城市交通突发事件应急联动资源调度问题的特点是应急联动以时间效率为先同时具有弱经济性、应急联动所依赖的交通路网具有不确定性、多部门联动应遵循科学的应急流程等。这些特点使得应急联动资源优化调度建模成为关键,而现有建模方法存在与应急流程脱节、模型参数仅凭经验设定的缺陷,相关理论研究难以取得突破。对此,本项目将应急联动流程分析与应急资源调度问题进行集成研究。首先提出具有资源和时间约束的应急联动工作流Petri网建模新方法,研究与之对应的时间性能分析、结构合理性判定与结构动态优化理论。其次,依据优化后的应急联动流程构造相应资源调度模型中的资源需求量、资源到达时间窗等约束条件,从而建立基于随机路网的应急资源调度模型。最后,针对随机规划模型,研究其确定性等价转化条件及基于混沌粒子群的启发式优化算法。项目将应急联动流程与资源调度相集成的研究思路,可为解决应急联动资源调度问题提供可行途径。
emergency management;Petri net;workflow net;resource allocation;route planning
针对城市突发事件情形下,参与应急救援的部门多、救援时间有限、资源受限等特点,本项目提出(1)进行多部门应急联动开展救援的工作流程Petri网建模、分析,从而提供定量化的应急流程描述手段、工具;在此基础上,(2)进行与应急工作流程相对应、相适应的应急资源优化调度研究,(3)以及应急资源运输车辆的路径规划研究。 围绕上述任务,项目组完成了以下研究 (1)提出具有资源和时间约束的应急工作流模型(RDWF-nets) 救援工作涉及到人力、工具、物资材料等资源,救援作业时间与资源有一定关系;各部门之间的配合关系影响最终整体的救援效率。为此,提出具有资源和不确定性时间约束的工作流网模型,即基于P-time Petri网的资源主导型工作流网模型(RDWF-nets)。对RDWF-nets给出详细定义,并进行模型结构合理性分析,如Soundness-1性质分析;对该类型网络中的时间性能计算和建模方法进行阐述,为该模型的应用奠定了基础。 (2)建立应急资源配置与车辆路径规划集成模型及其混合求解算法交通应急救援涉及到应急救援站点的选择、应急资源配置和车辆路径规划三个方面。项目组综合考虑资源、运输和惩罚成本之间的均衡关系,采用RDWF-nets工作流网方法对交通应急救援过程进行建模与分析,构造交通应急救援中的资源配置与车辆路径规划集成模型,并采用PSO与GA的混合优化算法,嵌套调用RDWF-nets应急工作流模型,对集成问题模型进行求解。通过仿真案例验证了集成模型及其求解方法,不仅能够更加科学地描述应急救援过程,同时也优化了整个应急流程,使得救援过程总耗费成本达到最小。 (3)建立应急疏散仿真系统并进行路径选择行为模糊推理模型研究在应急情形下,以机动车为出行工具的路径选择行为非常复杂,而且这些行为对于网络交通流行为及对应的交通管理措施,都具有十分重要的意义。为了揭示出行者在疏散过程中的路径选择行为,与路网动态性能之间的关系,项目组编制了相应的宏观交通流仿真程序,可实现对交通流分配过程的数值仿真。通过荷兰Walcheren半岛疏散案例,以及广州市天河区BRT与小汽车疏散案例,揭示路径选择行为对疏散效率的影响,以及可能对交通优化管理带来的影响。通过仿真,可为实际应急交通管理提供效果评估工具。