一種被動分洪情景下的分洪區避險轉移方案編制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于災害避險調度規劃及其適應性對策研宄技術領域，更具體地，涉及一 種被動分洪情景下的分洪區避險轉移方案編制方法。
【背景技術】
[0002] 分洪區洪水受災人員避險轉移方案制定是一種必要的非工程性防災、減災措施， 其將洪災的自然規律和人為響應過程相結合，在充分利用己有資料和信息的基礎上，運用 系統分析方法和計算機模擬技術制定出最佳避險轉移方案，為抗洪救災決策規劃提供科學 依據。洪災避險的目的是求得待轉移人員到救災點的最佳撤離路線，目前多采用Dijkstra 最短路徑搜索算法，但其計算和存儲效率隨著網絡節點數的增大變低，不能滿足避險轉移 系統中對海量信息處理的需要。而被動分洪下的避險轉移更是一類復雜的多維、多約束、非 線性規劃問題，龐大的計算規模使得常規數學求解方法的適應性受到限制，"維數災"問題 突出。同時，被動潰口洪水的演進對轉移道路的淹沒情況是一個實時動態的過程，需根據洪 水演進的時間尺度有效識別轉移道路的淹沒情況，而現有主動分洪下的避險轉移方法已不 適用于突發洪水事件情景下的可行道路快速選取及避險轉移路徑快速生成要求。此外，避 險轉移過程中對道路的復用易導致擁堵問題，而現有研宄多采用一種半理論、半經驗方法 (例如路阻函數法和隨機數模擬法）進行道路擁堵權重計算，其未從流量、車速、密度三個 主要參數對道路擁堵的影響進行科學的分析，未能對不同時段道路阻力值進行準確的量化 描述。
【發明內容】
[0003] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供一種被動分洪情景下的分洪區 避險轉移方案編制方法，制定出充分考慮洪水動態演進過程、人員避險轉移方式、轉移道路 擁堵情況的避險轉移方案，為管理部門制定被動分洪情景下分洪區避險轉移策略提供決策 支持，以解決現有方法難以滿足突發洪水事件情景下的可行道路快速選取及避險轉移路徑 快速生成要求的技術問題。
[0004] 本發明提供一種被動分洪情景下的分洪區避險轉移方案編制方法，包括以下步 驟：
[0005] 步驟1生成避險轉移原始靜態可行路徑表，包括各行政村至可到達安全地點的所 有可行路徑；
[0006] 步驟2評價人員轉移代價，若為有指揮情形則執行子步驟（2-1)，若為無指揮情形 則執行子步驟（2-2)，包括：
[0007] (2-1)針對第i個避險轉移主體通過第j個路段，其轉移耗時代價函數如下公式所 示：
[0008]
[0009] 其中，Co.v小;/_)為第i個避險轉移主體通過第j個路段需要的時間而為第j個路 段的長度；Vi為第i個避險轉移主體的移動速度；
[0010] (2-2)針對第i個避險轉移主體通過第j個路段，其轉移耗時代價函數如公下式所 示：
[0011]
[0012] 其中，Gj(N)為第j個路段的擁堵系數；
[0013] 步驟3評價基于時間窗口的避險轉移方案，包括以下子步驟：
[0014] (3-1)根據洪水演進的時間尺度和總時段長度，將整個避險轉移期劃分為若干個 大小均等的時段，每個時段為一個時間窗口，每個時間窗口包含洪水淹沒道路信息、道路的 人數和來源信息以及道路擁堵信息；
[0015] (3-2)同時考慮洪水淹沒過程和道路擁堵情況，計算道路在每個時間窗口的擁堵 系數，實現避險轉移方案的評價；
[0016] 步驟4以所有避險轉移主體的轉移時間花費總和最小為優化目標，建立被動分洪 情景下避險轉移模型如下所示：
[0017]
[0018]
[0019] 其中，T為總的避險轉移時間花費；為第c個村莊的第i個避險轉移主體所選 擇的避險轉移方案；(4,4,..:為對應方案行進道路編號序列；①。為第c個村莊所有 避險轉移主體可行的避險轉移方案集合；Cost(pM)為第c個村莊的第i個避險轉移主體所 選擇的避險轉移方案的代價函數；
[0020] 步驟5求解所述避險轉移模型，獲得最優避險轉移方案。
[0021] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效 果：
[0022] 本發明充分考慮了洪水演進過程對避險轉移過程的影響以及轉移過程中的道路 擁堵情況，所提出的時間窗口概念實現了二者與避險轉移模型的有機結合，準確描述被動 分洪情景下人員的轉移過程。同時，針對傳統方法在人員轉移代價方面的不足，提出的基 于道路擁堵系數的避險轉移代價評價函數，實現了人員轉移代價的科學量化。此外，針對 模型的多維、多約束、非線性等問題，提出的基于逐次逼近思想的高效求解方法，能充分滿 足被動分洪情景下避險轉移方案的快速制定需求，且具有較好的魯棒性。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明被動分洪情景下的分洪區避險轉移方案編制方法的流程圖；
[0024] 圖2所示為本發明生成可行路徑轉移樹的流程圖；
[0025]圖3為本發明實施例被動分洪轉移路徑示例圖；
[0026]圖4為本發明實施例被動分洪轉移路徑示例圖；
[0027] 圖5為本發明實施例路段時段擁堵狀態結果表達示例圖。
【具體實施方式】
[0028] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0029] 本發明運用時間窗口實現了洪水演進、人員的轉移方式、道路擁堵間的耦合，并提 出有序和無序情景下人員轉移代價評價方法。在此基礎上，建立了充分考慮各方面約束的 被動分洪情景下避險轉移模型，并針對模型的多維、多約束、非線性等問題，運用逐次逼近 優化算法實現模型的高效求解，最終制定出避險轉移方案。
[0030] 本發明技術方案主要包括避險轉移原始靜態可行路徑表生成策略、人員轉移代價 評價、基于時間窗口的避險轉移方案評價、建立被動分洪情景下避險轉移模型、避險轉移模 型求解五個方面的內容。
[0031] 圖1所示為本發明被動分洪情景下的分洪區避險轉移方案編制方法的流程圖，具 體包括以下步驟：
[0032] 步驟1生成避險轉移原始靜態可行路徑表
[0033] 避險轉移靜態可行路徑表是被動分洪避險轉移模型的解空間，涉及各行政村至可 到達安全地點的所有可行路徑。具體包括以下子步驟制定該可行路徑表：
[0034] (1-1)構建路徑拓撲結構。統計分洪區內的安全地點，包括安全區與大堤安全臺， 將與安全地點直接相連的路徑作為終點路徑，并把路徑編號按照其對應的安全地點進行列 表存儲，生成道路的終點路徑表；
[0035] (1-2)生成拓撲結構。提取分洪區所有路徑結構，將各路徑轉化為點考慮。分析兩 點之間的相互關系，若兩條路徑有交點，則設為" 1"，若兩條路徑無交點，則設為"0"。按照 此方法，生成道路的鄰接矩陣表；
[0036] (1-3)生成原始可行路徑轉移樹。根據步驟（1-1)與步驟（1-2)所得終點路徑表、 鄰接矩陣表生成路徑轉移樹，圖2所示為本發明生成可行路徑轉移樹的流程圖，具體包括 以下子步驟：
[0037] (1-3-1)根據當前需要搜索的行政村，獲取其對應編號，作為路徑轉移樹的根節 點，并將與村莊相連的路徑作為子節點；
[0038] (1-3-2)判斷該根節點是否在終點路徑表中，是則執行步驟（1-3-5)，否則執行步 驟（1-3-3);
[0039](1-3-3)判斷路徑總長度是否已經超過給定值，是則執行步驟（1-3-5)，否則執行 步驟（1-3-4);
[0040] (1-3-4)根據鄰接矩陣表，獲取該根節