动态交通环境下的应急救援车辆路径优化方法研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lijing2007110311
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车辆路径问题是研究如何在给定的道路交通环境下合理规划行驶路线实现运输效率最高和成本最小的一类优化问题,已经广泛地应用于物流运输、应急救援、公交调度等各学科领域,并产生巨大的社会效益和经济价值。当前,因种种原因,各类突发事件层出不穷,使得应急救援保障成为各大城市的焦点问题。效率是应急救援管理的首要优化目标,是及时控制事件态势恶化、保障人民生命健康和财产安全的关键。然而,在现实城市路网中经常出现自然灾害、道路施工、突发性交通拥堵等问题,这些问题都是动态交通环境的主要不确定性因素,对应急救援车辆科学选取最优行驶路径、提高救援效率造成严重干扰。因此,本文通过分析应急救援车辆路径选择的影响因素,考虑道路交通环境的动态随机特征,优化应急处置流程及应急救援方案可靠性,提出了动态交通环境下的应急救援车辆路径优化模型及其求解算法,并验证了模型与算法的有效性。本文的主要研究工作如下:(1)通过梳理突发事件后的交通影响及车辆路径问题相关理论,分析了应急救援车辆路径选择的影响因子,并探究了动态交通环境下的在线优化方法原理及其局限,为刻画动态交通环境随机特征以及提出考虑动态交通环境不确定性的应急救援车辆路径优化方法奠定理论基础。(2)针对道路交通环境的不确定性因素,构建了不确定环境下单点突发事件的应急救援车辆动态路径优化模型。通过提取行程时间可靠性评价指标,刻画了动态交通环境的随机特征;针对在线优化方法未考虑动态交通环境时空演变特征这一缺陷,提出了在车辆路径优化过程中考虑动态交通环境不确定性的建模思路;以应急救援总时间最短为优化目标,建立了不确定环境下单点突发事件的应急救援车辆动态路径优化模型,并设计了改进的定向波纹扩散算法对模型进行求解。(3)针对多点突发事件的应急救援处置流程,构建了考虑应急匹配机制与可靠性优化的应急救援车辆动态路径协同优化模型。通过挖掘传统应急响应模式中匹配机制的缺陷,提出多中心协同响应匹配的应急响应模式,并考虑应急响应方案匹配及计划时间指数对救援方案进行可靠性优化;根据协同应急响应模式原理,基于单点突发事件的应急救援车辆动态路径优化模型,建立面向多点突发事件的应急救援车辆动态路径协同优化模型,并利用改进的定向波纹扩散算法对模型进行求解,再通过仿真算例应用及分析,证明了模型和算法的有效性。仿真应用结果表明,与传统应急处置方法相比,该模型具有降低车辆行程时间、高稳定性、强可靠性的优点,有助于提高应急救援效率,也表明本文提出的优化方法在应急救援领域具有较高的实用价值和现实意义。
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