1.一种应急交通运行分阶段优化方法,其特征在于,包括:
步骤S10、获取突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性数据,根据获取的数据建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数,建立交叉口冲突转向约束条件;
步骤S20、调用求解器求解以所述救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件,以所述救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型,获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案;
步骤S30、基于所述救援交通运行优化方案建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数;
步骤S40、调用求解器求解以疏散交通运行优化的约束条件、所述交叉口冲突转向约束条件为限制条件,以所述疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型,获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案;
所述的获取突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性数据,包括:
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确定应急区域路网上任意路段i的通行能力Qi、自由流速度vi、堵塞密度ρi 的宏观交通流参数,i∈L,L为应急区域内路段集合,给与路段i构成十字路口的其它路段编号为j、k、l,确定应急交通流在各路段之间的流入流出关系与状态,包括不同时间内各路段的累计流入应急车辆数U、累计流出应急车辆数V、交叉口转向应急车辆数f和承载的应急车辆数x;
确定疏散车辆从受灾区域进入路网的受灾区域疏散交通出口、离开路网进入外部安全区域的路网疏散交通出口,进而将承载疏散车辆离开受灾区域、进入外部安全区域的路段·集合分别用符号L2°、L2 表示;确定救援车辆从外部进入应急区域路网、到达受灾区域的救援交通入口,进而将承载救援车辆从外部区域进入应急区域、到达受灾区域的路段集合分·别用符号L1 、L1°表示;
在局部突发事件场景下确定灾害位置周围区域的危险等级ω,以基于该危险等级有序疏散各区域受灾人员、分配救援资源,包括:在什么时间应该从何受灾区域撤离多少受灾人员 在什么时间应该从何地调配多少救援资源 确定道路危险等级ωi,以基于该危险等级评价受灾人员转移过程中选择不同道路面临的灾害威胁;
确定受灾区域疏散交通需求Ed,以及处置突发事件的救援交通需求Rd;
所述的根据获取的数据建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数,包括:
以救援车辆尽快到达受灾区域为优化目标,建立线性规划模型优化救援车辆在路网上运行的动态加载过程,建立约束式(1)至(20)所示的救援交通运行优化的约束条件和目标函数目标函数式(1)以时间为权重,最大化不同时间内到达受灾区域的救援车辆数为优化目标,保证局部突发事件下救援车辆尽快到达受灾区域;约束式(2)表示救援车辆在路网上动态转移时,各路段上承载的救援车辆数守恒,约束式(3)至(6)模拟救援车辆在路网上的动态运行过程,约束式(7)至(10)计算流入、流出各路段的救援车辆数,约束式(11)和约束式(12)表示从受灾区域外部调用的救援车辆全部进入受灾区域,约束式(13)限制救援车辆从应急区域边界的救援交通入口离开应急区域,约束式(14)表示救援车辆从外部进入应急区域的道路通行能力限制,约束式(15)表示道路自由流行程时间限制救援车辆通过道路,约束式(16)和约束式(17)表示救援工作开始前,应急区域路网上没有救援车辆运行,约束式(18)至(20)给定救援交通运行决策变量的定义域,即救援工作启动后,救援车辆从外部进入应急区域路网,最终到达受灾区域;
表1数学符号及其含义
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所述的基于所述救援交通运行优化方案建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数,包括:基于所述救援交通运行优化方案,建立约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数:s.t.
目标函数式(21)分别以受灾区域危险等级、道路危险等级为权重,最小化滞留在受灾区域和道路的疏散车辆数,使得受灾人员尽快从受灾区域安全转移;
转移受灾人员的疏散车辆在路网上运行应该满足约束式(22)至(42),约束式(22)表示疏散车辆在路网上动态转移时,各路段上承载的疏散车辆数守恒,约束式(23)至(26)模拟疏散车辆在路网上的动态运行过程,约束式(27)至(30)计算流入、流出各路段的疏散车辆数,约束式(31)和约束式(32)表示受灾人员从受灾区域全部转移至安全区域,在面向救援优先的疏散交通运行过程中,疏散车辆与救援车辆的交通路线发生冲突时,疏散车辆让行救援车辆,直到救援车辆通过;
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当救援车辆占用路段j、i、m(j、i、m∈L )时,以路段k、l、i、j为例,约束式(33)禁止疏散车辆进入路段i;约束式(34)禁止疏散车辆在交叉口处进入与救援车辆转向(j,i)冲突的转向,约束式(35)限制疏散车辆通过应急区域边界救援交通入口从外部进入应急区域,约束式(36)表示疏散车辆进入外部安全区域的道路通行能力限制,约束式(37)表示道路自由流行程时间限制疏散车辆通过道路,不失一般性,约束式(38)和约束式(39)表示疏散工作开始前,应急区域路网上没有疏散车辆运行,约束式(40)至(42)给定疏散交通运行决策变量的定义域,即疏散工作启动后,疏散车辆转移受灾人员离开受灾区域,到达安全区域。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的建立交叉口冲突转向约束条件,包括:
从路段i到路段j的转向(i,j)与转向(k,l)是交织冲突的,即Γ={(i,j),(k,l)},局部突发事件下应急车辆在路网上交通运行时,采用交织冲突消除措施从空间上消除交叉口冲突转向,控制应急车辆在路网上交通运行的转向,建立约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向约束条件:。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述的调用求解器求解以所述救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件,以所述救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型,获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案,包括:调用求解器求解以约束式(2)至(20)所示的救援交通运行优化的约束条件、约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向的约束条件为限制条件,以目标函数式(1)所示的救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型,获取局部突发事件下使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案f1和效果maxZ1。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述的方法还包括:
设计目标函数式(46)替换目标函数式(1),以目标函数式(1)获得的受灾区域救援车辆最优到达方案f1为约束,构建约束式(47)和约束式(48),s.t.
约束式(2)至(10),(12)至(20)(48)调用求解器求解以约束式(47)和约束式(48)为限制条件,以目标函数式(46)为优化目标的混合整数线性规划模型,获取与所述救援交通运行优化方案f1具有相同救援交通需求和救援效果的不同救援交通运行优化方案。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的调用求解器求解以疏散交通运行优化的约束条件、所述交叉口冲突转向约束条件为限制条件,以所述疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型,获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案,包括:调用求解器求解以约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件、约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向的约束条件为限制条件,以目标函数式(21)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型,获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案,获取任一救援交通需求下,不同救援交通运行优化方案对应的疏散交通运行优化方案f2和效果minZ2;
改变疏散和救援交通需求,循环执行上述处理过程,获取不同疏散、救援交通需求对应的应急交通运行优化方案和效果,分析不同疏散、救援交通需求下,相同救援交通需求和救援效果对应的不同最优救援交通运行方案如何影响疏散交通运行效果,根据分析结果获取最优的救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案。