基于道路状况的应急救援车辆路径问题

摘要

地震是一种自然灾害，为了尽量减小各种灾害的影响，必须研究地震可能会引起的各种损失，然后通过决策分析，并采取相应的措施，达到救援抢险的目的。地震引起的损失，除了工程破坏的直接经济损失外，还包括以下几项损失:一，政治损失;二，人身伤亡;三，地震次生灾害，比如火灾、水灾、疾病、海啸等，所引起的各种损失;四，生产与生活中断或减少而带来的社会经济损失。中国是一个震灾严重的国家，地震灾害占全球的三分之一。地震发生后，灾区需要大量的应急救援物资以维持灾区群众的日常需求以及震后救援工作的开展，最大程度地减少人员的伤亡和降低灾害造成的损失。如何快速高效地进行应急物流系统的建设和应急救灾物资运输路线的安排，成为地震灾害应急物流亟待解决的问题。　　本文的研究范围是在地震发生后，如何组织救援车辆，将救援物资及时的送到灾区，因此将本文的研究范围定位在应急车辆路径选择的问题上。但是，研究车辆路径问题的目的不仅仅是单纯的为了寻找最短路径，而是希望通过尽量寻找耗时较短的的道路，在有限的时间内，开展尽可能多的救援活动，尽可能快的将救援物资送到，以便能够拯救尽可能多的生命，也尽量让生活陷入瘫痪的灾区同胞的一切都早点恢复正常，生活步入正轨。并且，大多数救援工作的开展，都需要到受灾的地方去，否则，都无法实施，包括救援物资的发放，医疗用品设备的使用，人员的疏散和安排，避难人员的基本生活保障等。所以，能否及时的解决车辆路径问题，关系着整个应急救援系统的顺利开展和工作效率。　　本文针对地震灾害的特征，从系统科学的角度，基于应急管理理论、应急物流理论、车辆路径问题和地震工程理论等，对地震灾害应急物流相关问题进行了研究。具体的主要研究内容如下:　　(1)应急管理理论、应急物流理论、车辆路径问题和地震工程理论等相关知识进行了介绍，阐述了这些理论知识的一些基本知识特点，并分析了它们对本课题的研究关系。重点介绍了应急车辆路径问题的相关知识，包括应急车辆路径问题与普通车辆路径问题的区别，应急车辆路径问题的研究分类，包括从最开始的基本模型，到后面各种各样的衍生问题，也介绍了相关问题的算法，包括对各种算法的简单介绍，以及各种算法的发展历程和不同方面的改进。第二个重点介绍了地震工程的知识，因为本文运用地震工程的知识来对震后路网状况进行计算，然后判断道路的连通概率。　　(2)本文对应急车辆路径问题建立了相关的模型以方便计算。思路是在满足各种假设条件的前提下，运用最小最大的方法，寻找一条用时最短的路径，也就是行驶时间最少的一辆车，只需要确定这辆车是耗时最少之后，就可以根据解结构中的其他元素解析每辆车的最短行车路线。在文章中，车辆的目标函数值除了正常的行驶时间外，还考虑了车辆在受堵道路面前的等待时间。由于每条道路能否通过，以及通过的可能性是用概率来刻画的，所以，求得的车辆行驶时间是一个概率解，因此目标函数值的确定是取的平均值。　　(3)对于车辆路径问题的求解算法，目前已经有学者将智能算法引入到该领域。本文也是采用进化方法中的遗传算法来求解本文的问题，并对遗传算法的基本操作进行了详细的介绍。除了种群规模和迭代次数等参数的设定与标准遗传算法相同外，本文的遗传算法的交叉概率并不是确定的，而是根据一种选择机制来对染色体进行交叉遗传操作，也没有设置变异概率，而是直接考虑基因重组。　　(4)最后是对文章进行总结和评论，尤其是发现文章与实际问题不符的方面，以及对后来研究方向的确定。　　文章中解决了两个问题:一个是道路连通概率或者道路被破坏的概率的确定;另一个是应急车辆路径问题的解决。由于车辆路径问题是优化组合问题中的经典问题，所以，对于车辆路径问题的研究已经有大量的文献。目前最新的车辆路径问题的关注点是在不确定和信息动态方面，尤其是需求和道路状况。但是，对于道路连通概率的确定，目前还没有完善的确定方法，大多数是根据历史车流量计算道路可靠性和根据地震破坏程度来估算道路被破坏的概率。本文的创新点是考虑了地震波对道路的影响，主要体现在如果某路段的地震加速度越大，则该路段被破坏的概率也越大，道路被破坏得也越严重。因此，有了具体计算道路连通概率的依据。　　如上所说，地震发生后，各个受灾点的需求量也是不断变化的，尤其是需求对象的类型繁杂，不仅包括生活和医疗物资，也包括具备相应专业水平的各行各业的专业人员，尤其是在医疗和通讯方面。本文将各地的存档人口数来作为各地需求量，而没有考虑实际问题中需求的变化，因此，在这方面是不满足实际情况的。还有，在地震发生后，各种物资也是有限的，包括救援车辆，而本文却是假设各种救援物资是充分不会欠缺的，所以文章在物资供给量、物资需求量和物资分类安排方面没有考虑，降低了文章实际运用价值。　　以上研究成果，丰富了应急物流的理论和方法，可为地震灾害应急物流的运作方案制定提供决策参考。

目录

声明

摘要

1．绪论

1．1研究背景及意义

1．1．1二十一世纪发生的大地震统计

1．1．2中国近一百年的大地震统计

1．1．3地震应急管理

1．1．4研究意义

1．2本文研究的内容

2．文献综述

2．1应急物流

2．2灾前准备

2．3灾后的工作

2．4车辆路径问题

2．4．1车辆路径问题

2．4．2算法

2．4．3应急物流车辆路径问题

2．5其它灾难

3．相关理论

3．1应急管理

3．1．1应急管理的定义

3．1．2应急管理的特点

3．2应急物流

3．2．1应急物流的定义

3．2．2应急物流的研究视角

3．2．3应急物流与普通物流的区别

3．3车辆路径问题

3．4地震加速度

4．应急物流车辆路径优化模型

4．1地震灾害救援路径选择指标

4．2应急救援车辆路径选择的影响因素

4．3应急物流车辆路径问题模型框架

4．3．1地震灾害应急物流车辆路径问题的描述

4．3．2地震灾害应急物流车辆路径问题的约束条件

4．3．3地震灾害应急物流车辆路径问题的假设条件

4．3．4符号说明

4．3．5模型建设

5．算法

5．1蚁群算法设计

5．2遗传算法设计

5．2．1参数设计

5．2．2编码

5．2．3初始化

5．2．4适应度函数

5．2．5选择

5．2．6交叉

5．2．7变异

5．2．8终止条件

5．3遗传算法的操作流程

6．算例分析

6．1算例数据

6．2结果求解与分析

6．2．1道路连通概率计算方法不同

6．2．2地震震级不同

6．2．3抗震标准不同

7．结论与展望

参考文献

致谢