面向路网关键节点的应急保障优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，涉及城市道路网络应急保障技术领域。所述方法包括以下步骤：分别构建路网节点常态下以及震后的重要性评价指标体系；结合常态下的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；结合震后的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；结合常态下和震后路网节点重要性分级，采用风险矩阵方法得到城市路网中节点的综合重要性分级；采用遗传算法设计模型的优化求解过程，优化选出最佳应急物资储备点位置。所述方法可用于研究城市道路网络区域的应急资源储备点的选址，优化灾后应急救援储备点的空间分布，提高灾后道路应急救援和保障能力。提高灾后道路应急救援和保障能力。提高灾后道路应急救援和保障能力。

【技术实现步骤摘要】
面向路网关键节点的应急保障优化设计方法


[0001]本专利技术涉及城市道路网络应急保障
，尤其涉及一种面向路网关键节点的应急保障优化设计方法。

技术介绍

[0002]城市路网是由大量节点(交叉口)和路段构成的复杂网络，它不仅保障城市居民的日常生活生产，还支撑灾后救援疏散、物资调配等关键问题，然而路网的组元关联紧密，整体分布范围较广，极易受到自然灾害、人为灾害、交通事故等突发事件的影响，导致一些起关键作用的节点功能退化，造成局部道路通行能力下降或拥堵，甚至由于“级联失效”作用导致路网瘫痪。研究表明，只要5％～10％的重要节点同时失效就将导致整个网络瘫痪。因此，城市路网中关键节点的识别与分类研究对路网关键节点管控、应急资源布局以及提高路网的抗毁性与可靠性，保障灾后路网的安全、有效运行具有重要意义。
[0003]目前国内外学者从不同角度对路网关键节点识别进行了大量的研究，其方法基本上都是源于图论及基于图论的数据挖掘，通过挖掘节点的重要属性信息来体现节点的差异性，如节点连接度、节点介数、聚集系数、特征向量等都是网络拓扑结构属性测度指标，未体现路网中节点的交通动力学特性，故有些学者提出用节点高峰小时交通流量、节点交通负荷、流量比与饱和度等指标来表征路网的交通运行特征。由于单一指标难以从整体上准确反映路网节点的重要性，逐渐出现了从不同角度反映路网节点重要性的多指标综合识别方法，但过多的指标也会加大计算的复杂性。此外，一些多指标综合评价方法考虑了指标间的关联信息，只能给出节点重要性排序，需要人为划分重要性等级，分类分级结果主观性较大，而且未考虑震后路网通行能力衰退、路网空间异质性等问题。地震作用对路网单元的冲击破坏作用将导致路网通行能力折减或失效，目前多对路网震后通行可靠性进行分析，而震后关键节点失效或路段通行能力折减导致整个路网的通行性能衰变影响研究较少，且针对关键节点的应急保障优化方法研究较少，面向震后所有需求点的物资配送优化研究较多。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可用于研究城市道路网络区域的应急资源储备点的选址，优化灾后应急救援储备点的空间分布，提高灾后道路应急救援和保障能力的面向路网关键节点的应急保障优化设计方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：
[0006]分别构建路网节点常态下以及震后的重要性评价指标体系；
[0007]结合常态下的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；
[0008]结合震后的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；
[0009]结合常态下和震后路网节点重要性分级，采用风险矩阵方法得到城市路网中节点
的综合重要性分级；
[0010]采用遗传算法设计模型的优化求解过程，优化选出最佳应急物资储备点位置。
[0011]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0012]本专利技术所述方法为解决路网关键节点地震后应急物资保障优化提供较为客观、可行的研究方法，可以在灾害发生后的路网的关键节点段进行设定判断，并在路网中设置应急资源布置点，对重要的节点路段进行保护与保障，对于灾后救援起到指导作用。
[0013]本专利技术所述方法基于逼近理想法(TOPSIS法)的不足,通过AHP—Entropy—TOPSIS法结合的方法对其进行改进,得到评价模型并确定模型的求解步骤，对评价体系的样本重要度给出排序，最终选出常态下路网的关键节点。
[0014]本专利技术所述方法分析突发事件对路网节点的影响，选取地震作为突发事件进行研究；结合实际情况，基于回归统计法建立了桥梁和道路震后的通行能力折减模型，结合众多评价指标的分析价值，选择路网效能作为地震作用下对路网节点进行评价的指标，基于逆向检测法建立评价通行能力退化失效后路网节点重要度的模型。基于风险矩阵理论，综合常态、灾时路网节点重要性等级分类，确定城市路网一级关键节点及空间分布。
[0015]本专利技术所述方法运用评价模型得到常态运行下路网节点的重要度排序；以震后通行能力折减模型为基础，通过模型计算路网效能损失率分析得到震后路网的关键节点；以应急物资备选点与一级关键节点距离、行车速度为约束条件，以物资储备点到一节关键节点的总时间最短为目标，结合P
‑
中心分析方法建立面向关键节点的应急保障优化选址模型，采用遗传算法设计模型的优化求解过程，优化选出最佳应急物资储备点位置。
附图说明
[0016]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0017]图1是本专利技术实施例所述方法的主流程图；
[0018]图2是本专利技术实施例所述方法的流程图；
[0019]图3是本专利技术实施例所述方法中的节点图；
[0020]图4是本专利技术实施例所述方法中节点的加权度；
[0021]图5是本专利技术实施例所述方法中节点的介数；
[0022]图6是本专利技术实施例所述方法中节点的拥挤度；
[0023]图7是本专利技术实施例所述方法中节点的通行能力；
[0024]图8是本专利技术实施例所述方法中路径长度；
[0025]图9是本专利技术实施例所述方法中关键节点的评价流程；
[0026]图10是本专利技术实施例所述方法中遗传算法流程图；
[0027]图11是本专利技术实施例所述方法中应急资源布置点位置。
具体实施方式
[0028]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0030]如图1
‑
图2所示，本专利技术实施例公开了一种面向路网关键节点的震后应急保障优化方法，包括以下步骤：
[0031]S1：分别构建路网节点常态下以及震后的重要性评价指标体系；
[0032]指标主要包括震前的结构性指标(即加权度数、介数)和交通功能性指标(即拥挤度)以及震后的路网效能作为路网节点重要性的评价指标。
[0033]S2：结合常态下的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；
[0034]具体的，根据常态路网结构特征与交通流特性，构建路网节点重要性的评价指标体系，建立主客观组合赋权的TOPSIS综合评价模型，确定常态下路网节点重要性等级分类。
[0035]S3：结合震后的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；
[0036]具体的，考虑地震对路网单元冲击破坏作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：分别构建路网节点常态下以及震后的重要性评价指标体系；结合常态下的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；结合震后的路网节点重要性评价指标体系，得到路网节点重要性分级；结合常态下和震后路网节点重要性分级，采用风险矩阵方法得到城市路网中节点的综合重要性分级；采用遗传算法设计模型的优化求解过程，优化选出最佳应急物资储备点位置。2.如权利要求1所述的面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，其特征在于，构建路网节点常态下的重要性评价指标体系的方法如下：根据常态路网结构特征与交通流特性，构建路网节点重要性的评价指标体系，建立主客观组合赋权的TOPSIS综合评价模型，确定常态下路网节点重要性等级分类。3.如权利要求1所述的面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，其特征在于，构建路网节点震后的重要性评价指标体系的方法如下：考虑地震对路网单元冲击破坏作用，结合道路、桥梁地震易损性构建震后路网通行能力折减模型，以路网效能为评价指标，采用逆向检测法确定震后路网节点重要性等级分类。4.如权利要求1所述的面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，其特征在于，构建的路网节点的重要性评价指标体系包括常态下的节点加权度数、介数、拥挤度以及震后的节点路网效能指标：1)常态下节点加权度数指标：式中，α
ij
为节点i和节点j的连接取值，如果节点i和节点j有路段相连，则α
ij
取值为1，否则取为0；λ
c
为连接节点i和节点j确定的道路，规定不同等级路段相连时节点的权值；2)常态下节点介数指标：式中，n
jk
为连接节点j和节点k的最短路径条数；n
jk
(i)是连接节点j和节点k且经过节点i的最短路径条数；3)常态下节点拥挤度指标：节点的拥挤度的指标数据通过《某年某地区的高速公路交通运行分析报告》及《某年某地区的普通干线交通运行分析报告》中的数据计算得到；4)震后节点路网效能指标：震后节点路网效能指标效能指标是由震后节点通行能力退化后路网效能的损失率D来确定的：式中，E为常态下路网结构完好时的节点路网效能，E
’
为震后通行能力退化后的节点路网效能。
5.如权利要求1所述的面向路网关键节点的应急保障优化设计方法，其特征在于，计算常态下路网节点的重要性等级分类的方法如下：1)设样本数量为m个，评价指标为n个x
ij
，x
ij
(i＝1,2,
·
,m；j＝1,2,
·
,n)表示第m个样本的第n个评价指标，构成的决策矩阵为X＝{x
ij
}
m
×
n
；2)指标矩阵规范化：对于标准化决策矩阵Y＝{y
ij
}
m
×
n
，计算公式为：对于数值大者为优，有：对于数值小者为优，有：3)指标权重确定：采用耦合的熵值法和层次分析法，确定各指标的权重，假设由层次分析法确定的指标权重为α＝{α1,α2,
·
,α
n
}；根据熵值法，计算第j项指标的熵值为：其中，k＝1/ln
m
，且假设p
ij
时，lnp
ij
＝0；4)计算指标的变异系数：则第j项指标的变异系数为：g
j
＝1
‑
h
j
5)根据熵值法计算出第j项指标的权重为：6)根据层次分析法和熵值法，计算指标的综合权重：7)计算加权规范化决策矩阵：构成加权的数据矩阵Z＝{z
ij
}
m
×
n
，其中z
ij
＝w

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝峰，尹贺，李刚，王玲，孙一鑫，曹先，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：