核事故场区应急撤离与救援路径优化

核事故场区应急包括场内人员的撤离以及事故救援物资的配送。本文探讨了同时考虑救援与撤离双向车辆的路径优化。以改进后的分时段BPR路阻函数为权重,运用A*算法求解最短路径集。建立以时间最短为目标、路段车辆容量为约束的线性优化模型,求得3条路线的最优路径。分析发现3条路线的最优路径并不全是其单独考虑时的最短路径。因此,考虑车辆之间影响的情况下求解最优路径更符合实际。     

基于“情景-任务”的重特大地质灾害救援装备调配优化

地质灾害应急救援是一种涉及因素多、技术含量高、时间要求紧、工作任务重和社会影响大的非常规防灾减灾行动。救援装备是救援工作的重要保障，当前以滑坡、泥石流为代表的地质灾害救援装备调配存在效率低、匹配度低、利用率低等问题。以“灾害情景—救援任务—救援装备调配”的思路，分析中国地质灾害救援案例，总结出“情景-任务-装备”的匹配关系；在此基础上，以救援任务完成时间最短和救援装备利用率最高为目标，构建基于不同情景-任务的救援装备调配模型；针对不同任务与救援资源的调配优先权冲突，用多优先级动态列表规划(MultiPRI List Dynamic Scheduling, MPLDS)算法求解，从而提高救援资源配置和利用效率，保证调配效果最佳；最后，以2019年贵州水城“7·23”特大山体滑坡救援行动为例验证模型和算法的有效性和可行性，为不同灾害类型下救援情景-救援任务-救援装备间的匹配及优化配置提供一种研究范式，为“任务-资源”调配问题的求解提供一种有效的算法，还有助于深化多个受灾点和出救点下多任务、多目标复杂动态优化问题的研究。     

危险废物处置中心优化选址模型研究

现阶段,危险化学品的运输仅以风险性最小作为目标,没有把道路运输费用和风险性综合考虑.利用Floyd算法首先确定事故概率矩阵,再确定运输距离矩阵和总费用矩阵,从经济角度建立危险废物处置中心选址数学模型.模型通过选择经济合理、事故概率低的最优路径来确定危险废物处置中心的场址,并通过数字实例讨论了危险废物处置中心选址算法的步骤.通过与风险最小作为目标或纯道路运输费用作为目标所得的结论相比较,论证了模型的有效性.     

直升机失事应急救援路线双目标优化研究

近年来直升机失事事故呈上升趋势,直接威胁到人民生命财产安全,并产生严重的经济、政治负面影响。为此,研究直升机失事应急救援路线的多目标优化问题,在提出的应急救援路径选择模型中,考虑了直升机失事所造成的次生灾害对弧段路况的影响,优化目标是最小化路线的通行时间和当量长度。基于启发式思想,设计了求解这一模型的双目标优化算法,并给出了算法的正确性证明,实例模拟说明了模型和算法的有效性和可行性。     

基于改进模拟退火算法的社会力量救灾派遣模型*

为提高社会救援力量参与救灾的效率,针对社会力量参与灾后救援的派遣问题,提出最优化派遣模型及其求解算法。根据“量力而行、就近就便”等原则,综合考虑社会力量的救援技能掌握程度和灾区的救援需求情况,将最大化救援效益作为目标函数,以抵达灾区时间和救灾经济成本作为约束条件建立模型;采用模拟退火算法对模型进行求解,根据模型改进Metropolis接受准则,并利用牛顿冷却定律优化温度衰减函数,提高模型收敛至全局最优的概率。结果表明:根据实际情况调整约束条件可以得出不同的最佳派遣方案,以满足灾区救援需求。提出的派遣模型和求解方法有效、可行。     

智慧城市背景下的火灾实时疏散系统

为尽可能减少火灾给城市居民带来的生命威胁与财产损失,首先提出基于物联网(IoT)技术的智慧城市火灾实时疏散系统构建思路;该系统由感知层、数据处理层和应用层组成,其中,感知层主要通过窄带物联网(NB-IoT)技术、超宽带(UWB)技术,实时采集并传输建筑内的火情信息和人员位置信息;数据处理层主要基于Floyd算法和建筑拓扑图规划人员最优疏散路径;应用层则根据疏散路径规划结果指导人员疏散。然后以天津市智慧城市建设示范区域中的学术交流中心为例,选取人员密集区域分析UWB基站布置原则,将建筑平面结构拓扑化;并结合建筑内火灾危险源位置,利用Floyd算法规划疏散路径,同时利用三维模型展示疏散路线;再借助Pathfinder软件模拟优化前后的人员疏散情况,对比所用疏散时间和疏散距离,结果表明：人员自由疏散选择的路径距离较长,算法优化后的疏散距离为34.9 m,缩短了11 m,疏散用时为30.9 s,减少了9.7 s,提高了疏散效率。     

考虑商业物流资源的应急物流定位-分配问题模型

为提高应急救援效率,节约物流成本,应基于商业物流配送中心对应急救援行动的影响,构建应急物流设施定位-分配问题(LAP)模型。考虑受灾点人口密度、人员伤亡比例、老人与儿童比例、设施受损程度4个指标,运用逼近理想解排序法(TOPSIS)将各受灾点按救援需求相对紧迫程度排序,确定各受灾点物资分配的优先度;对于灾前已有与灾后建立的物流设施点,从商业物流配送中心是否参与应急救援行动方面考虑构建LAP模型。所建模型被应用于荆江防洪中的荆州市,其有效性得到验证。     

城市应急资源储备库选址的多目标优化模型

为提升突发事件的处置效率,针对城市应急储备库最优选址问题,以减少救援人员工作量和工作分散程度为目标,构建了考虑工作量的应急资源储备库多目标优化模型,并对遗传算法（GA）、遗传模拟退火算法（SAGA）进行迭代速率测试,通过算例分析比较考虑救援人员工作量和不考虑救援人员工作量的模型。结果表明：SAGA迭代速率快于GA,考虑救援人员工作量的模型可以更加合理地分配各储备点的工作量;同时发现在考虑救援行动的实际成本和需求的前提下,需要合理分配应急资源储备点的数量。     

滑雪场突发事件多点多类救援资源调度模型

为在滑雪场发生突发事件时,能够合理有效地调度多类资源进行多点救援,首先,利用目标规划法,建立考虑紧急程度、救援时间为固定值的多点多类救援资源调度模型;其次,在该模型基础上,建立救援时间为区间数的多点多类救援资源调度模型;最后,设计求解算法求解最优资源调度方案,并通过算例分析说明所建模型及其求解算法的有效性。结果表明:基于多事故点和多类资源的应急调度方案,因引入事故点紧急程度以及区间数形式的救援时间,能够克服调度的盲目性,优化救援方案并降低总体损失。     

高速公路建设期突发事件路网协同救援模型研究

针对我国高速公路建设突发事件应急救援管理的现状,基于协同思想并结合应急管理技术,提出"点-层"辐射的多级响应、逐级控制应急救援模式;以应急物资准备时间、应急救援响应延误时间和应急救援行程时间3个子目标最小为目标函数,建立了高速公路建设突发事件协同应急救援模型;应用格林希尔茨公式动态求解路网中各路段权值参数,得出"节点-节点"路径权值矩阵,并结合Dijkstra算法求解时间最短救援路径,以求得各子目标函数的最优解,并最终确定最优应急救援方案。将该研究成果应用于某高速公路特大桥项目施工突发事件应急救援中,得出其最短救援时间为16.25 min,比原应急预案标准提出的30 min救援时间节省约14 min,表明该研究成果有一定可行性和有效性。     

城市消防救援网络形态特征、抗毁性与鲁棒性研究*

为探讨城市消防规划系统救援能力的空间布局科学性,采用复杂网络理论构建某城市消防救援站现状与规划网络模型。首先从模型紧密度、性能效率、连通性等方面分析复杂网络基本网络特征;其次采用节点随机/蓄意攻击、边随机/蓄意攻击、混合随机/蓄意攻击研究网络结构的抗毁性;然后根据失效发生位置,探讨网络组织内部信息系统失活导致的合作中断的鲁棒性特征;最后针对不同的规划建设方案,讨论城市消防系统建设规划的中远期时序性。研究结果可为提高消防网络的救援能力提供理论支撑。     

基于概率分析的应急交通救援需求预测模型

在开展应急救援需求特征分析的基础上,将需求分布问题归为管控条件下的运输优化问题,借鉴运筹学思想,建立基于运输问题的应急救援需求分布模型。其次,引入应急期限要求、通行能力约束、路径阻抗动态时变等影响因素,对运输问题模型进行改进。为便于求解,进一步将模型转化为基于概率分析的救援需求分阶段优化模型,该模型将车辆出行时间视为服从正态分布的随机变量,利用出行时间方差的调整反映不同阶段路径阻抗的变化,能够在满足救援响应时间的前提下,解得运输成本最小的需求矩阵。案例研究证明这个模型能够满足应急期限要求并刻画路径阻抗的动态时变特征,达到了预期效果。     

武汉市轨道交通线网应急救援站选址研究

城市轨道交通线网对城市的发展起着重要作用,针对城市轨道交通网络化运营以及突发事件的相关特点,结合复杂网络的相关理论,利用Pajek软件进行网络中心性分析,同时考虑到空间、成本、救援3个约束条件,建立“P-中心应急救援站选址模型”,使轨道交通线网中最大应急救援距离最小,同时防护到网络中所有的需求站点;利用遗传算法进行编程计算和模型求解,以得到最优结果;以武汉市轨道交通线网为例进行应急救援站选址研究,得到12个应急救援站的最佳布置方案,最后通过线网脆弱性对比分析验证了该方案的脆弱性最小,说明选址方案可靠。     

城市道路交通应急警力配置模型研究

为实现区域性的紧急交通事件的快速疏导与救援,进行科学合理的调度警力,提出应急警力配置模型。该模型基于图论原理构建原始问题的拓扑结构,利用遗传算法求解。通过该模型的求解可以得出应急警力布点的最优配置,以满足在给定警力数量的情况下应急警力能够在指定时间内到达辖区内可能发生交通事件的任意应急点,并结合算例对该模型进行验证。结果表明:在满足模型要求的假设条件下,利用MATLAB软件结合遗传算法,可以最终获得优化的警力配置方案。因此,基于图论与遗传算法相结合构建的城市道路交通应急警力配置模型,可以实现公安警力救援的优化调度,进一步实现科学而高效率的救援。     

城区天然气管道泄漏数值模拟与爆炸危害分析

在人口密度为三级和四级的城区内,密集的高建筑物对天然气管道泄漏后的扩散和流场形成产生重要影响。本文以某城市的实际情况为例,建立多建筑物的空间几何模型,采用k-ε湍流方程,SIMPLE算法,模拟了在三种不同风流速度、三种不同压力条件下,城区天然气管道泄漏气体在多建筑物地形中的扩散情况。根据模拟结果,依据天然气的爆炸极限,对模拟结果及其火灾爆炸危害的范围进行了对比分析。结果表明,CH4气体的泄漏扩散同时受管道压力、风流速度和周围建筑物的影响;同时受当地风速的影响,泄漏气柱在风流作用下会发生偏折,造成阻挡风流的建筑物内侧危险气体浓度升高,大大增加建筑物周围环境的危险性。研究结果对城区天然气管道的建设具有一定的指导意义。     

城市磁悬浮轨道交通系统安全问题研究

采用初步危害分析(PHA)方法,对磁悬浮城市轨道交通系统进行潜在安全事故分析。从人员、车辆、电气设备和线路等角度,列出各部分的危险源清单,及其产生的事故后果。针对各种主要的潜在危险和事故提出预防措施,建立并健全安全管理部门,同时采用先进的技术装备,保证系统安全运行。针对事故类型,制定专项应急救援预案,若一旦事故发生,则启动相应应急预案程序,减少人员伤亡和财产损失。为保证城市磁悬浮轨道交通系统的安全运行具有一定的参考价值。     

道路交通紧急救援服务点的优化选址

针对道路交通紧急救援对公平性、效率性、事故并发性的多目标决策需求,提出用于道路交通救援点选址的多目标决策模型。该模型通过最小化最大救援时间满足救援公平性;通过最大化一次覆盖的需求量和最小化救援点到需求点总加权时间满足救援效率;通过最大化备份覆盖的需求量满足事故并发与重大事故的救援。针对多目标决策模型,开发基于模拟退火法的优化解法,结合算例分析,能够获得减少最大救援时间、最大化一次覆盖和备份覆盖需求量的多个目标方向上最优解,实现pareto最优化的成功率均在95%以上。实例计算比较表明,笔者提出的模型与算法可以为决策者提供多目标选址方案。     

高速公路交通救援资源派遣方法适用性研究

为降低高速公路交通事故人员伤亡和财产损失、提高指挥调度中心救援效率,将适合高速公路交通救援资源派遣的匈牙利法、直接成本法和机会成本法,分别从基于资源派遣方法的数学特征、高速公路交通救援点配置情况和交通事故救援实施3个方面对各方法的适用性进行研究,并结合指挥调度中心现有资源派遣实际,制定出交通救援资源派遣规则。以南京市周边高速公路网为例,根据适用条件选用合适的交通救援资源派遣方法和派遣规则,进行救援资源的派遣决策,为指挥调度中心高效地派遣交通救援资源提供了理论依据和合适方法。     

基于SCPN的交通应急处置流程建模及性能分析

为了更好地利用信息技术支持应急管理,提高交通应急指挥系统救援效率,以路面塌陷事故为例,利用随机着色Petri网(SCPN)对其应急响应流程进行动态离散建模,根据同构的马尔可夫链(MC)分析模型的有效性,最后利用马尔可夫链及模糊数学的相关理论对交通应急指挥系统进行性能分析。结果表明:救援信息、交通路网动态信息、应急资源信息及时态控制信息反馈环节容易产生信息堆积,应提高综合监控的技术水平;专家决策制定出警预案、善后处理耗时较长,应作为流程优化的重点。     

省域高速公路交通应急救援联动机制探讨

在系统分析省域高速公路应急救援组织体系存在问题的基础上,通过广泛调研和系统研究,结合我国国情,提出省域高速公路交通应急救援的组织指挥体系、可靠联动模式、运行机制、联动保障、技术路线等方案与措施。建立了基于领导机构、办事机构、工作机构、专家组4个层次的救援组织指挥体系,构建了高速公路交通应急救援的协调管理的基本机制,设计了对应协调管理基本机制的联动处置流程,并提出建设先进的高速公路交通应急救援调度信息中心的具体内容,为建立高效、稳健的高速公路交通应急救援组织体系与联动机制提供科学依据。该方案与措施有助于统一协调指挥多个救援部门之间的工作,实现救援部门之间的信息共享,确保交通应急救援调度和协调管理工作的顺利实施。