CN115018222A - 基于动态配流的旅客应急疏散路径优化管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及疏散路径优化技术领域,具体公开了一种基于动态配流的旅客应急疏散路径优化管理方法及系统,包括以下步骤:获取目标区域的路径集合;获取路径集合中各路段的投资总额和投资分配,基于投资总额和投资分配计算各路段的投资预算;构建双层计算模型;基于投资金额和双层计算模型计算路段的最大关键度最小值以及实际投资金额。本发明通过构建双层计算模型,利用灵敏度算法计算路段的实际投资成本和最大关键度的最小值,既确定了应急疏散路径中最为重要的路段,也得出了该路段的实际投资金额,从而以最小的投资成本提高路段的可靠性,使路网系统最薄弱的环节得到加强,对客滚船旅客的应急疏散路径网络系统进行有效地优化。
Description
技术领域
本发明具体涉及疏散路径优化技术领域,具体是一种基于动态配流的旅客应急疏散路径优化管理方法及系统。
背景技术
我国港口运输枢纽及港口客运客运船的应急管理体系的建立尚处于探索和不断完善、不断提升的阶段。当前,在应急管理中主要采用的还是行政命令、部门联动督促救援等行政管理方式,当前的应急交通疏散预案中对疏散旅客及车辆行驶路径选择、疏散时间估算、疏散方案效果评价等交通应急组织规划研究还处于尚需不断完善阶段,对应急疏散缺乏技术性的规划和科学性的应急管制。因此,港口客运站及客运船应急交通组织规划的研究是亟待提高的安全管理研究。
在一般的港口客运站旅客应急疏散网络设计模型中,上层的目标函数或取系统总阻抗最小,或取系统成本最小,投资最小或者应急疏散能力最大等,但将可靠性作为系统优化目标的相对较少,如何以可靠性(关键度)作为系统的优化目标,将有限的资金投入到最需要增加能力的路段上,以最小的投资成本提高路段的可靠性,使路网系统最薄弱的环节得到加强是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于动态配流的旅客应急疏散路径优化管理方法及系统,以解决上述背景技术中提出的将可靠性作为系统优化目标的相对较少,如何以可靠性(关键度)作为系统的优化目标,将有限的资金投入到最需要增加能力的路段上,以最小的投资成本提高路段的可靠性,使路网系统最薄弱的环节得到加强是亟待解决的技术问题的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化方法,包括以下步骤:
S10、获取目标区域的路径集合,所述路径集合包括路径节点以及由所述路径节点构成的路段;
S20、获取路径集合中各路段的投资总额和投资分配,基于投资总额和投资分配计算各路段的投资预算;
S30、构建双层计算模型,所述双层计算模型包括上层目标函数和下层动态配流模型,所述上层目标函数用于求取路段的最大关键度最小值,所述下层动态配流模型用于求取路段的交通流量;
S40、基于投资金额和双层计算模型计算路段的最大关键度最小值以及具有该最大关键度最小值路段的实际投资金额,所述具有该最大关键度最小值的路段即为优化得到的应急疏散路段;
需要说明的是,各路段的投资总额和投资分配是由路段施工单位根据工程造价预算的,也就是说,分配到各路段的投资预算是一个预先得到的固定金额,该投资预算作为路段实际投资金额的初始值。
作为本发明进一步的方案:步骤S10中,所述目标区域为需要进行应急疏散的目标位置周围的地理位置区域,该地理位置区域包括有多个路径节点,两两不相同的路径节点构成进行应急疏散的路段,通过计算得出的各路段关键度反应了路段在应急疏散过程中的重要性,具有最大关键度的路段即为最重要的疏散路段,由路段关键度计算方法可知,路段关键度与该路段的投资金额以及该路段的交通流量决定,通过调整路段的投资金额以获得该路段最大关键度的最小值,从而以最小的投资成本优化重要性最大的路段,从而对目标区域的路段集合进行强化。
作为本发明再进一步的方案:步骤S20中:
作为本发明再进一步的方案:步骤S20中:
其中,表示目标区域内所有OD对的集合,表示OD对间应急疏散路径上
的交通流量,表示OD对间所有应急疏散路径的集合,表示OD对间的基本应急
疏散需求,表示路段与应急疏散路径关系系数,取0-1值,表示路段在应急疏
散路径上;表示路段不在应急疏散路径上。
作为本发明再进一步的方案:步骤S40中,计算路段的最大关键度最小值以及具有该最大关键度最小值路段的实际投资金额的方法,包括以下步骤:
本发明还公开了一种用于客滚船舶的应急疏散系统,所述系统包括:
数据获取模块,所述数据获取模块用于获取目标区域的路径集合信息和路径集合中各路段的投资信息,所述路径集合信息包括路径节点以及由所述路径节点构成的路段,所述投资信息包括投资总额和投资分配;
数据处理模块,所述数据处理模块用于构建双层计算模型以及基于投资信息计算路段的投资预算;还用于基于投资预算和双层计算模型求取路段的最大关键度最小值以及路段的交通流量;
数据存储模块,用于存储路径集合信息和投资信息。
在本发明实施例中,所述路径集合信息包括路段信息,所述路段信息包括路段的自由行程时间、拥挤系数、路段已有的通行能力。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过构建双层计算模型,以路段的投资预算作为初始值,利用灵敏度算法计算路段的实际投资成本和最大关键度的最小值,既确定了应急疏散路径中最为重要的路段,也得出了该路段的实际投资金额,从而以最小的投资成本提高路段的可靠性,使路网系统最薄弱的环节得到加强,对客滚船旅客的应急疏散路径网络系统进行有效地优化。
附图说明
图1为基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化方法的流程图。
图2为基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化方法中步骤S40的流程图。
图3为基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化管理系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明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发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
在一般的港口客运站旅客应急疏散网络设计模型中,上层的目标函数或取系统总阻抗最小,或取系统成本最小,投资最小或者应急疏散能力最大等,但将可靠性作为系统优化目标的相对较少,如何以可靠性(关键度)作为系统的优化目标,将有限的资金投入到最需要增加能力的路段上,以最小的投资成本提高路段的可靠性,使路网系统最薄弱的环节得到加强是亟待解决的技术问题。
基于此,如图1-图2所示,本发明公开了一种基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化方法,包括以下步骤:
S10、获取目标区域的路径集合,所述路径集合包括路径节点以及由所述路径节点构成的路段;
可以理解的是,所述目标区域即为需要进行应急疏散的目标位置周围的地理位置区域,该地理位置区域包括有多个路径节点,两两不相同的路径节点构成进行应急疏散的路段,通过计算得出的各路段关键度反应了路段在应急疏散过程中的重要性,具有最大关键度的路段即为最重要的疏散路段,由路段关键度计算方法可知,路段关键度与该路段的投资金额以及该路段的交通流量决定,通过调整路段的投资金额以获得该路段最大关键度的最小值,从而以最小的投资成本优化重要性最大的路段,从而对目标区域的路段集合进行强化;
S20、获取路径集合中各路段的投资总额和投资分配,基于投资总额和投资分配计算各路段的投资预算;
需要说明的是,在本发明实施例中,各路段的投资总额和投资分配是由路段施工单位根据工程造价预算的,也就是说,分配到各路段的投资预算是一个预先得到的固定金额,该投资预算作为路段实际投资金额的初始值;
S30、构建双层计算模型,所述双层计算模型包括上层目标函数和下层动态配流模型,所述上层目标函数用于求取路段的最大关键度最小值,所述下层动态配流模型用于求取路段的交通流量,其中:
其中,表示目标区域内所有OD对的集合,表示OD对间应急疏散路径上
的交通流量,表示OD对间所有应急疏散路径的集合,表示OD对间的基本应急
疏散需求,表示路段与应急疏散路径关系系数,取0-1值,表示路段在应急疏
散路径上;表示路段不在应急疏散路径上;
需要说明的是,在本发明实施例中,在一个应急疏散目标区域内,任意选取一个路
径节点作为第一节点r,任意选取一个与该出发节点r不同的路径节点作为第二节点s,第一
节点r和第二节点s之间的路段即为应急疏散路径,可以理解的是,第一节点r和第二节点
s构成目标区域内的一个OD对,所有OD对的集合即为,在OD对集合中,所有由OD对的交通
流量之和应当与OD对集合的基本应急疏散需求相等;
还有,在本发明实施例中,目标区域的各路段中,可能存在一些路段并不用于进行
应急疏散,当某一路段用于进行应急疏散时,该路段为应急疏散路径,否则,该路段不在
应急疏散路径上,本申请采用表示路段与应急疏散路径关系系数,取0-1值,
表示路段在应急疏散路径上;表示路段不在应急疏散路径上。
在本发明实施例中,所述路段关键度的计算方法为:通过关键度计算公式进行计
算,所述关键度计算公式为=,由该关键度计算公式可知,路段的
关键度与路段a的实际投资金额u以及路段a的交通流量是函数关系,其中,上层目标
函数规划路段的投资成本,向路段投入不同的投资成本,使路段的通行能力得到不同程度
的提高,而下层动态配流模型反应了用户根据路段的通行能力状况来决定自身的出行行
为,从而使路段具有不同的通信流量,上层管理者根据用户对决策的反映调整路段的投资
成本,即通过上层的决策影响下层用户的选择,因此将路段投资成本的确定问题描述为一
个双层数学规划问题。
S40、基于投资金额和双层计算模型计算路段的最大关键度最小值以及具有该最大关键度最小值路段的实际投资金额,所述具有该最大关键度最小值的路段即为优化得到的应急疏散路段;
在本发明实施例步骤S40中,计算路段的最大关键度最小值以及具有该最大关键度最小值路段的实际投资金额的方法,包括以下步骤:
进一步的,在本发明实施例中,灵敏度分析法计算的公式为:,由此可知,上层问题就是一个以投资成本为
变量的普通的非线性优化问题,可以用已有的方法求解.对于从上层问题求出的最优解,再
一次求解下层问题,就可得到新的平衡路段流量,重复上述基本思路,又可得到一组新的收
费标准.如此重复计算,最后有望收敛于原来的双层规划模型的最优解。
如图3所示,本发明还公开了一种用于客滚船舶的应急疏散系统,所述系统包括:
数据获取模块100,所述数据获取模块用于获取目标区域的路径集合信息和路径集合中各路段的投资信息,所述路径集合信息包括路径节点以及由所述路径节点构成的路段,所述投资信息包括投资总额和投资分配;
数据处理模块200,所述数据处理模块用于构建双层计算模型以及基于投资信息计算路段的投资预算;还用于基于投资预算和双层计算模型求取路段的最大关键度最小值以及路段的交通流量;
数据存储模块300,用于存储路径集合信息和投资信息。
在本发明实施例中,所述数据获取模块100与数据处理模块200、数据存储模块300连接,所述数据处理模块200与数据存储模块300连接;
另外,所述路径集合信息包括路段信息,所述路段信息包括路段的自由行程时间、拥挤系数、路段已有的通行能力。
综上所述,本发明通过构建双层计算模型,以路段的投资预算作为初始值,利用灵敏度算法计算路段的实际投资成本和最大关键度的最小值,既确定了应急疏散路径中最为重要的路段,也得出了该路段的实际投资金额,从而以最小的投资成本提高路段的可靠性,使路网系统最薄弱的环节得到加强,对客滚船旅客的应急疏散路径网络系统进行有效地优化。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (9)
1.一种基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化方法,其特征在于,包括以下步骤:
S10、获取目标区域的路径集合,所述路径集合包括路径节点以及由所述路径节点构成的路段;
S20、获取路径集合中各路段的投资总额和投资分配,基于投资总额和投资分配计算各路段的投资预算;
S30、构建双层计算模型,所述双层计算模型包括上层目标函数和下层动态配流模型,所述上层目标函数用于求取路段的最大关键度最小值,所述下层动态配流模型用于求取路段的交通流量;
S40、基于投资金额和双层计算模型计算路段的最大关键度最小值以及具有该最大关键度最小值路段的实际投资金额,所述具有该最大关键度最小值的路段即为优化得到的应急疏散路段。
2.根据权利要求1所述的基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化方法,其特征在于,步骤S10中,所述目标区域为需要进行应急疏散的目标位置周围的地理位置区域,该地理位置区域包括有多个路径节点,两两不相同的路径节点构成进行应急疏散的路段。
9.一种基于动态配流的客滚船旅客应急疏散路径优化管理系统,其特征在于,包括:
数据获取模块,所述数据获取模块用于获取目标区域的路径集合信息和路径集合中各路段的投资信息,所述路径集合信息包括路径节点以及由所述路径节点构成的路段,所述投资信息包括投资总额和投资分配;
数据处理模块,所述数据处理模块用于构建双层计算模型以及基于投资信息计算路段的投资预算;还用于基于投资预算和双层计算模型求取路段的最大关键度最小值以及路段的交通流量;
数据存储模块,用于存储路径集合信息和投资信息。
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