基于脆弱性的震后交通应急问题研究

论文摘要

交通运输网络是地震等自然灾害发生后最为重要的生命线系统。近年来世界各地发生的地震不仅表明交通运输网络的重要性,同样也反映出其脆弱性。在地震发生后,交通运输网络在各种救援行动中起到了至关重要的作用。但与此同时,交通运输网络的脆弱性又往往阻碍了震后的应急交通组织。在震后的应急交通组织中,路网修复和救援路径选择是关键问题,并且均受到路网脆弱性的制约。因此基于路网脆弱性分析来解决震后路网修复和救援路径选择问题,可为震后路网的应急交通组织提供决策依据,并提高应急响应的速度。本文通过构建新的脆弱性指标来表征震后交通网络功效损失的后果,以此为基础建立震后交通网络修复次序的优化模型以及最优路径选择模型,并给出了算法。本文主要内容包括以下几个方面：分析和总结了各学科中关于脆弱性的定义,并将交通网络中的脆弱性定义为异常事件造成交通网络物理损失和功能损失后果,即交通网络的敏感性分析。考虑到地震环境下的路径选择行为对交通网络特性损失的后果性分析起到非常重要的作用。本文构建了两个新的交通网络脆弱性指标：1.综合可达性指标,综合了震后交通网络中各节点的可达性和结构重要度以及节点的固有属性三个因素构建的脆弱性指标；2.交通网络效率指标,起讫点间的OD量与起讫点间最短路的费用的比值。在构建指标的同时分别指出了两种指标表征交通网络特性的应用过程。研究交通网络脆弱性影响因素时,交通需求分析和网络拓扑结构的物理特性作为量化脆弱性的关键因素。在分析交通需求的不确定性的过程中,将用户出行为描述为在没有任何合作的条件下,用户不能通过改变选择出行路径的概率而减少出行期望成本并且“恶魔”也不能通过改变场景发生的概率增加期望成本。采用Bell构建的混合决策纳什均衡模型进行震后OD配流。破坏性的地震发生后,有效的交通应急措施是减小损失的唯一途径。震后路网修复不仅考虑了工程机械和施工队伍的约束以及时间的紧迫性,而且以路网修复后交通网络脆弱性最小为目标,构建基于脆弱性震后交通网络修复的双层规划模型,并求解。震后交通应急的另一个关键问题应急救援路径的选择,以进出灾区路径的安全性和运输效率以及路径的脆弱性作为震后路径选择目标,构建多目标规划模型,并且求解。本文通过理论研究和方法构建,将网络脆弱性分析的方法应用于北岭地震的抽象网络中,通过基础数据的搜集,完成震后受损路段修复的工序安排和救援路径的选择。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 交通网络脆弱性
• 1.2.2 震后交通应急问题
• 1.3 论文主要内容和技术路线
• 1.4 技术路线
• 第2章 震后交通网络脆弱性影响因素分析
• 2.1 震后交通网络脆弱性影响因素
• 2.2 交通网络拓扑结构脆弱性影响因素
• 2.3 震后交通需求分析
• 2.3.1 情景描述和假设
• 2.3.2 交通需求分析步骤
• 2.4 震后交通网络脆弱性特征
• 2.5 本章小结
• 第3章 交通网络脆弱性指标构建
• 3.1 符号表示
• 3.2 交通网络脆弱性指标定义
• 3.2.1 交通网络脆弱性指标定义概述
• 3.2.2 交通网络脆弱性指标
• 3.3 交通网络综合脆弱性指标
• 3.3.1 综合可达性指标
• 3.3.2 交通网络效率指标
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于脆弱性的震后路网修复
• 4.1 概述
• 4.1.1 路网修复阶段划分
• 4.1.2 交通网络修复影响因素
• 4.1.3 交通应急网络状态
• 4.2 震后交通网络修复模型
• 4.2.1 建立数学模型的基本假设条件
• 4.2.2 构建双层规划模型
• 4.2.3 模型算法设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于脆弱性的震后应急救援路径选择问题
• 5.1 震后救援路径选择问题分析
• 5.2 震后救援路径选择的目标分析
• 5.3 震后应急救援路径选择模型
• 5.4 求解算法
• 5.5 本章小结
• 第6章 算例分析
• 6.1 算例描述
• 6.2 基础数据和网络模型的建立
• 6.3 路网修复算例分析
• 6.4 震后应急救援路径选择算例分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 1.主要结论
• 2.有待进一步解决的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 Sioux Falls网络路段特征参数
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 1.发表的论文
• 2.参与的科研项目