基于震后疏散行为和应急物资调运的道路交通应急恢复策略研究

摘要

地震的发生，往往对交通路网生命系统造成巨大的破坏，造成大量人员伤亡和巨大财产损失。因此，通过路网抢修，快速恢复交通生命系统的服务能力，采取科学、合理、高效的灾后紧急救援是降低灾害损失的关键。
　　虽然，通过路网抢修可以提高路网供给能力、应急救援及灾民疏散效率，但是，路网抢修、应急救援和灾民疏散效率还受到疏散行为因素的影响，因此，有必要进行综合考虑。为提高救援效率，降低灾害损失，本文首先对震后灾民疏散行为机理进行分析，为分析震后交通路网的脆弱性提供数据来源，并建立基于震后疏散行为和应急物资调运的道路交通应急恢复双层规划模型以及交通管制条件下基于震后疏散行为和应急物资调运的道路交通应急恢复多目标混合整数规划模型，设计算法对模型进行求解，并通过算例来验证模型和算法的可靠性和有效性，其具体研究内容如下:
　　(1)震后灾民疏散行为机理分析。通过对出行目的、出行工具、出行时点等客观因素，心理状态变化、应激行为机制、风险偏好等内在因素以及住所安全程度、社会支援等外部条件进行分析，基于灾害—心理行为反应模型和累积前景理论分析这些因素对疏散行为影响。
　　(2)基于震后疏散行为的路网脆弱性评估。在震后疏散行为机理分析的基础上，以疏散时间延迟程度为衡量标准，建立震后交通路网脆弱性评估模型。并以汶川地震什邡市为研究对象，分析其交通路网的脆弱性，并与可达性指标进行对比分析，以验证震后交通路网脆弱性评估模型的有效性和可靠性。结果表明，基于震后疏散行为的路网脆弱性评估模型能更好地反映路网受地震破坏程度以及受破坏路段/区域的重要程度，从而为震后路网抢修制定科学合理的调度策略提供依据，实现快速、高效地提高路网供给能力的目的。
　　(3)基于震后疏散行为和应急物资调运的道路交通应急恢复策略研究。由于震后疏散行为、应急物资调运和交通路网状况是随着路网抢修发生变化且相互影响的。基于此，本文建立上层以抢修绩效最大为目标，下层以应急物资配送时间最短以及公平性最大为目标的双层规划模型，并设计一套稳态混合遗传算法对模型求解，并以汶川地震德阳市为研究对象，设计算例，以验证模型的可靠性和有效性。结果表明，虽然通过路网抢修能够提高路网供给能力的目的，从而达到减少应急物资运输时间和灾民疏散时间，但是，由于受灾民疏散的影响，路段行驶时间延迟较严重，导致路网抢修效率相对较低。
　　(4)交通管制条件下基于震后疏散行为和应急物资调运的道路交通应急恢复策略研究。除考虑震后疏散行为、路网抢修和应急物资调运三者之间的相互影响之外，为保证应急物资能够及时运送到灾区，本文引入交通管制策略，建立以路网抢修绩效最大、扰民程度以及应急物资配送时间最短为目标的多目标多出救点选择的混合整数规划模型，并设计一套非支配解排序混合遗传算法对模型进行求解。最后，以汶川地震德阳市为研究对象，设计算例，以验证模型的可靠性和有效性。结果表明，通过引入交通管制，能够大幅度减少应急物资运输时间和灾民疏散时间，大幅度提高路网抢修效率，达到了提高路网供给能力的目的。
　　综上所述，本文通过对震后疏散行为机制进行分析，并建立了震后交通路网脆弱性评估模型，并在此基础上，建立了基于震后疏散行为的震后道路抢修和应急物资配送的双层规划模型以及综合考虑交通管制情形的震后道路抢修和应急物资配送多目标模混合整数规划模型，从而为震后应急管理中急需解决的实际问题提供科学的理论、方法和工具。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 震后疏散行为及机理分析研究现状

1．2．2 震后疏散行为与交通路网脆弱性研究现状

1．2．3 震后路网应急恢复问题研究现状

1．2．4 震后应急物资调运问题研究现状

1．2．5 震后交通管制研究现状

1．2．6 研究现状总结

1．3 本文研究内容、方法及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 技术路线

1．4 本章小结

第2章 震后疏散行为影响因素及机理研究

2．1 引言

2．2 震后疏散行为的产生

2．3 震后疏散行为影响因素分析

2．3．1 震后疏散行为客观因素分析

2．3．2 震后疏散行为内在因素分析

2．3．3 震后疏散行为外部条件分析

2．4 震后疏散行为机理研究

2．4．1 疏散决策机理

2．4．2 疏散路线选择机理

2．4．3 震后疏散行为系统动力学分析

2．5 本章小结

第3章 基于震后疏散行为的路网脆弱性评估

3．1 引言

3．2 震后疏散行为与交通量

3．3 基于震后疏散行为的路网脆弱性评估框架

3．3．1 基于地震相关信息的旅次产生估计

3．3．2 双约束重力模型在旅次分配中的应用

3．3．3 震后交通路网脆弱性衡量方法

3．4 实例分析

3．4．1 实例数据来源

3．4．2 TAZ的选取

3．4．3 TAZ旅次产生估计

3．4．4 TAZ旅次分配

3．4．5 实例结果及分析

3．5 本章小结

第4章 基于震后疏散行为和应急物资调运的路网抢修策略研究

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 基于震后疏散行为和应急物资调运的路网抢修优化模型

4．3．1 模型假设

4．3．2 符号定义

4．3．3 模型建立

4．4 模型求解

4．4．1 路网抢修与灾民择路行为

4．4．2 路网抢修绩效的衡量

4．4．3 疏散路线累积前景值

4．4．4 基于累积前景值的疏散路线选择

4．4．5 基于CPT的用户均衡模型求解

4．5 算例分析

4．5．1 算例数据收集整理

4．5．2 算例结果及分析

4．6 本章小结

第5章 基于震后疏散行为和应急物资调运的路网抢修及交通管制策略研究

5．1 引言

5．2 问题描述

5．3 基于震后疏散行为和应急物资调运的路网抢修及交通管制优化模型

5．3．1 模型假设

5．3．2 符号定义

5．3．3 模型建立

5．4 模型求解

5．4．1 旅行时间函数

5．4．2 改进的全有全无分配法

5．4．3 增量加载分配法

5．4．4 出救点选择问题

5．4．5 最早服务时间

5．4．6 非支配解排序混合遗传算法

5．5 算例分析

5．5．1 算例数据收集整理

5．5．2 算例结果及分析

5．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果