危险品道路运输车辆时空协调调度优化研究

摘要

危险品作为一类特殊的货物，在运输环节一旦发生事故，往往会衍生出燃烧、爆炸、泄漏等严重后果，造成人员伤亡、财产损失、环境污染等。运输路径优化被认为是降低危险品运输风险的重要措施之一，最大程度地选择事故发生概率低的路线进行运输，以减少对路线周围的人口和环境的影响。然而，多车同时运输过程中，由于危险品运输车辆之间相互影响而导致潜在运输风险增加，只有在路线优化的基础上科学合理地调度车辆，消除额外产生的潜在运输风险，才能真正地降低危险品运输风险。因此，对危险品道路运输车辆调度优化的研究显得十分必要。
　　车辆调度是危险品道路运输问题中的难点，现有研究大多从路径的时变特征对运输风险影响的角度，给出车辆的行驶路径和出发时刻，并未充分考虑车辆之间相互影响额外产生的潜在风险。本文分别针对静态和时变危险品运输网络，从相异路径、节点时空相异、时空安全距离等不同角度刻画车辆的时空相异性，采用时空协调优化方法对危险品运输车辆调度问题展开了一系列研究。全文主要研究内容如下:
　　(1)相异路径上的危险品运输车辆调度问题。通过构造一种不同于传统危险品运输网拓扑的T*网络，构造的新网络能够表达路径间的耦合关系，表征路径间的相异性测度，引入图的最大独立集问题求解方法获取相异路径集，进而在相异路径集合中选择路径，调节各路径上车辆出发时刻，将危险品运输车辆在空间上有效的隔离，同时在时间上保证安全的出发时间间隔。
　　(2)考虑节点时空相异的危险品运输车辆调度问题。将时空协调调度方法用于危险品运输车辆调度中，提出了节点时空相异评价方法，通过调节危险品运输车辆的出发时间间隔，使车辆经过“不相异”路径时在共同节点（或共同路段）处能够保持安全距离，达到节点时空相异的目的，突破相异路径方法在路径选择上的局限性，同时避免相异路径方法遗漏最佳运输路径的可能性。
　　(3)考虑时空安全距离的危险品运输车辆调度问题。借鉴空间物理学中时空距离的概念，提出了危险品运输车辆间时空距离计算方法，根据时空安全距离计算车辆的出发时间间隔，建立了OD间满足时空相异条件的危险品车辆调度模型，并设计了两阶段求解方法用于生成车辆调度时刻表，按照该方法生成的车辆调度时刻发车，可使运输网络中任意车辆间在任何时刻都能保持安全距离。
　　(4)时变条件下的危险品运输车辆调度问题。针对时变条件下的危险品运输路径优化，提出了一种求解双目标最短路径问题的时变脉冲算法，可获得不同出发时刻下的Pareto最优路径集，在获得的Pareto最优路径集中选择路径，构建了考虑危险品运输车辆间的时空安全距离的车辆调度模型，设计了多目标优化算法，生成车辆调度时刻表，决策者根据风险偏好选择合理的运输线路和出发时刻，车辆在行驶过程中保持时空相异。
　　(5)考虑风险公平性的危险品运输车辆调度问题。为减小危险品运输过程中各人口聚集区域之间的风险分布差异，构建了考虑风险公平性的车辆调度优化模型，可获得风险公平性最优的“周期性”调度方案，针对模型设计了两阶段优化算法，算法设计中引入决策者参与，提升求解效率的同时也体现决策者的风险偏好。
　　本文采用时空协调优化方法对危险品运输车辆调度问题展开研究。在空间相异性方面，提出了新的网络构造方法，并引入图的最大独立集问题求解方法来获取危险品运输网络中的一类相异路径，开辟了求解相异路径问题的新思路;在时空相异性方面，分析了车辆发生事故对其它车辆的影响与时空距离间的关系，提出了节点时空相异和时空安全距离的时空相异性表征方法，将问题重构为以出发时间间隔为约束的车辆调度时空组合优化问题，构建了不同时空相异性要求下危险品道路运输车辆调度优化数学模型，探讨了危险品运输车辆调度问题的多目标优化求解方法;针对时变网络中危险品运输，设计了一种时变脉冲算法用于求解双目标最短路径问题，能够高效地获取Pareto最优路径;针对路径优化方法实现风险公平性存在的弊端，构建了一种考虑风险公平的危险品运输车辆调度优化模型，通过调节路径使用频次获得风险分布公平的车辆调度方案，弥补了路径优化无法体现真正风险公平性不足。论文采用时空协调优化方法，从问题分析、模型构建和算法设计等方面开展了一系列针对危险品道路运输车辆调度问题的研究，研究结论可为危险品承运企业提供车辆调度决策指导。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 危险品道路运输概述

1．2．2 危险品道路运输车辆调度研究现状

1．2．3 危险品道路运输相异路径研究现状

1．2．4 危险品道路运输风险公平性研究现状

1．3 存在的问题分析

1．4 主要研究内容与技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

2危险品道路运输车辆调度问题分析

2．1 危险品道路运输网络

2．2 危险品道路运输风险评价

2．3 危险品道路运输车辆调度问题

2．3．1 优化目标

2．3．2 求解过程

2．4 本章小结

3基于相异路径的危险品运输车辆调度

3．1．1 T*网络构造方法

3．1．2 基于T*网络的相异路径筛选方法

3．2 相异路径上危险品运输车辆调度

3．2．1 车辆安全出发时间间隔

3．2．2 数学模型

3．2．3 算法设计

3．3 算例分析

3．3．1 单次运输风险约束下的车辆调度

3．3．2 运输总风险约束下的车辆调度

3．3．3 不同约束条件下的计算结果比较分析

3．4 本章小结

4考虑节点时空相异的危险品运输车辆调度

4．1 危险品运输车辆节点时空相异性

4．1．1 危险品运输车辆节点时空相异性

4．1．2 车辆安全出发时间间隔

4．1．3 安全出发时间间隔的表示方法

4．2 考虑节点时空相异的车辆调度模型及求解方法

4．2．1 数学模型

4．2．2 算法设计

4．3 算例分析

4．3．1 计算结果

4．3．2 不同求解方法对比分析

4．4 本章小结

5考虑时空安全距离的危险品运输车辆调度

5．1 危险品运输车辆安全时空距离

5．1．1 时空距离

5．1．2 车辆时空安全距离

5．2 危险品运输车辆安全出发时间间隔

5．2．1 车辆安全出发时间间隔

5．2．2 车辆安全出发时间间隔求解方法

5．2．3 安全出发时间间隔的表示方法及其特征

5．3 考虑时空安全距离的车辆调度模型

5．4 算例分析

5．4．1 计算结果

5．4．2车辆安全出发时间间隔比较

5．4．3 事故影响系数α对运输时间的影响

5．4．4 安全距离接受度ε对运输时间的影响

5．5 本章小结

6时变条件下考虑时空安全距离的危险品运输车辆调度

6．1 时变网络中的危险品运输

6．1．1 时变网络

6．1．2 时变危险品运输网络

6．2 时变条件下危险品运输路径优化

6．2．1 时变危险品运输网络中的最优路径

6．2．2 数学模型

6．2．3 算法设计

6．2．4 算例分析

6．3 考虑时空安全距离的危险品运输车辆调度

6．3．1 时变条件下车辆安全出发时间间隔

6．3．2 时变危险品运输网络中的路径选择策略

6．3．3 数学模型

6．3．4 算法设计

6．3．5 算例分析

6．4 本草小结

7考虑风险公平性的危险品运输车辆调度

7．1 危险品运输过程中的风险公平性评价

7．2 单OD间危险品运输车辆调度

7．2．1 数学模型

7．2．2 算法设计

7．2．3 算例分析

7．3 多OD对间危险品运输车辆调度

7．3．1 数学模型

7．3．2 两阶段求解方法

7．3．3 算例分析

7．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果