基于韧性最优的灾后公路网修复调度研究

作     者：毛新华 王建伟 袁长伟 张儒杰 MAO Xin-hua;WANG Jian-wei;YUAN Chang-wei;ZHANG Ru-jie

作者机构：长安大学运输工程学院陕西西安710064 长安大学道路基础设施数字化教育部工程研究中心陕西西安710064 长安大学陕西省交通基础设施建设与管理数字化工程研究中心陕西西安710064 长安大学西安市交通基础设施建设与管理数字化重点实验室陕西西安710064 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2022年第35卷第6期

页      面：289-298页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金青年科学基金项目(52102374,71701022) 教育部人文社会科学研究项目(18YJAZH120) 陕西省自然科学研究计划项目(2020JQ-360) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(300102230624)。 

主　　题：交通工程 修复调度 双层规划模型 灾后公路网 路网性能韧性 

摘      要：为有效修复灾后公路网的受损路段从而加快恢复路网畅通,研究以韧性最优为目标的灾后公路网修复调度问题。首先,采用交通需求满足率表示路网性能,并构建路网性能韧性和恢复速度韧性评价指标。其次,构建基于韧性最优的修复调度双层规划模型,其中上层模型是多目标混合整数规划模型,用以确定修复路段的选择和修复先后顺序,下层模型为日变交通流分配模型,模拟修复期间的路网交通流动态演变。然后,采用禁忌搜索算法和Frank-Wolfe算法分别求解上层模型和下层模型,并通过循环迭代得到模型最优解。最后,通过案例分析验证模型和算法的有效性。研究结果表明:在一定数量的修复资金和抢修队约束下,该模型得到的最优修复调度方案能最大限度地提升路网韧性,并且在修复过程中,只有当受灾区域内某线路中的所有受损路段均完成修复后,路网性能才开始呈阶梯式上升,并且路网性能的提升速度表现为先慢后快。对不同参数的敏感性分析表明:修复预算的增加使路网性能韧性和恢复速度韧性分别以15.65%和17.72%的平均速度增长和降低,但当修复预算超过1800万元后,只增加修复预算不一定能获取更优的修复调度方案;当决策者偏好系数变化时,路网的性能韧性和恢复速度韧性具有相反的变化趋势,且2个韧性指标的平均变化率分别为5.96%和4.48%;增加抢修队数量可提升路网的性能韧性和恢复速度韧性,但增加抢修队数量所产生的边际效益逐步降低,分别由0.11和0.43降至0.01和0.02。