化学品泄漏后的应急疏散调度模型及其算法研究

论文摘要

随着科技的发展,有毒化学品的种类和数量不断增加,但在生产、储用和使用过程中,有毒化学品意外事故时有发生,尤其是泄漏事故,给人们的安全健康和生存环境带来巨大危害。例如,2004年4月15日,重庆江北区重庆天原化工总厂发生氯气泄漏事件,9人失踪死亡,15万群众被疏散。就在刚刚过去的2007年,中国发生了超过113000起化学品泄漏事件,同样在美国也有32022起化学品相关的泄漏事件发生。为此,有必要探索如何充分利用现有的应急资源,建立大范围人员疏散调度模型,以及相应的优化算法,以减低事故所造成的损失。本文分析了应急疏散的特点、研究的基本问题以及其在整个应急管理领域所处的位置,对其从多个角度进行了分类,并对宏观层面的疏散计划与疏散政策的制定和微观层面上的建模方法与相应算法进行文献综述。在此基础上本文对化学品泄漏后的疏散问题进行了全面的研究,并且根据疏散者是否有自行疏散能力,将疏散问题分为主动疏散和被动疏散两个子问题来考虑：（1）对于被动疏散问题,本文的研究主要从两个角度着手进行,即如何将疏散车辆尽快调派到事发区域和如何将疏散者尽快转移到安全区域。建立了基于分组、分时段和分优先级的策略的模型,并针对该问题的特点开发出了一个有效的基于贪婪规则的、具有良好实时性的启发式算法——被动疏散车辆调度与选路算法（VSR-PE算法）。（2）在主动疏散问题中,本文主要研究如何将疏散者转移到安全区域的问题,同时,与被动疏散问题不同的是,该问题中还考虑了交通网络路径容量的限制。在对影响主动疏散调度最优性的因素进行分析的基础上,本文开发了基于贪婪规则的启发式算法——路径容量受限的主动疏散选路算法（TCCR-AE算法）。最后,本文还对VSR-PE算法和TCCR-AE算法的有效性和对大规模问题的适用能力进行了仿真实验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题描述
• 1.2.1 应急疏散的特点
• 1.2.2 应急疏散基本问题
• 1.2.3 本文研究内容
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 理论和实际意义
• 1.5 本文章节安排
• 第2章 文献综述
• 2.1 疏散计划与疏散政策
• 2.2 应急疏散问题分类
• 2.2.1 按疏散的规模分类
• 2.2.2 按受影响区域的不同分类
• 2.2.3 按是否有预警期分类
• 2.2.4 按危险区域和安全区域的相对位置分类
• 2.2.5 按突发事件场景的不同分类
• 2.3 疏散建模方法及相应算法综述
• 2.3.1 基于数学优化的方法综述
• 2.3.2 基于仿真的方法综述
• 2.4 存在的问题
• 2.4.1 研究对象中存在的问题
• 2.4.2 研究方法中存在的问题
• 2.4.3 解决疏散问题的思路
• 2.5 本章小结
• 第3章 化学品泄漏后被动疏散问题的模型与算法
• 3.1 模型假设
• 3.2 模型建立
• 3.3 模型求解
• 3.3.1 最早到达车辆供应点
• 3.3.2 车辆满载问题
• 3.3.3 毒气泄漏后受影响区域风险的确定
• 3.3.4 VSR-PE算法的伪代码
• 3.4 算法复杂度分析
• 3.5 VSR-PE算法仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 化学品泄漏后主动疏散问题的模型与算法
• 4.1 模型假设
• 4.2 模型建立
• 4.3 问题求解
• 4.3.1 理论基础
• 4.3.2 TCCR-AE算法
• 4.3.3 算例
• 4.4 算法复杂度分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 化学品泄漏后主动疏散问题的算法仿真
• 5.1 仿真实验设计
• 5.1.1 LINGO简介
• 5.1.2 仿真实验框架
• 5.2 仿真结果与分析
• 5.2.1 疏散者数量对算法效率的影响
• 5.2.2 交通网络节点数对算法效率的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢