城市消防救援車輛路徑選擇研究

1、 1聲, 明本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在指導教師的指導下, 獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文 不包含其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究 做出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本聲明的 法律責任由本人承擔。 論文作者簽名: 日期: 關(guān)于學位論文使用權(quán)的說明 本人完全了解太原理工大學有關(guān)保管、使用學位論文的規(guī)定,其 中包括:學校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學位論文的原件與復印 件;學?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復制手段復制并保存學位論文; 學?？稍试S學位論文被查閱或借閱;學?？梢詫W術(shù)交流為目的, 復制贈送和交換學位論文;學?？梢?/p>

2、公布學位論文的全部或部分內(nèi) 容保密學位論文在解密后遵守此規(guī)定。 簽名: ? 導幣簽名: 日期: 日期: 口,;. 多.一2太原理工大學碩士研究生學位論文 城市消防救援車輛路徑選擇的研究 摘要 火災是一種嚴重危害人民生命財產(chǎn),直接影響社會發(fā)展和穩(wěn)定的常見 災害。城市的發(fā)展始終伴隨著與火災的斗爭,隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展,城 市化進程不斷加快,城市規(guī)模不斷擴大,城市火災發(fā)生的頻率越來越高, 造成的損失也越來越大。面對嚴峻的火災形勢,消防救援力量縮短消防響 應時間,盡快到達火災現(xiàn)場展開應急救援,可以有效控制火災災情,減少 損失。消防應急車輛作為緊急車輛,雖然不受交通信號的限制,但是在實 際運行中,作為交

3、通流的一部分,肯定會受到實時交通情況的影響,導致 從消防中心到火災地點的行駛時間具有不確定性,對整個消防響應時間影 響較大。因此,在城市火災情況下如何選擇受實時交通影響的消防車輛行 駛路徑,使其能在最短時間內(nèi)暢通無阻的到達火災現(xiàn)場,成為消防滅火救 援工作的重要組成部分。傳統(tǒng)的城市消防救援研究工作很少涉及這個問題, 它們討論的重點多是城市消防站的整體規(guī)劃布局或者配置問題。 本文總結(jié)出城市火災這一突發(fā)事故下,消防救援車輛路徑問題具有緊 急性、弱經(jīng)濟性、不確定性等特性,提出時變條件下車輛行駛時間的長短 與其出發(fā)的時刻密切相關(guān),運用運籌學方法建立時變條件下包含時效性、 暢通性和經(jīng)濟性三個屬性分量的多屬

4、性決策模型,根據(jù)多屬性效用理論對 三個屬性分量進行分析和無量綱處理,并結(jié)合無量綱處理及加權(quán)法將模型 轉(zhuǎn)換為單屬性決策模型,然后以新的決策效用函數(shù)值最大作為新模型的目 標函數(shù),利用改進算法進行求解,最后通過算例驗證該方法的可行3太原理工大學碩士研究生學位論文 性。 本文運用運籌學、決策理論與方法,對應急救援車輛路徑選擇問題建 模并求解,對實際消防應急救援車輛調(diào)度指揮決策有一定的借鑒意義。 關(guān)鍵詞:城市火災,多屬性決策模型,最短路徑選擇,算法4太原理工大學碩士研究生學位論文 ., , ,。.;, .,., , ,?,., , ?,., 5太原理工大學碩士研究生學位論文 ., ?, , ?, ?,

5、?,.,., , , 6太原理工大學碩士研究生學位論文 目錄 第一章緒論?. .研究背景和意義 .研究背景. .研究意義. .國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .城市消防救援的研究現(xiàn)狀?. .應急車輛路徑的研究現(xiàn)狀?. .論文的大綱?. .論文研究的主要內(nèi)容? .論文的技術(shù)路線 .本章小結(jié)?. 第二章城市應急救援的相關(guān)理論? .突發(fā)事件?. .突發(fā)事件的概念 .突發(fā)事件的特征 .應急管理?. .應急管理的概念 .應急管理的方針 .應急管理的原則 .應急物流?. .】應急物流的概念】 .應急物流的特征 .應急物流的管理系統(tǒng)? .應急物流的保障機制? .應急救援?. .應急救援的特點 .應急救援的流程圖7太原理工大

6、學碩士研究生學位論文 .應急救援的基本任務? .本章小結(jié)第三章車輛路徑選擇的相關(guān)理論? .圖和路徑的定義?. .圖的定義 .路徑的定義.最短路徑問題及其分類?. .單源最短路徑問題.最短路徑問題的分類? .問題概述及最短路徑算法分析?. .,問題概述 .算法選擇?一 .本章小結(jié)?. 第四章模型建立和算法設(shè)計的研究 .建模概述?. .符號定義.建立模型?. .模型假設(shè) .數(shù)學模型 .模型求解?. . 算法. .算法設(shè)計?一 .方案的選擇及調(diào)整.本章小結(jié)第五章算例分析.問題概述?. .問題分析?. .屬性分量分析? .數(shù)據(jù)分析處理?8太原理工大學碩士研究生學位論文 .建立模型?. .模型求解?.

7、.決策屬性無量綱化.路徑選擇方案? .最優(yōu)路線對比分析.本章小結(jié)第六章總結(jié)和展望? .全文總結(jié)?. .不足與展望?. 參考文獻?. 致謝?. 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文目錄. 9太原理工大學碩士研究生學位論文 10太原理工大學碩士研究生學位論文 圖表目錄 圖 ?年我國火災情況統(tǒng)計?. .?. 表 ?年美國火災情況統(tǒng)計?. ?.?. 圖卜 ?年火災損失與增速情況比較. .? 圖卜火災損失與救援延時關(guān)系曲線? .?. 圖技術(shù)路線圖?. .?. 表突發(fā)事件的特征. . 表應急物流的特征.?.?.?.?.?。 圖應急物流管理系統(tǒng)圖?. .?. 表?應急物流的保障機制?一 . 表應急救援的特點?.?.?

8、. 圖應急救援流程圖一 . 表應急救援的基本任務?. ?圖有向圖和無向圖. ?. 圖多屬性問題處理步驟圖.太原理工大學碩士研究生學位論文?.圖時變條件下車輛速度分布圖?一 .?.圖假設(shè)的節(jié)點及路徑?一 .表算法求解步驟?.。圖改進 算法流程圖?.:?.?.圖模型求解流程圖一?.?圖初選路徑的流程圖?一.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?圖行駛途中車輛路徑方案調(diào)整圖一?.?.?.?.?. 圖假定的城市地圖以及起火地點一.圖有向路網(wǎng)圖?. 圖時變車速函數(shù)?.表路網(wǎng)信息一. 衢?表路段的暢通程度及行駛成本?:一 .?.?.?.?.?.圖最優(yōu)路徑?一.?.?.?.?.?.?.?.?.?

9、.?.?.?.?.?.;圖最優(yōu)路徑?一?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.?.一;太原理工大學碩士研究生學位論文表暢通概率權(quán)重對最優(yōu)路線決策的影響. . 表救援時刻對最優(yōu)路線決策的影響?. .太原理工大學碩士研究生學位論文太原理工大學碩士研究生學位論文第一章緒論.研究背景和意義.研究背景城市是人類社會生活的高級形態(tài),是國家的政治、經(jīng)濟、文化中心,也是人類文明的搖籃。城市化高度發(fā)展是當今世界的重要特征,推進城市化和城市現(xiàn)代化,對于正處于經(jīng)濟加速發(fā)展的中國意義重大,城市化是中國現(xiàn)代化進程中的大戰(zhàn)略。隨著中國經(jīng)濟總量的提升,中國的重要城市作為一個和世界城市競爭的重要載體它將發(fā)揮極大力量。在過去的

10、年間,因為我國城市就業(yè)規(guī)模的激增,大大促進城市人口、住房和基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展,從而城市的建設(shè)速度也出現(xiàn)突飛猛進的現(xiàn)象,我國城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施年來累計完成投資億元,年均增長.%。在當前擴大內(nèi)需、保持經(jīng)濟平穩(wěn)增長的大背景下,不斷加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),既可以有效拉動內(nèi)需,又可以切實增強我國的基本國力,為經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。隨著社會的發(fā)展與人口數(shù)量的快速增長,全球范圍內(nèi)的城市化趨勢越來越明顯,未來的世界將成為一個“城市的世界。我國的城市建成區(qū)面積在過去年中增加了倍以上,一些城市的建成區(qū)更是擴張了倍以上。從年到年,中國城市的建成區(qū)面積從.萬平方公里增長到.萬平方公里;截止到年,全國城鎮(zhèn)人口達到.億人

11、,城市化水平達到%;據(jù)專家預測,到年,城市化發(fā)展水平將達到%左右,到年中國達到中等發(fā)達國家水平,中國的城市化率要達到%,到時城市人口總數(shù)極有可能突破億。.城市火災的危害性伴隨著人類文明的史卷,火的誕生,促進了人類文明和城市的不斷發(fā)展,但同時城市的發(fā)展始終擺脫不了火災的影響,火災是具有巨大破壞力的多發(fā)性災害。在各種災害中,火災是最經(jīng)常、最普遍地危害人們生命財產(chǎn)和社會發(fā)展的主要災害之一。?人死亡,年全國共發(fā)生火災.萬次,直接經(jīng)濟損失.億元,導致人受傷【】,圖.給出了?年我國火災數(shù)量和火災導致的經(jīng)濟損失。太原理工大學碩士研究生學位論文演蓑轉(zhuǎn)奏豢?圖卜年我國火災情況統(tǒng)計.?俗話說:“賊偷一半,火燒全光

12、”,“水火無情”?，F(xiàn)如今,全世界各國人民都不能避免的一個相同的災難性問題就是火災,它給我們?nèi)祟惿鐣斐蛇^極其嚴重的生命和財產(chǎn)損失。隨著科技和社會生產(chǎn)力的快速發(fā)展,人民財富的不斷增加,火災現(xiàn)象存在一個不可忽略的客觀規(guī)律,那就是其損失的上升以及危害范圍的擴大【。發(fā)達國家的資料表明,火災及其危害呈現(xiàn)出隨著經(jīng)濟快速發(fā)展而不斷增加的特劇】;在城市發(fā)展的初期,火災發(fā)生的頻率和規(guī)模相對較小;隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展,城市進入快速發(fā)展階段,火災發(fā)生的頻率和規(guī)模會逐步到達峰值;再經(jīng)過經(jīng)濟發(fā)展和科技的進步,火災發(fā)生的頻率逐漸放慢,進入一個比較平穩(wěn)的階段,表.以美國為例給出其從年到年的火災相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計。目前,我國的經(jīng)濟快

13、速發(fā)展,日新月異,經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展引起人們生產(chǎn)、生活方式的顯著變化,人員密集場所、易燃易爆場所與復雜建筑的增多以及大量新技術(shù)、新材料和新能源的采用,無疑提高了火災發(fā)生的風險性,尤其是城市火災形勢日趨嚴峻。在過去的年間,我國火災發(fā)生數(shù)量增長.倍并且火災經(jīng)濟損失增長.倍。太原理工大學碩士研究生學位論文表卜 ?年美國火災情況統(tǒng)計 . .年份 火災起剡次 死亡人列人 直接財產(chǎn)損剡億美元 . 】. . . . . .圖.給出了?年間我國的火災數(shù)量和火災直接經(jīng)濟損失與增速的比較,從圖中可以看出,火災數(shù)量基本呈現(xiàn)出隨著經(jīng)濟快速發(fā)展而變得嚴峻的趨勢【。硬基萎襄長年度圖? ?年火災損失與增速情況比較.】來源于

14、聯(lián)合國“世界火災統(tǒng)計中心”資料的顯示,發(fā)生火災后的損失,日本將近年時間翻一倍,美國不到年時間翻一倍,中國平均年時間翻倍。全球每天有萬多起的火災發(fā)生,造成數(shù)百人喪生。最近幾年,我國每年有約萬多起火災發(fā)生,死多人,傷?人,有多億元的財產(chǎn)損失是火災直接造成的,尤其太原理工大學碩士研究生學位論文是特大的惡性火災經(jīng)常發(fā)生,每次都造成幾十上百人的死亡,給國家以及人民群眾造成不可挽回的生命財產(chǎn)損失。嚴峻的現(xiàn)實告訴我們,火災是現(xiàn)如今全球范圍內(nèi),多發(fā)性災害中時空跨度最大的一種災害,也是發(fā)生頻率相當不低的一種災害,隨著生產(chǎn)力和經(jīng)濟的發(fā)展,就越來越凸顯出消防工作的重要性【】?！邦A防火災和減少火災的危害”是對消防立法

15、意義的總體概括,包括了兩層含義:一是做好預防火災的各項工作,防止發(fā)生火災;二是火災絕對不發(fā)生是不可能的,而一旦發(fā)生火災,就應當及時、有效地進行撲救,減少火災的危害。.火災持續(xù)時間對經(jīng)濟損失以及人員傷亡的影響研究許多火災案例后會發(fā)現(xiàn),火災的經(jīng)濟損失在很大程度上受到消防力量的影響,消防力量能否在有火災險情后及時有效地控制火災,將直接決定火災的損失情況?；馂牡慕?jīng)濟損失具有較大的波動性,它與失火面積、火災的持續(xù)時間以及燃燒物的類別等因素有很大的關(guān)系,但是當具體到一個建筑子系統(tǒng)后,火災的具體損失的多少主要跟火災的持續(xù)時間有關(guān),研究眾多火災案例后發(fā)現(xiàn)火災損失與消防救援延遲時間的數(shù)值關(guān)系近似成線性增函數(shù)【】

16、,即:乙。:二, 丁乙積單位為;一一損失隨撲救延時的增益系數(shù),可考慮各子系統(tǒng)燃燒的對象價值、易燃性等因素,進行評估得出;乙一一火災最大持續(xù)時間,即當消防滅火不成功時,可燃物燃盡而自滅的時三一一一消防不成功的最大損失值。太原理工大學碩士研究生學位論文/圖?火滅損失與救援延時關(guān)系曲線.? 分析大量火險案例并結(jié)合我國道路、消防裝備以及通訊的實際情況后,可以得出代表了消防救援機關(guān)必須在分鐘之內(nèi)抵達火災現(xiàn)場出水救援,才能及時有效地消滅險情、降低經(jīng)濟損失和防止火勢蔓延。實際情況表明,由于我國的大部分城市的消防基礎(chǔ)實施不足、滅火救援消防力量欠缺、救援資源調(diào)度缺乏合理安排,且城市道路管理水平有限,人口又相當密

17、集,以及其他的延遲因素導致救援消防力量不能及時的到達火災險情現(xiàn)場,延誤了撲滅火災的良機,導致大量的人員傷亡以及財產(chǎn)損失。根據(jù)火災的發(fā)展過程,一般可將火災分為五個階段,從初起到發(fā)展再到猛烈后逐漸下降最后熄滅;在火情出現(xiàn)的前 內(nèi),此時尚屬于初起階段,火災的燃燒面積較小、燃燒速度緩慢、煙和氣體流動不快、火焰較低、輻射熱較弱。如果救援隊能在火災發(fā)生的前 內(nèi)展開滅火措施,將對控制和撲滅火災非常有利,否則火勢將迅速蔓延,造成不可挽回的損失。根據(jù)城市消防站建設(shè)標準規(guī)定,屬于初起階段的這可分為發(fā)現(xiàn)起火、報警和指揮中心處警、接受指令出動、行車到場和開始出水撲救五個、. 、 、部分;各階段的處理時間分別為 和.

18、。這個五個部分中最重要的是“行車到場”部分,同時這部分也是最難控制和執(zhí)行的,消防車雖然不受交通信號燈的控制,可是作為交通流的一部分難免會受到實時交通情況的影響,一旦交通擁堵或者路況復雜,則消防車很難在預定時間內(nèi)到達火情現(xiàn)場,進而影響整個消防救援行動。時間是整個消防救援行動的關(guān)鍵,錯過了火災的初起階段,火勢將急劇燃燒,快速蔓延,從而造成大量的經(jīng)濟損失和人員傷亡。而決定能否在 行車到場的太原理工大學碩士研究生學位論文因素就消防救援車輛路徑的選擇,此路徑是受到實時交通影響的,所以選擇最優(yōu)的行車路線就成為火災救援行動的重中之重。本文是在火災險情發(fā)生的情況下,研究消防救援車輛路徑選擇,顯然此時的車輛路徑

19、模型與常規(guī)的車輛路徑模型有顯著的差異;常規(guī)的車輛路徑模型是在滿足一定的約束條件下,在一系列的出發(fā)點和需求點之間選擇合適的行進路徑,進而達到優(yōu)化的目的,此時一般為運輸?shù)木嚯x、時間或費用等。而消防救援車輛路徑選擇與常規(guī)車輛路徑之間最大區(qū)別是要盡可能快的到達火情現(xiàn)場,實施救援,撲滅火險;并且此時要考慮路徑的時變條件,時變條件具體為不同時間段內(nèi)路徑的交通流量和管理以及道路狀況等一系列因素不同,這就導致了救援車輛的實際行駛時間產(chǎn)生很大區(qū)別。在此本文將救援車在通過某一路段時,沒有出現(xiàn)堵車或者擁堵的想象成為安全通過該路段,安全通過的可能性的大小命名為安全屬性。最后消防中心接到火警后出警的過程,是一個運輸救援

20、人員以及設(shè)備到達火情現(xiàn)場的過程,屬于應急物資的運輸過程,可認為是應急物流的一部分,在條件不是很苛刻的情況下,可適當考慮成本因素。因此,如何合理的選擇消防救援路徑,來保證及時有效的撲滅火情,挽救人員安全和經(jīng)濟損失,是非常值得研究的問題。本文擬將從暢通性、時變性以及經(jīng)濟性三個方面來研究消防救援車輛的路徑選擇問題。.研究意義當今,我國的經(jīng)濟快速發(fā)展,日新月異,城市化和現(xiàn)代化進程也越來越快,人口不斷增多,同時也伴隨著城市火災數(shù)量的不斷上升,火災規(guī)模也越來越大。當消防中心接到火情報警后,如何在考慮到實時交通狀況的前提下,選取最快捷的救援路徑,使消防力量盡可能快的安全到達險情地點,實施有效的消防措施來撲滅

21、火災,成為了消防救援工作的重中之重。與此同時,這一救援行動也具備物流活動的基本體征,所以在條件合適的情況下,可適當?shù)目紤]救援成本。所以本文就是在考慮到時間屬性、暢通屬性以及經(jīng)濟屬性的情況下,來研究城市消防救援車輛的最優(yōu)路徑選擇問題,這對以后我國各個城市消防中心接到險情后如何調(diào)度指揮消防救援車輛有一定的借鑒意義。.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當出現(xiàn)城市火災險情后,消防救援力量到達火情現(xiàn)場的時間直接關(guān)系到火災造成損失的多少,盡早的到達火情現(xiàn)場,就能最大程度的減少火災損失?；馂陌l(fā)生后,消防部門從接到報警并處理險情,然后出警,行車到場,到最后的出水撲救,這些動作應該盡太原理工大學碩士研究生學位論文可能的及時有效,做

22、到越快越好。從接警、出警到出水撲救這些環(huán)節(jié)都是可以通過訓練來提高,進而減少操作的時間,但是“行車到場”的時間卻是不受人為控制的,因為車流量、擁堵程度和交通管理都是受到接警時段影響的,這就導致同一路段在不同時段的行駛速度有可能存在很大差異,所以對消防救援路徑在時變條件下選擇的研究就變得相當重要了。.城市消防救援的研究現(xiàn)狀在分析了發(fā)達國家火災頻率的經(jīng)驗后,并結(jié)合我國火災的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù),可以預知在今后的一段時間內(nèi),隨著我國經(jīng)濟的繼續(xù)發(fā)展,城市火災發(fā)生的頻率將保持上升趨勢,火災造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡程度也呈上升趨勢。消防部門將面臨具有復雜性、多樣性及不確定性特征的火災問題,要求城市消防中心具有更高的

23、滅火救援響應效率。喬英豪等分析了當前我國城市消防工作存在的問題以及產(chǎn)生城市消防工作問題的原因,并提出了解決這些消防問題的措施【】。而且在關(guān)于消防站布局和救援及時有效相關(guān)問題的研究中,消防響應時間都是相當重要的決定因素。張曉偉在消防站研究時考慮到附近交通狀況因素,從而影響救援車輛響應時間,提出消防隊站建設(shè)的平面模型和建設(shè)環(huán)節(jié),提出要抓住機遇,按照城市消防發(fā)展規(guī)劃和工作實際進行例。周志軍等以城市消防中心第一出動.從接警到出動最后行車到場響應指數(shù)和平均控火時間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),歸納分析了城市滅火救援初次行動時效性的影響因素,思考闡述了提高初次行動時效性的對策【明。鄧軼等在比較和分析了傳統(tǒng)消防站布局規(guī)劃模型

24、、基于路網(wǎng)的分析模型的消防站布局規(guī)劃模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合城市實例運用服務區(qū)分析模型做了消防站布局規(guī)劃的大量研究,發(fā)現(xiàn)原有規(guī)劃預留的消防站布局仍存在多個盲區(qū),部分服務范圍重疊較嚴重,并根據(jù)實際提出了消防布局規(guī)劃的優(yōu)化調(diào)整方案【】。必須注意,調(diào)度指揮不規(guī)范以至于救援力量不能第一時間到達火災現(xiàn)場,是對救援時效性的重要影響因素。趙勇,賈定守提出使用決策樹法來結(jié)合實際案例,并分析滅火救援指揮決策的影響因素,來建立指標評估體系和繪制風險評估決策樹,繼而計算出期望值來對決策方案進行風險評估,得到符合火災救援現(xiàn)場實際情況的決策方案,很大程度上提高了指揮者的決策質(zhì)量和指揮能力,完善滅火救援指揮運作機制【。張煜東,

25、吳樂南等提出一種基于射頻識別技術(shù)的新模型,用以實時交通流量的監(jiān)測,太原理工大學碩士研究生學位論文然后用一種簡化時延脈沖耦合網(wǎng)絡來模擬最短救援路徑,實現(xiàn)火災現(xiàn)場調(diào)度的有效性馮凱等在分析了火災危險性的基礎(chǔ)上,提出了消防站布局規(guī)劃的目標及約束條件,建立了基于道路交通的消防救災單元區(qū)域模型,并在城市數(shù)字化和可視化的基礎(chǔ)上,研究開發(fā)了消防站布局規(guī)劃可視化系糾。盧厚清等發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)離散覆蓋算法在選址問題中存在誤差較大的問題,提出把圖的離散的節(jié)點.邊二元圖結(jié)構(gòu)替換為連續(xù)的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu),實現(xiàn)對道路網(wǎng)的連續(xù)覆蓋。并在優(yōu)化選址過程中,引入模擬退火算法,并對退火流程加以改進,通過算例驗證基于連續(xù)覆蓋的選址方法有較好表現(xiàn)

26、,具有較強的實用性和合理性】。姬東研究了圖論最短路徑問題及算法,并應用圖論最短路徑問題的分析方法,結(jié)合了實際問題,科學合理的解決城市中消防中心的選址問題【】。何壽奎從實際應用出發(fā),運用改進啟發(fā)式算法方法研究時間與資源限制條件下的多出救點組合模型求解問題,給出了應急限制期和安全消防設(shè)施點建立的費用模型,從理論上證明了模型求解方法的正確性,在給定限制期條件下,通過分析得出應急服務設(shè)施點選擇方法,通過算例說明該計算方法的具體應用,為交通安全消防站點選擇提供參考魏新宇運用層次分析的方法來評定交通網(wǎng)絡中路段的權(quán)值,并以此為基礎(chǔ)建立模型,來對應消防滅火救援中的最優(yōu)調(diào)度,對模型來分析后使用改進的算法求解,該

27、算法的實用性在最后于實例的結(jié)合中得到了很好:用。上述文獻雖然分析了城市火災消防救援的響應時間問題,但多數(shù)只是從消防中心的整體規(guī)劃布局,或者配置等方面來進行分析和研究,而在既有的布局條件下,研究時變交通狀況下如何選擇最優(yōu)車輛路徑的很少。目前有大量的研究都是針對車輛路徑問題的,故可以為發(fā)生城市火災后,消防救援車輛如何選擇路徑的問題提供理論支持。.應急車輛路徑的研究現(xiàn)狀路徑選擇問題的理論范疇,是屬于模糊數(shù)學和運籌學的,由于計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展以及地理信息系統(tǒng)技術(shù)的日益成熟,從而使路徑優(yōu)化問題的發(fā)展歷程進入一個新的篇章。它大幅度的利用計算機輔助作圖技術(shù)和技術(shù),借助于軟件技術(shù)把問題進一步的具體和細化,表

28、現(xiàn)為界面形式,提供更好的決策以供車輛路徑來選擇。但路徑選擇多是對通常情況下的物流進行研究,很少有將應急物資配送路線作為研究對象。由太原理工大學碩士研究生學位論文于發(fā)生火災后屬于應急調(diào)度車輛,所以此時的路徑選擇問題可能要考慮多個方面,且受制于時間、道路狀況等方方面面的條件,這使此類問題的建模和求解變得極其困難。在已有的科技文獻中,研究這種類型的文獻出現(xiàn)的頻率不高,而在已有研究中幾乎都未考慮突發(fā)事件的一些重要特殊要求。.國外此問題的研究現(xiàn)狀車輛路徑問題由于其應用面極其廣闊,進而不管國內(nèi)還是國外都有很多學者來研究此類問題,的科技文獻資料種類和數(shù)量都很多,但針對于突發(fā)事件的應急車輛路徑選擇的就要少很多

29、了,大多數(shù)都是著眼于商業(yè)活動的運輸路徑。認為應急物流中最大的問題是貨物運輸過程有幾條路徑可供選擇,當然這些路徑必須是滿足約束條件的,他在文中用車輛的調(diào)度與混合運輸作為此類問題的模型,并進行了詳細的分析與討論】。其實我們要實現(xiàn)的就是車輛的分配問題,但絕不能遺漏了應急物流的最根本的要求,那就是以最快的速度將救援物資運送到災害發(fā)生地點。建立了一種隨機模型,該模型是基于有突發(fā)事件發(fā)生時,配有時間窗口,并使窗口最小化,但該模型并不能滿足總的需求量,在此模型中,假設(shè)是不存在時間延誤的,這明顯不符合突發(fā)事件的特點,救援力量不可能因為待救援地點存在運輸困難,就放棄該待救援地點,而救援力量會盡一切可能的及時到達

30、待救援地點,挽救更多的生命和財產(chǎn)【】。等所研究的車輛路徑選擇問題,是基于實時條件下的緊急醫(yī)療服務,整數(shù)規(guī)劃模型是依托動態(tài)最短路徑的方法來建立的,并運用求解。此模型的目標函數(shù)為:救援未到達的等待時間、車輛駛向醫(yī)院的時間以及車輛的回程行駛時間總和最短【。等的研究是模型優(yōu)化問題,此模型基于地震發(fā)生后,在救援時間和救援物資的質(zhì)量和數(shù)量都受限的條件下,以挽救盡可能多的人員為目的,要求向多個待救援地點運送和分配救援物資【。和以運輸費用的最小化為目標,研究了在不同的約束條件下,應急救援物資的運輸問題【。等研究的路徑選擇問題的主體是,在地震發(fā)生以后將傷員從災區(qū)救護的方到醫(yī)院的路徑選擇,文中在分析了大量的震后估

31、計數(shù)據(jù),運用數(shù)據(jù)融合法,并結(jié)合震后道路損壞、擁堵等實際現(xiàn)場情況以后,提出了路徑模擬的方法來實現(xiàn)用太原理工大學碩士研究生學位論文最短時間挽救最多生命和財產(chǎn)損失【,最后用與分層算法結(jié)合的方式來選擇最佳路徑,但文中僅僅提出完整的基于的模擬方法,未能建立具體的模型。在了解了救援行動中的動態(tài)性及不確定性后,并研究了應急物流協(xié)同配送方法在大規(guī)模救援行動中的應用,對救援活動關(guān)鍵期實施動態(tài)響應,對多目標的優(yōu)化使用了模糊聚類及綜合加權(quán)的方法,該方法在節(jié)約救援時間和成本方面具有一定的潛在優(yōu)勢和在應急路徑的規(guī)劃上使用了種網(wǎng)絡模型,該模型包含了多層建筑的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡和交通網(wǎng)絡,適用于應急路徑規(guī)劃,文章中主要強調(diào)在應急反應

32、系統(tǒng)中集成了智能建筑系統(tǒng)和智能交通的融合,之后城市道路網(wǎng)絡的情況仍然使用二維模型的形式來分析【。等提出一種應急路徑規(guī)劃方法,此方法分別分析了動態(tài)道路阻抗車道變化轉(zhuǎn)向及靜態(tài)道路阻抗不同車速三維路段長度,最后是基于空間信息系統(tǒng)來實現(xiàn)的【】。等設(shè)計了一種計劃模型,此模型拓印于應急救援物資運輸計劃,并將隨著時間變化的物資運輸動態(tài)問題作為模型要解決的重中之重,此模型是在研究了救援物資運送的多目標及多階段性和應急物流的決策支持系統(tǒng)后建立的,并描述了救援物資運輸時的約束條件救援物資的數(shù)量和質(zhì)量、救援出發(fā)點及救援車輛的數(shù)量、物質(zhì)供應量、運輸工具和方式種類繁多中各參數(shù)不固定,目標函數(shù)包括為救援物資運送延遲最短,

33、救援車完成救援后不必再回到出發(fā)劇。然而他們的不足是,完全忽略了運輸成本應該最小或者較小的問題。研究在路網(wǎng)狀況不確定以及資源比較有限的條件下,以救援更多的人員,使更多的人員活下來為目標,來尋找一種優(yōu)化方法,可以滿足應急車輛運送傷員的隨機調(diào)度【。等提出一種模擬救援物資的運輸計劃的方法,即把所有的運輸方式劃分為兩個階段,建立一種物資網(wǎng)絡流模型,此模型包含各種救援物資的多種運送方式【】,由于災情的詳細數(shù)據(jù)在初次的救援中無法得到,很容易出現(xiàn)物資供給與需求之間的不平衡等問題,該文使用的解決方法是預先確定震級的概率和地震發(fā)生的范圍,文章中作者采用隨機線性規(guī)劃作為主要規(guī)劃方法來建立系統(tǒng)模型,其并未考慮怎樣進行

34、車輛調(diào)度來完成運輸任務。等結(jié)合實際的交通路網(wǎng),來比較種路徑算法的優(yōu)劣,再比較了太原理工大學碩士研究生學位論文研究結(jié)果后提出相應的建議,因為此本把精確算法作為分析和研究的主要對象,故而并未對啟發(fā)式算法作研究【】。.國內(nèi)此問題的研究現(xiàn)狀在查閱了大量的國內(nèi)有關(guān)應急車輛路徑的科技文獻后,可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的科技文獻對應急車輛路徑的研究現(xiàn)狀,總體上可以分為個方向:模型和算法。張毅等再考慮了應急車輛所面臨道路的時效性、暢通性以及經(jīng)濟性屬性后,定義了多屬性決策問題的概念,首先將各個待選路徑的三個分量實施無量綱處理,后在加權(quán)加法與多屬性決策理論融合的條件下,得到?jīng)Q策效用函數(shù),最后的決策方案就是根據(jù)此函數(shù)得到的【】。

35、因為文章對約束條件和應急路徑選擇特性的忽略導致對目標函數(shù)的大量分析缺乏實際意義。魏航,魏潔在滿足隨機時變網(wǎng)絡的前提下,建立了應急路徑選擇的模型,此模型的目標為尋找滿足應急限制的最大概率,文章中給予了求解模型的算法,但以此模型的目標所得到的路徑,若不滿足應急限制,則其的行駛時間會相當長【】。因此,魏航,劉璇在考慮了上述不足后,提出了新的優(yōu)化模型及算法,很好的解決了這一問題】。李永新等在突發(fā)事件的特征的基礎(chǔ)上,給出了車輛路徑模型,此模型是具有軟時間窗的多目標問題,模型的權(quán)值包括空間和時間兩個方面,將其總和最小作為目標函數(shù),最后的求解過程使用了遺傳算法,文章中忽略了除時間盡可能短以外的所有方面閱。劉

36、春林等建立了以延遲時間最短為目標的模型及算法,并結(jié)合實際險情研究了多目標問題,包括時間最短和救援力量最少,文章還涉及到救援物資調(diào)度方面,基于時間限制和未知因素的全局優(yōu)化、基于模糊網(wǎng)絡最優(yōu)目標函數(shù)的路徑選擇以及基于限制條件的最安全路徑選擇問題等】。盧安文分別研究了單運輸與多運輸方式聯(lián)合的模型,其中單運輸以公路為標準,建立.整數(shù)規(guī)劃模型【。許添本,呂獎慧以地震災害的特點為基礎(chǔ),提出了若道路未被阻斷,則表示道路安全,若道路的通行性良好,則表示行駛效率高的目標函數(shù),并給予轉(zhuǎn)換,以此得到的決策值相加,得到的路徑就是最優(yōu)的路徑【。計雷所研究的基于突發(fā)事件的運輸問題,文章的優(yōu)化目的是多目標組合,包括了運輸費

37、用和運輸時間的疊加【。在科技文獻所研究的應急路徑問題中也有學者提出了綜合評價法。鄒志云等提出太原理工大學碩士研究生學位論文將灰色系統(tǒng)應用于應急救援過程,即救援過程中獲得的臨時信息作為不完整的灰色信息,而后的求權(quán)值中,評價指標選取擁堵程度、通行的安全性、行駛速度以及物資組織的快速與否,然后分別用層次分析法和專家可信度作基礎(chǔ)和優(yōu)化指標,最后建立模型,模型以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)【】。石玉峰等以軍事行動為背景,結(jié)合路徑選擇問題,來研究多路徑搜索方法對路徑選擇的決策集問題,其中選取時間、危險性和保障代價為決策目標的影響因素,并作為基礎(chǔ)的是路段權(quán)重重疊懲罰和模糊多目標決策理論【。陳杰基于隨機行駛時間來建立了

38、救援物資的調(diào)度模型,其中待救援地點的損失與救援物資的多少成反比,并對遺傳算法做了改進優(yōu)化,以此來求解模型列。緩成等基于可靠路徑搜索來建立應急物流的模型,分析了應急物流的特點,選擇最小最大理論為研究背景,模型目標為最短的最長救援時間,并基于動態(tài)規(guī)劃法來設(shè)計模。型的求解算法,最后給予驗證宋明安著手于應急物流的費用問題,基于不同的約束條件,將應急物資的運輸劃成兩個方向:初次救援和后續(xù)補救,第一方向一模糊集分類法為基礎(chǔ),研究在以最短的救援時間為目標,解決初次救援的物資分配不平衡的尷尬境地,盡量的做到初次少浪費,后續(xù)少補給,最大限度的合理利用數(shù)量有限的救災物資,挽救更多的損失【。王一軍等首先考慮到了災情

39、現(xiàn)場情況與救援道路的聯(lián)系,在已有城市地圖的情況下,對城市路網(wǎng)做分級處理,建立起路網(wǎng)的等級并優(yōu)化路網(wǎng)層次,然后基于分層搜索,獲取的最優(yōu)路徑圖是層層相連,由低層到高層,最終運用啟發(fā)式搜索算法分別獲取路網(wǎng)的低層和高層最優(yōu)路徑,然后結(jié)合道路實際情況,將低層和高層融合,得到完整的優(yōu)化路徑。由于對路徑問題的巨大幫助,很快就有學者將其運用到求解應急路徑選擇的問題。劉建等首先提出運用技術(shù)建立虛擬道路的想法,并使用傳統(tǒng)的最短路徑算法算法來求解最短路徑,本文并把這一想法運用到未知源點和終點的情況中去,對這類問題的解決提供了理論支持【。李淵看到可視化技術(shù)在路徑問題中的優(yōu)勢,故提出可利用網(wǎng)絡和人工智能技術(shù),把更多更貼

40、近實際的影響應急救援的因素考慮到算法中去,比如車輛型號、路段的弧度變化、車速、路段的車道數(shù)、坡度的變化等,文章僅僅從理論的角度來分析此問題,并未給出具體的算法和實現(xiàn)【】。太原理工大學碩士研究生學位論文在現(xiàn)實情況中,車輛路徑的選擇問題都是基于地理信息系統(tǒng),利用其強大的網(wǎng)絡分析功能資源分配及路徑分析。資源分配的作用就是為需求節(jié)點在網(wǎng)絡圖中尋找最近的網(wǎng)路和中心節(jié)點;路徑分析的作用是獲取最短路徑和最符合要求的路徑,本質(zhì)就是在網(wǎng)絡圖中的倆指定節(jié)點之間尋求滿意度最高的路徑。算法因為其良好的實用性作為軟件的核心算法,比如,等主流軟件都使用這種算法來求解路徑的。技術(shù)在普通物流可以說是無往不利,借助于數(shù)據(jù)庫技術(shù)

41、其網(wǎng)絡分析能力及其強大,但在處理突發(fā)事件時,因為突發(fā)事件的種種特征造成軟件選取的最優(yōu)路徑往往與實際情況存在很大差異,這就使得技術(shù)在突發(fā)事件中的應用存在很大限制,必須依托作二次開發(fā)才能解決這個難題【】?？v觀國內(nèi)外研究,幾乎所有的學者都不否認時間對于消防救援的意義,響應時間對于火災救援就代表著生命和財產(chǎn),但幾乎所有的文獻都著手于消防站在整個城市規(guī)劃中的布局以及整體消防響應時間來達到縮短救援時間的目的。只有鳳毛麟角的文獻會從整體延伸到局部,研究應急車輛在行駛過程遇到的道路狀況問題,這會很大程度的影響車輛速度,提出了應在時變條件下考慮路徑的通行速度,進而選擇最優(yōu)路徑。從學術(shù)的角度來看,國內(nèi)外研究還存在

42、一定不足,需要繼續(xù)深入挖掘,同時我們國家的研究就更顯單薄,大都忽略了突發(fā)事件對路徑選擇的影響,僅從商業(yè)的角度出來,路徑都不能到達挽救實際險情的要求。隨著計算機技術(shù)的提高,技術(shù)會給車輛路徑選擇帶來一次質(zhì)的飛躍,但若想滿足突發(fā)事件下的要求和給予大規(guī)模災害幫助,還是顯得力不從心。.論文的大綱.論文研究的主要內(nèi)容本文主要研究的內(nèi)容是為城市交通路網(wǎng)建立一個車輛路徑選擇模型,當城市火災發(fā)生后,救援力量可以在時變條件下,選擇綜合時效性、暢通性及經(jīng)濟性三個屬性的最優(yōu)救援路徑;并采用無量綱處理及加權(quán)法來處理模型的多屬性問題,最終通過改進型算法求解,可得到任意時刻發(fā)生火災后救援力量的最優(yōu)路徑;最后章節(jié)還給出模擬算

43、例來證明模型的有效性和準確行。本文所做研究可為城市消防救援部門實際救援時的決策調(diào)度提供重要的參考依據(jù)。太原理工大學碩士研究生學位論文本論文主要分為六個部分:第一部分,緒論。介紹了城市火災因為救援延遲從而對社會造成巨大損失,提出研究救援最優(yōu)路徑的必要性;對國內(nèi)外現(xiàn)如今的救援系統(tǒng)及救援車輛路徑的研究現(xiàn)狀予以分析,發(fā)現(xiàn)國內(nèi)外研究中存在的問題,以及時變條件下救援車輛路徑選擇的研究空白;并給出本文的研究內(nèi)容及技術(shù)路線。第二部分,應急管理特性分析。提出突發(fā)事件這一概念并給出其特性,并介紹了應急管理的概念、方針及原則,應急物流的概念、特征、管理系統(tǒng)及保障機制,最后介紹了應急救援的特點、流程圖和基本任務,有助

44、于理解城市火災這一突發(fā)事件的救援過程和目標。第三部分,車輛路徑選擇相關(guān)理論特性分析。介紹了圖論的基本概念,并把路徑最短問題分類,有益于對本文救援問題的算法選擇,然后給出火災救援問題的概述,總結(jié)了路徑選擇算法的特點及優(yōu)劣,選擇本文所研究問題的算法,為下部分模型的描述和建立打下基礎(chǔ)。第四部分,模型的建立及算法設(shè)計,是本文的核心部分。首先描述了在城市火災發(fā)生后,救援車輛路徑模型的特性,并建立了符合本文救援路徑的多屬性決策模型,包括時變條件下的時效性、暢通性及經(jīng)濟性,然后介紹了無量綱處理方法,并結(jié)合加權(quán)法將本文所研究的多屬性決策模型轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠼鈫螌傩詻Q策模型。本章后半部分提出一種改進的算法,將路徑的固定

45、弧權(quán)改為動態(tài)弧權(quán),用來求解本文的決策模型,并求解得到救援車的初始救援路徑,以及在救援途中可隨交通信息的改變來調(diào)整救援路線。第五部分,算例分析。給出了一個假設(shè)的城市地圖,在城市火災發(fā)生后,運用本文所建立的模型和算法來尋求最優(yōu)救援路徑,求解的路徑證明所建立模型的正確性以及算法的可靠性。并給出了不同權(quán)重矩陣和不同救援時刻的救援路線,證明了其對救援路徑選取的影響。第六部分,總結(jié)和展望。對本文的研究工作出總結(jié),包括模型創(chuàng)新及算法改進,并提出研究的不足之處,最后對本問題以后的研究方向提出建議。.論文的技術(shù)路線論文的技術(shù)路線如圖所示。太原理工大學碩士研究生學位論文圖技術(shù)路線圖.?.本章小結(jié)本章以目前我國的火

46、災形勢以及火災發(fā)展趨勢為研究背景,提出了消防救援路徑選擇的研究意義,并介紹了國內(nèi)外在這方面的研究現(xiàn)狀,以這些理論分析為基礎(chǔ),并結(jié)合我國實際情況做出了本文的主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線。太原理工大學碩士研究生學位論文太原理工大學碩士研究生學位論文第二章城市應急救援的相關(guān)理論應急管理是針對于突發(fā)的重大事故災害的危險問題提出的:年我國南方發(fā)生特大冰凍雨雪災害,罕見雪災造成京廣線斷電,京廣線幾乎中斷,多達上百萬旅客滯留廣州火車東站。這次災害警示我們,越是經(jīng)濟社會向前發(fā)展,越是現(xiàn)代化程度不斷提高,越是不能忽視可能發(fā)生的風險。因此對于突發(fā)事件應深入總結(jié),舉一反三,進一步增強全社會風險防范意識,進一步完善應急管理

47、體制,強化應急管理基礎(chǔ),突出抓好基層應急隊伍建設(shè)。.突發(fā)事件.突發(fā)事件的概念對于突發(fā)事件可以從廣義和狹義兩個方面來定義;廣義上,突發(fā)事件可被理解為突然發(fā)生的事情:第一層的含義是事件發(fā)生、發(fā)展的速度很快,出乎意料;第二層的含義是事件難以應付,必須采取非常規(guī)方法來處理。狹義上,突發(fā)事件就是意外地突然發(fā)生的重大或敏感事件,簡言之,就是天災人禍。前者即自然災害,后者如事故災難、社會沖突、丑聞謠言等等,專家也稱其為“危機”。根據(jù)中國年月日起施行的中華人民共和國突發(fā)事件應對法的規(guī)定,突發(fā)事件,是指突然發(fā)生,造成或者可能造成嚴重社會危害,需要采取應急處置措施以應對的自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生事件和社會衛(wèi)生

48、事件。.突發(fā)事件的特征本文所研究的城市火災應屬于事故災難的范圍,突發(fā)事件具有以下特征,如表.所示:太原理工大學碩士研究生學位論文表突發(fā)事件的特征 突發(fā)事件是事物內(nèi)在矛盾由量變到質(zhì)變的飛躍過程,是通過一定的契機誘發(fā)的,誘因具有一定的偶然性和不易引發(fā)突發(fā)現(xiàn)的隱蔽性,它以什么方式出現(xiàn),在什么時候出現(xiàn),是然性人們所無法把握的,這就是說突發(fā)事件發(fā)生的具體時間,實際規(guī)模,具體態(tài)勢和影響深度,是難以預測的。任何突發(fā)事件除自然事件外,都有明確的目的性目的明 和欲望性,因為人們選擇和行為的目標,都是為了滿足某確性 種需要。自然事件本身雖無目的性,但是在處理這類事件的過程中,人們的目的性也是十分明顯的。任何一類突

49、發(fā)事件,都必然要涉及部分人的切身利益,使其產(chǎn)生心理壓力和變化,引起人們的關(guān)注和不安也瞬間的 屬正常。尤其是社會性的突發(fā)事件,多是由少數(shù)人操縱,聚眾性 通過宣傳鼓動把一些群眾卷到事件中來。近期,在一些地方因地界、征地、拆遷安置而發(fā)生的突發(fā)性事件,往往是一人糾合,數(shù)人響應,使其具有聚眾性。行為的 不論什么性質(zhì)和規(guī)模的突發(fā)事件,都必然不同程度地破壞性 給國家和人民造成政治、經(jīng)濟和精神上的破壞與損失。如果我們將社會的正常秩序看作是均衡狀態(tài)的話,那么突發(fā)事件則使社會偏離正常發(fā)展軌道而出現(xiàn)了失衡。由狀態(tài)的 于事件的發(fā)生,會使人們生活處于不穩(wěn)定狀態(tài),昔日和諧失衡性安寧的社會環(huán)境遭到了破壞,組織常規(guī)工作方式和

50、工作程序已失去了作用,必須用特殊的手段才能奏效,整個組織處于混亂無序之中。.應急管理.。應急管理的概念應急管理本身是針對突發(fā)事件的應對過程,在應對過程中,首要目的是把突發(fā)事件的損失降到最低,然后分析事故產(chǎn)生的原因,應對決策以及不同決策造成的結(jié)果,最后綜合利用社會各方面的資源,做到對突發(fā)事件的最大預防、最快控制以及最少損失【;應急管理主要包括三部分,發(fā)生事故前對事故的預防與資源整合,發(fā)生事故時對資源和救援力量的合理調(diào)度,事故處理后對事故的總結(jié)和分析以及應急體系的建設(shè)。應急管理的主體是救援力量,即發(fā)生突發(fā)事件后,處理事故的人或部門;應急管理的客體就是突發(fā)事件本身。大部分突發(fā)事件持續(xù)的時間越長,造成

51、的損失就越嚴重,尤太原理工大學碩士研究生學位論文其是自然災害,則救援力量必須在事故的可控時間段內(nèi)到達事故現(xiàn)場,這需要對大量資源的有效組織與調(diào)度。各方面的資源在發(fā)生突發(fā)時間前已經(jīng)部署完成,但資源的調(diào)度與運送需要個管理過程,即時效性的體現(xiàn),則救援資源的調(diào)度與運送就作為應急管理的時效性準則。當城市火災這一突發(fā)事件發(fā)生后,救援車輛到達現(xiàn)場的行車延遲直接決定著火災造成的生命與財產(chǎn)損失,本文所研究的消防救援車輛路徑選擇是應對城市火災的應急管理中最重要的部分,直接決定救援車輛的行車延遲。.應急管理的方針應急管理的方針為“堅持預防和應急并重,常態(tài)和非常態(tài)結(jié)合”,預防在應急管理中有著重要的地位。古代的先哲們在總結(jié)歷史經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,提出了許多精辟的思想。詩經(jīng)里有“未雨綢繆”的告誡;周易中有“安而不忘危,存而不忘亡,治而不忘亂”的思想;左傳里有“居安思危,思則有備”的警句。孫子兵法講得更明白:認為“百戰(zhàn)百勝,非善之善也,不戰(zhàn)而屈人之