山區路網震後分階段應急及資源保障集成最佳化研究

《山區路網震後分階段應急及資源保障集成最佳化研究》是依託湖南師範大學，由李雙琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：山區路網震後分階段應急及資源保障集成最佳化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李雙琳
• 依託單位：湖南師範大學

項目摘要

山區路網因地形限制，相對城市路網，呈樹形或串形，表現為低連通度，易受地震影響阻礙應急救援，凸顯山區路網震後應急的重要性。此外，路網震後應急還呈現階段性特徵，當前研究著重震後搶通階段城市路網的應急且與資源保障是分開研究的，然而，路網震後應急離不開資源保障。故需分析山區路網結構及震後分階段應急特性，研究山區路網震後分階段應急及資源保障集成最佳化問題：（1） 搶通階段，考慮時間緊迫與需求模糊，對虛擬搶修點、交通管制下及模糊需求下的搶修排程及資源保障集成最佳化問題進行研究；（2） 保通階段，考慮突發次生災害，研究隨機需求下震後保通動態排程及資源保障集成最佳化問題；（3） 災後重建階段，基於山區路網災後重建優先權的資源最佳化配置問題。最後，以我國地震實際為依據，實證研究我國山區路網震後分階段應急及資源保障集成最佳化問題，開發一套輔助決策支持系統。課題成果對提高我國乃至世界山區路網震後應急水平具有重要理論和現實意義。

結題摘要

由於受地理位置、地形地貌等因素的影響，山區路網多呈樹突形結構，表現為路網密度低、連通度低、可達性低、可選出行路線少等特點。一旦發生中斷，將會嚴重阻礙震後應急救援工作的開展，造成大量人員傷亡和財產損失。因此，需要對山區受損路網進行恢復。 然而，震後不同階段對交通路網需求不同，資源保障也存在差異。因此，本課題將山區路網震後恢復及資源保障集成最佳化問題劃分為三個階段：（1）震後搶通階段，通信不暢，受損信息通過遙感、航拍技術獲取，在有限時間和資源約束下，考慮路網交通流動態變化情況，建立了山區路網震後搶修排程與應急物資配送集成最佳化模型，分別設計了遺傳算法（GA）、細菌群趨藥性算法（BCCOA）以及改進的BCCOA（採用混沌遷移策略，微分進化策略，精度自適應策略及目標函式值歸一化策略進行改進）。通過對算法計算效果進行對比分析表明：大規模問題，改進的BCCOA相較於GA，解的質量提升了20%，計算效率提升了20%。（2）震後保通階段，通信基本恢復，受損信息能夠及時獲得，為提高搶通路段通行能力，以路網搶修績效最大為目標，在有限時間和資源約束下，以路網交通流動態變化情況為依據，以OD對通行時間變化衡量路網搶修績效，分別建立了以路網搶修績效最大為目標的山區路網震後搶修排程與應急物資配送集成最佳化模型和山區路網震後多周期恢復問題：搶修排程與應急物流集成最佳化模型，並設計了混合穩態並行遺傳算法（HSSPGA）對模型進行求解。採用GNETGEN產生不同規模的算例對上述模型進行驗證。（3）災後重建階段，通信完全恢復，對原路網受損路段實施重建。建立了動態交通流下以最大化路網重建累積績效為目標的山區路網災後重建排程最佳化模型，並設計了一種混合遺傳算法對模型進行求解，並將動態交通流下的災後路網重建排程最佳化模型與非動態交通流下最佳化模型進行比較，結果表明，動態交通流最佳化模型的重建累積績效提升了8%。（4）以汶川大地震為背景，構建了系列算例，對上述模型和算法進行了有效性和可靠性驗證。