【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于基础设施恢复，尤其是涉及一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法。
技术介绍
1、当极端降水发生时，城市系统作为承载体往往会产生灾难性的后果，如基础设施损坏、房屋倒塌等。
2、城市基础设施是保障城市正常运行和健康发展的物质基础，电网、供水、通讯、交通等基础设施是城市功能的重要载体，尤其是在灾后满足人类基本生理和安全需求方面起到重要作用。在极端降水下，位于洪泛区的基础设施容易受到淹没，一旦基础设施发生故障甚至是失效，将严重影响城市居民的生活。因此需要对基础设施进行维修，恢复其功能以满足人类的需求。
3、在基础设施维修的过程中，工程队需要通过道路这一重要载体实现快速运输和分配，道路的失效会阻碍资源、人力的运输，不利于其他基础设施的及时修复。尤其是当基础设施周边的道路均被破坏时，其修复进程会大大受到阻碍，并延缓基础设施功能的恢复。因此，极端降水下城市路网的快速恢复，对于救济分配和城市基础设施的恢复和重建具有重要作用。
4、目前，针对极端降水下城市路网恢复的问题，已经有大量相关研究给出了分析方法。但是，现有研究大多从道路韧性恢复的角度出发，探讨城市路网的快速恢复路径，而未考虑城市总体功能的恢复时间。
5、综上，本专利旨在提供一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，以实现城市基础设施的快速恢复。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，解决现有技术存在的对于极端降水下城市路网恢复的问题未
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、选取研究区域，获取城市道路数据，其中城市道路包含城市快速路、主干路和次干路，将路口作为节点、路段作为节点之间的连接边构建城市道路网络模型；
4、步骤s2、获取基础设施的空间数据，基础设施主要是指在极端降水城市淹没期间能够满足人类基本生理需求的基础设施，包含电力、供水、通讯、能源；当这些基础设施被破坏时，需要专门的工程队进行维修，确定关键基础设施在路网中的分布；
5、步骤s3、模拟城市极端降水淹没情景，分析基础设施和道路淹没情况，识别失效的基础设施和路段，分析因道路失效而无法进行修复的关键基础设施；
6、步骤s4、根据路网失效与关键基础设施失效情形，考虑基础设施恢复与道路恢复的动态关系，构建基础设施最优恢复模型；
7、步骤s5、利用蚁群算法求解基础设施最优恢复模型，得到最优基础设施、路网恢复路径。
8、优选的，步骤s1具体为：
9、通过osm获取道路数据，并构建城市道路网络模型：
10、g＝(n,r)
11、其中，n是路网节点的集合，r是路网路段的集合。
12、优选的，步骤s2具体为：通过网络api接口批量获取区域内poi数据，并确定每个poi点的地理位置信息及其所属的基础设施类型，得到区域内的全部基础设施信息。
13、优选的，步骤s3的具体过程如下：
14、步骤s31、获取区域河流的水位、流量数据以及高程数据，设定降水情景计算得到降雨量，并利用水动力软件模拟得到城市淹没情景，得到淹没范围和淹没深度数据；
15、步骤s32、采用地理信息技术耦合淹没数据和基础设施空间分布数据，确定基础设施的受淹没情况，根据脆弱性曲线分析基础设施的损坏程度，评估需要进行维修的基础设施；
16、步骤s33、采用地理信息技术耦合淹没数据和路网数据，分析受到淹没而失效的路段，并确定失效的路网面层，得到极端降水下淹没失效后的路段集合rdamage；
17、步骤s34、耦合淹没后的路网和基础设施，确定位于失效路网面层的基础设施ib(t)，以及可正常参与恢复的基础设施ir(t)。
18、优选的，步骤s4的具体过程如下：
19、步骤s41、考虑基础设施与城市道路恢复之间的动态关系，构建基础设施最优恢复模型，模型的目标函数如下：
20、
21、式中，ti表示区域基础设施总修复时间，表示第s个基础设施修复所需的时间；表示访第s-1个需修复的基础设施到第s个需修复基础设施所需的最短时间，是修复第s个基础设施所需的时间；
22、步骤s42、确定基础设施最优恢复模型的约束条件。
23、优选的，步骤s42中基础设施最优恢复模型的约束条件包括维修状态约束、工程队数量约束、起始点位置约束、道路通行约束，具体约束表达式如下：
24、维修状态约束为：
25、
26、
27、式中，为维修状态，表示t时刻有工程队对第m条路段进行维修，表示t时刻没有工程队对第m条路段进行维修；为第s个恢复的路段的维修状态，表示t时刻有工程队对第s个基础设施进行维修，表示t时刻没有工程队对第s个基础设施进行维修；
28、工程队数量约束是同一时刻分别用于恢复路段和基础设施的最多工程队数量上限为1，表示为：
29、
30、
31、式中，表示t时刻正在维修的路段数量，表示t时刻至多只有1个路段正在维修，m表示损坏的路段数量；表示t时刻正在维修的基础设施数量，表示t时刻至多只有1个基础设施正在维修，n表示损坏的基础设施数量；
32、起始点位置约束是恢复道路和恢复基础设施的工程队起始点连接的路段必须是畅通的，表示为：
33、
34、式中，lo(k,l)表示起始点o到路段(k,l)的路径集合，表示起始点o到路段(k,l)的任意一条路径a，表示任意路径a中不包含失效路段，表示任意路径a中包含失效路段，表示起始点o到路段(k,l)之间存在一条路径不包含失效路段；
35、道路通行约束是不同待维修基础设施之间转移过程中，所经过的路段必须是可通行状态，表示为：
36、
37、式中，tcs-1,s为通行能力，tcs-1,s＝1表示第s-1个维修的基础设施到第s个维修的基础设置之间的路径是可通行状态，tcs-1,s＝0为不可通行状态；ls-1,s为第s-1个维修的基础设施到第s个维修的基础设置之间的路径，ls-1,s＝1表示第s-1个维修的基础设施到第s个维修的基础设置之间的路径中不包含失效路段，ls-1,s＝0表示包含失效路段；ri为路径ls-1,s中失效的一个路段，t’ri为该路段维修结束的时间，tpassri为基础设施维修工程队在路径ls-1,s中经过ri路段的时间。
38、优选的，步骤s5具体为：
39、利用蚁群算法求解基础设施最优恢复模型，蚁群算法的失效基础设施之间的转移概率计算公式如下：
40、
41、式中，表示第k只蚂蚁从失效基础设施ii转移到基础设施ij的转移概率，为失效基础设施ii到失效基础设施ij之间的信息素浓度，α为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤S1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤S2具体为：通过网络API接口批量获取区域内POI数据，并确定每个POI点的地理位置信息及其所属的基础设施类型，得到区域内的全部基础设施信息。
4.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤S3的具体过程如下：
5.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤S4的具体过程如下：
6.根据权利要求5所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于；步骤S42中基础设施最优恢复模型的约束条件包括维修状态约束、工程队数量约束、起始点位置约束、道路通行约束，具体约束表达式如下：
7.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤S5具体为：
【技术特征摘要】
1.一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速恢复方法，其特征在于，步骤s2具体为：通过网络api接口批量获取区域内poi数据，并确定每个poi点的地理位置信息及其所属的基础设施类型，得到区域内的全部基础设施信息。
4.根据权利要求1所述的一种极端降水下失效基础设施的快速...
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