一种被动分洪情景下的分洪区避险转移方案编制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于灾害避险调度规划及其适应性对策研宄技术领域，更具体地，涉及一 种被动分洪情景下的分洪区避险转移方案编制方法。
【背景技术】
[0002] 分洪区洪水受灾人员避险转移方案制定是一种必要的非工程性防灾、减灾措施， 其将洪灾的自然规律和人为响应过程相结合，在充分利用己有资料和信息的基础上，运用 系统分析方法和计算机模拟技术制定出最佳避险转移方案，为抗洪救灾决策规划提供科学 依据。洪灾避险的目的是求得待转移人员到救灾点的最佳撤离路线，目前多采用Dijkstra 最短路径搜索算法，但其计算和存储效率随着网络节点数的增大变低，不能满足避险转移 系统中对海量信息处理的需要。而被动分洪下的避险转移更是一类复杂的多维、多约束、非 线性规划问题，庞大的计算规模使得常规数学求解方法的适应性受到限制，"维数灾"问题 突出。同时，被动溃口洪水的演进对转移道路的淹没情况是一个实时动态的过程，需根据洪 水演进的时间尺度有效识别转移道路的淹没情况，而现有主动分洪下的避险转移方法已不 适用于突发洪水事件情景下的可行道路快速选取及避险转移路径快速生成要求。此外，避 险转移过程中对道路的复用易导致拥堵问题，而现有研宄多采用一种半理论、半经验方法 (例如路阻函数法和随机数模拟法）进行道路拥堵权重计算，其未从流量、车速、密度三个 主要参数对道路拥堵的影响进行科学的分析，未能对不同时段道路阻力值进行准确的量化 描述。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种被动分洪情景下的分洪区 避险转移方案编制方法，制定出充分考虑洪水动态演进过程、人员避险转移方式、转移道路 拥堵情况的避险转移方案，为管理部门制定被动分洪情景下分洪区避险转移策略提供决策 支持，以解决现有方法难以满足突发洪水事件情景下的可行道路快速选取及避险转移路径 快速生成要求的技术问题。
[0004] 本发明提供一种被动分洪情景下的分洪区避险转移方案编制方法，包括以下步 骤：
[0005] 步骤1生成避险转移原始静态可行路径表，包括各行政村至可到达安全地点的所 有可行路径；
[0006] 步骤2评价人员转移代价，若为有指挥情形则执行子步骤（2-1)，若为无指挥情形 则执行子步骤（2-2)，包括：
[0007] (2-1)针对第i个避险转移主体通过第j个路段，其转移耗时代价函数如下公式所 示：
[0008]
[0009] 其中，Co.v小;/_)为第i个避险转移主体通过第j个路段需要的时间而为第j个路 段的长度；Vi为第i个避险转移主体的移动速度；
[0010] (2-2)针对第i个避险转移主体通过第j个路段，其转移耗时代价函数如公下式所 示：
[0011]
[0012] 其中，Gj(N)为第j个路段的拥堵系数；
[0013] 步骤3评价基于时间窗口的避险转移方案，包括以下子步骤：
[0014] (3-1)根据洪水演进的时间尺度和总时段长度，将整个避险转移期划分为若干个 大小均等的时段，每个时段为一个时间窗口，每个时间窗口包含洪水淹没道路信息、道路的 人数和来源信息以及道路拥堵信息；
[0015] (3-2)同时考虑洪水淹没过程和道路拥堵情况，计算道路在每个时间窗口的拥堵 系数，实现避险转移方案的评价；
[0016] 步骤4以所有避险转移主体的转移时间花费总和最小为优化目标，建立被动分洪 情景下避险转移模型如下所示：
[0017]
[0018]
[0019] 其中，T为总的避险转移时间花费；为第c个村庄的第i个避险转移主体所选 择的避险转移方案；(4,4,..:为对应方案行进道路编号序列；①。为第c个村庄所有 避险转移主体可行的避险转移方案集合；Cost(pM)为第c个村庄的第i个避险转移主体所 选择的避险转移方案的代价函数；
[0020] 步骤5求解所述避险转移模型，获得最优避险转移方案。
[0021] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效 果：
[0022] 本发明充分考虑了洪水演进过程对避险转移过程的影响以及转移过程中的道路 拥堵情况，所提出的时间窗口概念实现了二者与避险转移模型的有机结合，准确描述被动 分洪情景下人员的转移过程。同时，针对传统方法在人员转移代价方面的不足，提出的基 于道路拥堵系数的避险转移代价评价函数，实现了人员转移代价的科学量化。此外，针对 模型的多维、多约束、非线性等问题，提出的基于逐次逼近思想的高效求解方法，能充分满 足被动分洪情景下避险转移方案的快速制定需求，且具有较好的鲁棒性。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明被动分洪情景下的分洪区避险转移方案编制方法的流程图；
[0024] 图2所示为本发明生成可行路径转移树的流程图；
[0025]图3为本发明实施例被动分洪转移路径示例图；
[0026]图4为本发明实施例被动分洪转移路径示例图；
[0027] 图5为本发明实施例路段时段拥堵状态结果表达示例图。
【具体实施方式】
[0028] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0029] 本发明运用时间窗口实现了洪水演进、人员的转移方式、道路拥堵间的耦合，并提 出有序和无序情景下人员转移代价评价方法。在此基础上，建立了充分考虑各方面约束的 被动分洪情景下避险转移模型，并针对模型的多维、多约束、非线性等问题，运用逐次逼近 优化算法实现模型的高效求解，最终制定出避险转移方案。
[0030] 本发明技术方案主要包括避险转移原始静态可行路径表生成策略、人员转移代价 评价、基于时间窗口的避险转移方案评价、建立被动分洪情景下避险转移模型、避险转移模 型求解五个方面的内容。
[0031] 图1所示为本发明被动分洪情景下的分洪区避险转移方案编制方法的流程图，具 体包括以下步骤：
[0032] 步骤1生成避险转移原始静态可行路径表
[0033] 避险转移静态可行路径表是被动分洪避险转移模型的解空间，涉及各行政村至可 到达安全地点的所有可行路径。具体包括以下子步骤制定该可行路径表：
[0034] (1-1)构建路径拓扑结构。统计分洪区内的安全地点，包括安全区与大堤安全台， 将与安全地点直接相连的路径作为终点路径，并把路径编号按照其对应的安全地点进行列 表存储，生成道路的终点路径表；
[0035] (1-2)生成拓扑结构。提取分洪区所有路径结构，将各路径转化为点考虑。分析两 点之间的相互关系，若两条路径有交点，则设为" 1"，若两条路径无交点，则设为"0"。按照 此方法，生成道路的邻接矩阵表；
[0036] (1-3)生成原始可行路径转移树。根据步骤（1-1)与步骤（1-2)所得终点路径表、 邻接矩阵表生成路径转移树，图2所示为本发明生成可行路径转移树的流程图，具体包括 以下子步骤：
[0037] (1-3-1)根据当前需要搜索的行政村，获取其对应编号，作为路径转移树的根节 点，并将与村庄相连的路径作为子节点；
[0038] (1-3-2)判断该根节点是否在终点路径表中，是则执行步骤（1-3-5)，否则执行步 骤（1-3-3);
[0039](1-3-3)判断路径总长度是否已经超过给定值，是则执行步骤（1-3-5)，否则执行 步骤（1-3-4);
[0040] (1-3-4)根据邻接矩阵表，获取该根节