基于韧性最优的灾后公路网修复调度研究

摘要

为有效修复灾后公路网的受损路段从而加快恢复路网畅通,研究以韧性最优为目标的灾后公路网修复调度问题。首先,采用交通需求满足率表示路网性能,并构建路网性能韧性和恢复速度韧性评价指标。其次,构建基于韧性最优的修复调度双层规划模型,其中上层模型是多目标混合整数规划模型,用以确定修复路段的选择和修复先后顺序,下层模型为日变交通流分配模型,模拟修复期间的路网交通流动态演变。然后,采用禁忌搜索算法和Frank-Wolfe算法分别求解上层模型和下层模型,并通过循环迭代得到模型最优解。最后,通过案例分析验证模型和算法的有效性。研究结果表明:在一定数量的修复资金和抢修队约束下,该模型得到的最优修复调度方案能最大限度地提升路网韧性,并且在修复过程中,只有当受灾区域内某线路中的所有受损路段均完成修复后,路网性能才开始呈阶梯式上升,并且路网性能的提升速度表现为先慢后快。对不同参数的敏感性分析表明:修复预算的增加使路网性能韧性和恢复速度韧性分别以15.65%和17.72%的平均速度增长和降低,但当修复预算超过1800万元后,只增加修复预算不一定能获取更优的修复调度方案;当决策者偏好系数变化时,路网的性能韧性和恢复速度韧性具有相反的变化趋势,且2个韧性指标的平均变化率分别为5.96%和4.48%;增加抢修队数量可提升路网的性能韧性和恢复速度韧性,但增加抢修队数量所产生的边际效益逐步降低,分别由0.11和0.43降至0.01和0.02。