配特性,以某6辆编组的地铁列车为平台,依据车钩缓冲装置和防爬器的吸能特性,进行列车纵向动力学仿真计算,结果显示:在列车碰撞的过程中,各个界面的吸能情况并不均衡.对此,对比了车钩系统在不同配置条件下的吸能特性,寻找列车碰撞过程中各界面的吸能规律,并进行一定的参数优化,使列车在满足车辆连挂和低速碰撞的要求条件下,可最大化地利用各界面的吸能容量,其配置结果对列车碰撞能量管理和车体结构强度的设计都有一定的指导价值.     

特大暴雨下城市地铁人员应急救援与疏散优化

为提高特大暴雨下地铁车站人员救援与疏散效率,提出地铁人员的应急救援与疏散优化建模与求解方法,旨在协同优化救援中心选址、应急路径设计与分配决策。针对特大暴雨的危害性和地铁被困人员的心理恐慌程度,改进感知风险度量模型。结合应急救援与疏散的阶段性,建立成本和感知风险最小的应急救援与疏散的选址-路径优化模型。设计基于分解多目标进化算法和分支切割算法的两阶段求解步骤。最后,通过郑州实例和测试算例,验证新模型和算法的有效性。计算结果表明：新模型和算法能在2.13 s内求得有效方案;相较于传统风险模型,新模型能够降低9.03%的运输成本;相较于常规的多目标优化算法,新算法能缩短至少60.00%的求解时间,并有较高的计算稳定性。     

不确定信息下应急物资配置的可持续双层优化模型及求解

灾难发生后进行快速的响应十分重要。在充分考虑灾难发生后的不确定因素基础上,建立模糊双层物资配置模型对应急物资配置问题进行优化,旨在使救援总费用最小并且使受灾民众的认知满意度最大。利用KKT条件,将双层规划模型转化为单层规划模型,并利用模糊费用来刻画运输难度的不确定性,考虑模糊费用服从三角分布时利用期望值法对模型进行转化,将所建立的模糊双层规划模型转化为与之等价的单层混合整数规划模型,最后查找相关数据并利用LINGO软件进行求解,验证了模型的可行性。     

救援时间限制下高速公路网应急设施点选址模型

应急资源布局问题是高速公路应急管理的关键。通过建立数学模型,提出一种优化高速公路网中应急设施点布局方法。首先,通过分析高速公路网中应急需求的布局特点,依据事故发生概率、事故影响范围和路段平均车流量确定在某个交通事故情形下需求点的应急需求。然后,基于需求分析建立应急设施点选址模型。通过救援时间限制确定设施点的覆盖条件,选择救援时间短、物资供给能力强的待选点建立设施点。最后,采用基于拉格朗日松弛的启发式算法对模型进行求解。通过计算实例验证,该布局方法针对高速公路网的应急需求,保障了应急事件救援时间,为高速应急设施点布局提供了新思路,可适用性强。     

重大疫情下铁路应急救援能力评估指标体系构建

从铁路应急准备能力、铁路应急响应能力及铁路应急恢复能力3个方面, 构建了重大疫情下铁路应急救援能力预选评估指标; 为提高指标的科学性、可行性、独立性和可靠性, 应用传递闭包法对指标进行筛选, 构建了3个一级指标、15个二级指标、49个三级指标作为重大疫情下铁路应急救援能力评估指标体系, 并通过基于三角模糊数的层次分析法计算体系内各指标权重。分析结果表明: 一级指标中铁路应急准备能力、铁路应急响应能力、铁路应急恢复能力权重分别为0.26、0.53、0.21, 铁路应急响应能力权重最大; 在疫情期间应着重保障医护人员和物资的输送, 采取有效措施防止疫情进一步扩散; 铁路应急准备能力下属二级指标中, 应急物资指标权重最大, 为0.29, 在准备阶段应防微杜渐, 做好应急物资储备工作, 提高应急物资经费占比, 明确各应急机构权责, 及时完善更新应急预案; 运营恢复权重为0.47, 在铁路应急恢复能力下属的二级指标中占比最大, 在恢复阶段应着重提高运营列车数, 及时公开运营列车信息, 开行复工专列。该体系为提升重大疫情下铁路应急救援能力提供科学有效的参考。     

紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用

为了优化坡道上钢弹簧浮置板轨道的设计, 在考虑轮轨纵向作用关系与钢弹簧浮置板轨道特点的基础上, 运用多体动力学理论和有限元法建立了紧急制动条件下地铁车辆与钢弹簧浮置板轨道动力相互作用模型, 利用多体动力学软件UM验证了模型的有效性, 分析了车辆与轨道的动力响应。研究结果表明: UM软件与本文模型计算得到的车体纵向加速度和轮轨纵向力平均相对误差分别为1.3%、2.8%;在紧急制动过程中, 车体始终处于向前点头和纵向振动的状态, 导致前轮增载, 后轮减载; 由于板与板之间不连续, 钢轨和浮置板之间会产生纵向相对错动, 须注意钢轨与浮置板之间不协调的纵向变形; 间隔2组扣件布置一对隔振器方案(方案1) 所得板端钢轨垂向位移比板中大0.2 mm, 间隔2组扣件布置一对隔振器, 再间隔3组扣件布置一对隔振器方案(方案2) 所得板端钢轨垂向位移比板中小0.5 mm; 2种布置方案下, 轨道纵向变形相差不超过5%, 扣件和钢弹簧受到的纵向作用力相差不超过15%;短波轨道不平顺显著加剧了钢轨和浮置板的垂向振动效应, 不平顺状态下钢轨最大垂向加速度可达15g左右; 钢弹簧浮置板轨道可以降低传递到基础底部的垂向振动, 加速度降幅约为0.2 m·s^-2, 但会显著放大低频段钢轨、浮置板的垂向振动, 振动量增幅约为15 dB。     

考虑心理压力的地铁站台乘客疏散模型

分析了紧急情况造成的心理压力对地铁站台乘客疏散行为产生的影响, 建立了心理压力与滞留时间、局部密度、危险源距离的数量关系; 研究了心理压力下的疏散期望速度, 建立了修正期望速度模型, 并修正了社会力模型; 针对站台乘客疏散过程, 设计了多智能体感知和决策流程, 建立了基于多智能体技术的疏散仿真模型, 对乘客从接收疏散信号到疏散完成的全过程进行抽象化处理; 运用AnyLogic仿真软件搭建仿真场景, 并将建立的多个模型以接口方式导入仿真软件, 基于北京地铁2号线西直门站台, 研究了乘客的疏散行为。仿真结果表明: 心理压力对疏散时间、疏散速度、乘客密度与绕行距离产生了较大影响, 有心理压力时乘客疏散效率较无心理压力时增大了24.03%, 整体平均疏散时间减少了27.68%, 楼梯区域平均疏散时间减少了36.20%, 衔接区域平均疏散时间减少了22.05%;有心理压力的乘客在楼梯区域的平均疏散速度约为0.226m·s^-1, 无心理压力时约为0.351m·s^-1; 在衔接区域, 有心理压力的乘客最高聚集密度达8.0人·m^-2, 无心理压力时达到9.5人·m^-2, 楼梯区域乘客聚集密度最大值均约为3.5人·m^-2; 有心理压力的乘客平均绕行距离较无心理压力时增加了96.91%, 乘客运动更加混乱。     

城市交通疏散救援的元胞自动机模型

分析了城市内部各向车流冲突造成的车辆延误对疏散与救援决策的影响, 将交叉口控制参数引入到现有的基于元胞传输模型的应急疏散救援仿真模型中, 建立灾时交叉口紧急控制下的应急疏散救援仿真模型。改进后的模型以规划周期内疏散与救援加权行程时间最小为目标, 并引入反流策略。仿真结果表明: 由于低优先级的车流G1和G2让行高优先级车流G3和G4而产生延误, 其平均行程时间分别增加了10.0、11.1 s, 符合城市内部疏散与救援的实际情况; 反流策略实施后, 受益的车流G2和G4行程时间分别下降了6.5、6.0 s。可见, 提出的模型及反流策略有效。     

铁路救援基地层级规划选址模型

基于中国铁路组织机构的特点和应急救援现状,提出了铁路救援基地的层级网络建设理念。分析了现有铁路救援基地多目标规划选址模型的不足,将铁路救援基地分为枢纽救援基地和快速救援基地。以最小救援基地总成本和最短救援响应时间为双目标函数,以最大服务距离为约束条件,建立了铁路救援基地多目标层级规划选址模型。采用层次分析法、灰色关联分析与线性参考技术等方法抽象模型参数,采用蚁群算法求解模型,并将计算结果与现有的救援决策方案进行对比。研究结果表明:应用提出的模型,通过抽象模型参数,可得到26个救援基地备选点、61个服务需求点与188条路径;在完全覆盖事故风险的情况下,救援基地数量减少3个,节约成本约240万元,总救援响应时间、最大平均救援响应时间和最小平均救援响应时间分别降低0.04、0.46、0.29h。     

考虑多前车作用势的混行交通流车辆跟驰模型

基于自动驾驶车辆(AV)和常规人驾车辆(RV)混合行驶的情况,在全速度差(FVD)模型的基础上考虑了多前车和一辆后车的车头间距、速度、速度差、加速度差等因素,建立了适用于AV和RV 2种车辆的混行车辆跟驰模型;引入分子动力学理论定量化表达了周围车辆对主体车辆的影响程度;利用RV和AV混行场景跟车数据,以模型拟合精度最高为目标,对所有参数遍历寻优,进行标定;对比分析了混行车辆跟驰模型和FVD模型控制下交通流的稳定性,解析了车速对交通流稳定性的影响;设计了数值仿真试验,模拟了城市道路和高速公路2种常见场景,分析了混行车辆跟驰模型的拟合精度。研究结果表明：考虑周围多车信息有利于提高交通流的稳定性;车辆速度越低交通流稳定性越差;考虑多车信息的分子动力学混行车辆跟驰模型可以提前获得整个车队的运行趋势,更好地模拟AV的动力学特征;与FVD模型相比,在城市道路条件下混行车辆跟驰模型中的RV平均最大误差与平均误差分别减小了0.18 m·s^-1和13.12%,拟合精度提高了4.47%;与PATH实验室的ACC模型相比,在高速公路条件下混行车辆跟驰模型中的AV平均最大误差和平均误差分别减小了7.78%和26.79%,拟合精度提高了1.21%。可见,该模型可用于混行环境下AV的跟驰控制与队列控制,以及AV和RV的跟驰仿真。     

地铁快慢车运行计划综合优化模型

为了综合优化地铁快慢车运行计划, 建立了综合求解列车开行方案、停站方案和时刻表的优化模型; 分析了地铁列车停站、区间运行、快慢车运行组织与客流出行等特点, 构建了快慢车运行计划的约束条件, 设计了综合协调优化列车运行时间和运输成本的目标函数, 建立了完整的地铁快慢车运行计划优化模型; 分析了模型特点及其复杂度, 设计了两阶段近似算法求解模型, 第1阶段根据乘客能够忍耐的最大候车时间推算出慢车的开行列数, 同时将其均匀分布在编制时段范围内, 并对初始时刻表进行合理调整, 第2阶段采用CPLEX求解器求解地铁快慢车运行计划; 针对上海地铁16号线, 对其早高峰7:00~9:00下行方向的快慢车运行计划进行编制试验。试验结果表明: 快慢车运行计划中共开行列车30列, 其中快车11列, 慢车19列, 完成9次越行, 87次跨站不停车, 快车全程最大节约时间为628 s, 约降低4.1%, 总旅行时间节约4 450 s; 根据客流需求在1:1~1:2之间灵活安排快慢车开行比例; 根据各车站上下车客流需求灵活安排快车停站方案, 快车之间停站方案不固定; 随着列车规模的增大, 模型求解时间大幅增长, 当规模达到一定程度时, 需设计更为高效的求解算法。     

行人-公交紧急疏散集成优化模型

针对大型公共场所突发事件提出了运用公共交通进行紧急疏散的集成优化模型。模型将紧急疏散问题抽象为行人交通流和公共交通网络的双层优化网络, 第1层引导撤离人员从事发地点(建筑物等) 到达指定的乘车点(公交站等), 第2层优化公交车从场站出发, 途经各乘车点, 最后运输撤离人员到达安全地点。利用基于禁忌搜索的两阶段启发式算法对模型进行求解和验证。验证结果表明: 在一个有328人需要疏散的网络中, 共使用8辆公交车完成疏散。目标函数中每一项权重的变化对模型输出结果基本没有影响, 模型具有很强的鲁棒性。对比CPLEX优化软件, 启发式算法能够在1h内求解出近似最优解, 并且近似最优解与最优解的误差小于15%。模型充分考虑了撤离人员分配与公交路径优化之间的交互影响, 实现了在紧急疏散时行人交通流与公共交通网络的组织最优。     

紧急制动工况下电磁式磁轨制动器极靴磨损计算方法

为了预测极靴服务寿命, 确保制动可靠, 通过磨损过程、制动过程、制动器/钢轨温度场的建模与仿真, 计算了高速列车紧急制动过程中电磁式磁轨制动器极靴磨损量; 建立了考虑速度与温度的Archard磨损模型和CRH2列车紧急制动过程的动力学模型, 计算了电磁式磁轨制动器样机全程参与制动时的空气制动力、电磁制动力、制动减速度、紧急制动能量分配系数、瞬时速度和制动距离等时变参数; 分析了紧急制动时电磁式磁轨制动器-钢轨-大气间的热量传递, 基于Fluent软件建立了制动器/钢轨的三维温度场模型, 根据制动过程时变参数获取温度场热流密度和散热加载条件; 针对CRH2列车行驶速度为250km·h^-1的紧急制动工况, 计算了制动器极靴的磨损量。计算结果表明: 在制动过程中, 钢轨顶部温度随着与制动器的接触状态变化呈波动变化, 在距离有效制动起点1 620m处, 钢轨与8号电磁式磁轨制动器接触结束时, 温度达到最大值570.76℃; CRH2列车同侧8个制动器极靴底部在制动时间为24.5s时温度达到最大值, 从前到后依次为1 022.6℃、1 037.7℃、1 045.3℃、1 052.8℃、1 085.7℃、1 100.9℃、1 109.2℃、1 124.4℃, 极靴磨损量从前到后依次为207.4、208.7、210.0、210.7、212.1、213.4、214.4、215.5g。可见, 制动器工作会使钢轨产生热量积累, 导致列车运行方向后面的电磁式磁轨制动器极靴温度较高, 磨损量较大。