考虑交通管控影响的疏散组织措施优化研究

考虑交通管控影响的疏散组织措施优化研究

论文摘要

随着各种灾害的频繁发生,世界各国都非常重视应急管理问题。我国灾害种类较多,而且人口集中、危险性大,应急管理的任务更为艰巨。应急疏散作为保护受灾人群生命安全、避免出现更大伤亡和灾难性后果的主要手段,是应急管理的重要内容。其中区域性疏散涉及到大批车辆的集体性出行,为安排车辆有序疏散、提高效率,制定合理的疏散组织措施,包括疏散路线、出发时间等,是疏散规划阶段的重要工作。疏散路网是疏散出行得以完成的基础,疏散组织措施的制定需立足于路网实际条件,考虑到交通管控措施的存在及影响。以往研究中关于疏散组织措施的优化,多采用网络流模型。该类模型具有直观、求解方便的优点,而且可以反映单行、禁行等路段管控措施影响,但是无法反映交叉口管控措施的影响,对问题的描述也存在一些不合理之处。如用于优化疏散路线的模型,大多无法反映交叉口延误和通行能力的存在;用于综合优化疏散路线与出发时间的模型,无法反映交叉口处车流的排队,对车流走行、传播机制的描述也过于简单化。论文针对以往不足,对疏散组织措施的优化进行了深入研究,并进一步结合疏散组织措施优化,研究了疏散交通管控措施的优化,主要包括以下内容:(1)考虑交通管控影响的疏散路线优化对于疏散路线的优化,以往研究大多忽略了交叉口延误和通行能力的存在,个别研究中采用的扩展网络法可以反映这些因素的存在,但是该方法是以网络规模的急剧增加为代价。论文将交叉口方向性的延误与通行能力表示为网络中节点的分方向权重,将疏散路线优化描述为分方向点权网络中的最小费用流问题,并设计了能够处理节点分方向权重的改进最小费用路算法。给出了数值算例,并对考虑和忽略交叉口管控措施影响两种情况下,得到的路线方案进行了比较。结果表明,忽略交叉口延误和通行能力会导致极不合理的路线方案。(2)考虑交通管控影响的疏散路线与出发时间优化包括疏散路线与出发时间的疏散组织方案,对应着动态的疏散交通流,对其优化建模的关键在于,既要合理描述交通管控下疏散车流的传播机制,又要顾及模型的解析性质。以往动态流模型解析性质很好,但是对车流走行、传播机制的描述过于简单化,也无法反映交叉口管控措施的影响。论文提出了基于仿真的疏散路线与出发时间优化模型,其中采用基于加载仿真的非解析式子表示流量传播约束。根据模型最优性条件,设计了基于加载仿真的启发式算法。给出了加载仿真的实现方式,包括能够反映交通管控措施影响及车流走行过程中典型特征的车流传播模型,和基于该模型实现加载仿真的算法。给出了数值算例,并对考虑和忽略交叉口管控影响两种情况下,得到的疏散组织方案进行了评价。结果表明,忽略交叉口管控影响的方案会延长疏散时间。(3)基于双层规划的疏散交通管控措施与疏散组织方案综合优化立足于疏散交通管控措施的制定流程,提出了基于双层规划、结合疏散组织方案优化,对疏散交通管控措施进行优化的思路。建立了综合优化交通控制参数(绿信比)与疏散组织方案(疏散路线与出发时间)的双层规划模型,设计了基于遗传算法的求解方式,并给出了数值算例。

论文目录

  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 引言
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 国内外研究现状及存在的问题
  • 1.2.1 国外研究现状
  • 1.2.2 国内研究现状
  • 1.2.3 以往研究存在的主要问题
  • 1.3 主要研究内容及章节安排
  • 1.3.1 主要研究内容
  • 1.3.2 论文章节安排
  • 第二章 考虑交通管控影响的疏散路线优化
  • 2.1 涉及到的交通管控措施及建模总体思路
  • 2.1.1 涉及到的交通管控措施
  • 2.1.2 建模总体思路
  • 2.2 优化疏散路线的改进最小费用流模型
  • 2.2.1 前提和假定
  • 2.2.2 符号定义
  • 2.2.3 模型形式
  • 2.3 改进最小费用路算法
  • 2.3.1 算法框架和步骤
  • 2.3.2 算法关键步骤-最小费用路的寻找
  • 2.3.3 计算时间复杂性分析
  • 2.4 算例分析
  • 2.5 关于疏散路线优化建模的思考
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 考虑交通管控影响的疏散路线与出发时间优化-模型建立与算法设计
  • 3.1 建模总体思路
  • 3.2 基于仿真的疏散路线与出发时间综合优化模型
  • 3.2.1 前提和假定
  • 3.2.2 符号定义
  • 3.2.3 模型形式
  • 3.2.4 模型最优性条件分析
  • 3.3 启发式算法
  • 3.3.1 算法框架及流程
  • 3.3.2 算法关键步骤-边际疏散时间的计算
  • 3.4 算例分析
  • 3.4.1 算例数据
  • 3.4.2 优化结果
  • 3.4.3 考虑/忽略交叉口影响的组织方案评价
  • 3.5 关于疏散路线与出发时间优化建模的思考
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 考虑交通管控影响的疏散路线与出发时间优化-疏散车流传播机制的描述
  • 4.1 交通管控下疏散车流的传播特征
  • 4.1.1 车流传播的典型特征
  • 4.1.2 交叉口管控对车流传播的影响
  • 4.2 车流传播模型回顾
  • 4.2.1 基于点排队的车流传播模型
  • 4.2.2 基于物理排队的车流传播模型
  • 4.2.3 以往车流传播模型与交叉口管控措施
  • 4.3 反映交叉口管控措施影响的车流传播模型
  • 4.3.1 建模思路
  • 4.3.2 符号定义
  • 4.3.3 模型形式
  • 4.3.4 模型特点
  • 4.4 交通管控下的疏散车流加载仿真
  • 4.5 基于加载仿真的边际疏散时间计算
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 疏散交通管控措施优化
  • 5.1 优化疏散交通管控措施的总体流程
  • 5.2 基于双层规划的优化模式
  • 5.2.1 双层规划问题
  • 5.2.2 疏散交通管控措施优化问题的双层结构
  • 5.2.3 优化疏散交通管控措施的双层模型框架
  • 5.3 综合优化交通控制参数与疏散组织方案的双层规划模型
  • 5.3.1 前提和假定
  • 5.3.2 符号定义
  • 5.3.3 模型形式
  • 5.3.4 模型的作用机制
  • 5.4 基于遗传算法的求解设计
  • 5.4.1 遗传算法原理及基本内容
  • 5.4.2 求解模型的遗传算法实现
  • 5.5 算例分析
  • 5.6 本章小结
  • 总结与展望
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 附录
  • 致谢
  • 相关论文文献

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