高速公路交通紧急救援设施优化选址

摘要

交通运输业的发展水平是一个国家经济发达程度的重要体现，而高速公路通车里程与运行质量又是衡量交通运输业发展水平的重要指标。在经历了大规模基础设施建设的跨越式发展之后，我国高速公路正处于从大规模建设向科学化管理转变的关键时期。如何完善高速公路安全管理体系，强化高速公路交通事件应急技能，减少事件所带来的生命与财产损失，已经成为当务之急。
　　 高速公路交通紧急救援设施的优化选址、合理配置、科学调度是高速公路安全规划的三大组成部分，是关乎高速公路全局安全的战略决策问题。其中优化选址注重预先性和主动性，是后两者的物质基础，是从根源上防止交通事故发生的重要手段，救援设施的选址直接决定了整个高速公路应急管理系统能否提供及时有效地救援服务。
　　 本文首先总结了国内外应急设施选址及高速公路交通紧急救援理论的研究进展，分析了高速公路交通紧急救援的主观需求、客观需求、我国高速公路安全管理模式、紧急救援供求关系四个影响因素，为优化选址建模奠定了理论与应用基础。
　　 在基于路网的高速公路交通紧急救援设施选址中，优化指标繁多，决策者不仅仅需要考虑选址目标的某一个方面，而且要从这些目标中的部分或总体考虑。这样，高速公路救援设施选址就成为一个多目标优化问题，而多目标模型的建立也不是所有优化指标的机械糅合。通过对实际需求调研发现，公平性与效率性指标的矛盾、在现状设施布局条件下进行的优化改造、设施选址的地点成本差异是研究中容易忽略又是亟待解决的实际问题。
　　 本文构建了集合覆盖-p中值模型、条件覆盖模型、一次-备份覆盖模型地点成本最优集合覆盖模型等形式的多目标优化选址模型，根据模型的特点，分别采用加权法、约束法、遗传算法进行求解，并对算法设计和模型性能进行重点探讨。尤其是在地点成本最优集合覆盖模型求解中，针对离散而非连续的救援选址模型的约束条件，提出了基于启发式遗传算法的选址模型求解方法。该求解方法能够对不满足约束条件的解重新变异，从而获取既满足在救援期限内完全覆盖需求点，又使建设成本最小的救援设施选址方案。算例以南京周边高速公路网为对象进行实例分析，充分验证了模型与求解方法在实际路网条件下应用的可行性。
　　 在基于路段的高速公路交通紧急救援设施选址中，本文以特殊资源救护车为研究对象。针对特殊资源布设密度高、服务强度高的特点，引进了超立方模型描述系统状态概率，构建了呼叫损失率、平均救援距离、救援车辆工作负荷不平衡参数三个指标作为优化对象，并设计了一种启发式算法进行选址方案的优化。