基于复杂网络理论的城市轨道交通应急救援站选址研究

摘要

城市轨道交通应急救援站作为存放和管理应急救援资源的主要场所，是应急资源配置和调度的物质基础，对有效降低突发事件的影响起着关键作用。同时，随着城市轨道交通逐步进入网络化运营时代，轨道交通线网的网络特性愈加明显，线网中某站点（某区间）的异常或中断对网络的影响都不可小视，如不及时救援，可能造成整个网络的崩溃。因此，本文结合网络科学与选址问题的相关理论对轨道交通应急救援站的选址决策进行研究，保证城市轨道交通应急管理系统能提供及时有效的救援服务。 本文首先全面分析了城市轨道交通网络化运营特征，轨道交通突发事件的基本特性，给出应急救援站的功能定位并将城市轨道交通救援网络划分为三个层级，即线网级、区域级和站点级救援站。随后，指出目前我国城市轨道交通建设运营过程中应急救援站规划存在的问题，根据上述背景提出轨道交通应急救援站选址规划时应考虑的因素和条件，为救援站选址建模奠定理论与应用基础。 本文将城市轨道交通网络视为复杂网络，在选址建模过程中引入节点脆弱性分析，对于脆弱性高的站点提高覆盖水平。因此，在选址模型构建前，需要开展城市轨道交通站点脆弱性研究。首先，基于复杂网络的视角对轨道交通站点脆弱性的定义进行界定，提出轨道交通脆弱性是由暴露性、敏感性和适应性三个分项因素构成，并确定脆弱性的评价指标体系。最后，基于灰色关联分析法计算轨道交通节点的综合脆弱度指数。在选址建模中应用节点综合脆弱度指数为节点赋予权重，并依据各节点脆弱度等级的高低确定其覆盖率，在此基础上建立选址模型。 在城市轨道交通应急救援站选址建模方面，本文根据上述研究基础，提出救援站选址模型建立的原则和目标，并基于此提出适用于城市轨道交通应急救援站规划决策的层级多目标选址模型，模型中考虑最小化建设成本、最小化应急救援站平均救援响应时间以及最大化救援站对各脆弱性节点的覆盖率三方面目标。在此基础上，本文对几种优化算法进行了比较分析，选择模拟退火算法并对其进行改进作为轨道交通应急救援站选址模型的求解算法。最后，以南京市城市轨道交通线网为例，开展实例研究。实例研究中设计了基于决策者对于成本、救援效率、覆盖率偏好不同的选址方案，并对选址决策结果进行比较分析，验证了本文提出的模型和算法的可行性和有效性。最后，给出了轨道交通应急救援站选址的相关建议。

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