城市應急路網(wǎng)疏散規(guī)劃的模型與算法研究.pdf

1、城市作為人口高度聚集的場所，需要為潛在的重大災害事件做出應急規(guī)劃以保護居民的生命財產(chǎn)安全。當規(guī)劃一個有潛在的危害品泄漏可能的工廠時，決策者需要評估出受影響區(qū)域內的人口疏散至安全區(qū)域所需要的時間，以決策工廠的選址與應急預案的制定。更進一步，當危害發(fā)生的時候，決策者需要有一種科學的路徑規(guī)劃，來指導和控制待疏散區(qū)域內人口的行動路徑，以獲得盡可能高的疏散效率和盡可能短的疏散時間。在盡可能短的時間內安全地大范圍疏散轉移高密集的人群，是防止和減少事

2、故造成人員傷亡的重要措施。本文探討的疏散路徑規(guī)劃要解決的問題就是計算出優(yōu)化的路徑分配策略，使待疏散的人口疏散到預定義的目的地所需要的總的疏散時間盡可能短。
　　 對于區(qū)域范圍內的人口疏散研究，部分研究旨在盡可能準確的評估出無人為控制條件下疏散完成所需要的時間，部分研究以優(yōu)化疏散時間為目標，計算出了相應的控制策略。比如有人計算出最大流路徑，然后建議所有車輛盡可能從此路徑通過，有人提出所有單位到達最近的出口，有人以交匯點最少的靜態(tài)路

3、徑作為控制策略等等。這些靜態(tài)的方法難以做到充分利用路網(wǎng)道路資源，容易造成交通堵塞，從而難以達到疏散時間最優(yōu)的目的。
　　 本文的算法可以計算出各個待疏散人口具體的疏散路徑與時間安排。將時間和空間看做相關的資源，采用資源預分配的思想，避免了擁塞，達到了全局疏散時間的優(yōu)化。放棄最優(yōu)解，改求次優(yōu)解的策略，使實際的大規(guī)模的網(wǎng)絡計算成為了可能。本文首先將要研究的疏散問題抽象為一個由節(jié)點和有向邊組成的網(wǎng)絡模型，其節(jié)點有容量屬性，邊有容量和通

4、過時間兩個屬性，需要求解的問題就是如何將源節(jié)點中的單位疏散到目的節(jié)點中去，使總的疏散時間最短。為了從實際的路網(wǎng)信息抽象得到這個網(wǎng)絡模型，本文在路網(wǎng)疏散問題的建模部分詳細研究了節(jié)點和邊的建模方法，其中邊的屬性的獲得主要涉及到路段通行能力分析及轉換，節(jié)點上屬性的獲得主要涉及到信號交叉口通行能力的建模與分析。為了劃定源節(jié)點并確定其上待疏散人口數(shù)量，本文初步探討了初始人口分布的建模思路。
　　 在完成了網(wǎng)絡模型的建立之后，本文重點研究了

5、疏散路徑規(guī)劃問題的求解方法。在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡流問題的研究領域，為了求解疏散路徑規(guī)劃問題，必須首先借助時間擴充圖將源問題轉化為靜態(tài)網(wǎng)絡流問題，從而將時間過程規(guī)避掉，轉化為最小費用流等經(jīng)典的靜態(tài)網(wǎng)絡流問題，然后利用一些多項式時間算法來求解最優(yōu)解。但是時間擴充圖本身需要將原問題的規(guī)模擴充總的疏散時間倍數(shù)，帶來巨大的開銷，而且確定性算法求解大規(guī)模的網(wǎng)絡問題也需要太大的代價，不適合現(xiàn)實的應用。為了解決這個問題，本文研究了一種啟發(fā)式的算法來求解疏散路徑

6、規(guī)劃問題。啟發(fā)式算法并不保證獲得最優(yōu)解，但卻能在獲得次優(yōu)解的條件下大幅度減少資源消耗和計算時間，使面向實用的大規(guī)模的疏散路徑規(guī)劃問題的求解成為可能。本文除了實現(xiàn)并改進了原始算法的預處理部分外，著重從兩種不同的角度，對原算法進行了改進。第一種是增加了迭代閾值，用來排除一些代價較高的路徑，另一種是改用較長路徑優(yōu)先，以求減少最后一個人到達目的地的時間。
　　 除此之外，本文在GIS 平臺上對算法的運算結果進行了可視化的仿真，并探討了算