核电厂场外应急疏散路径规划方法

1.本发明属于核应急技术领域，尤其涉及一种核电厂场外应急疏散路径规划方法。


背景技术：

2.发展核能是在世界各地实施节能减排战略的重要措施。长期以来，核事故的危险一直是核能发展的障碍。临时疏散是核事故后短期内确保居民安全得最快、最有效的应急措施，并且制定核事故应急疏散计划被认为是避免和减轻事件危害最有效的方式之一。如何在最短时间内对核事故的应急疏散作出科学合理的决策，是许多核事故应急部门面临的常见问题。
3.核应急是保证核安全的最终底线，表示在某些非常规情况，需要迅速采取行动，缓解放射性物质大量释放对人体健康和安全、生活质量、财产或环境的危害。在核事故发生后，辐射剂量场因复杂的气象因素而呈现分布范围广、扩散浓度动态变化的特征，待疏散人员总数大、分布不集中，实时交通情况具有不确定性，因此核应急管理人员难以迅速提出有效的、科学的撤离方案。目前，在制定核事故应急疏散计划时，主要根据个人工作经验和基本安全规章制度作出的决策难以应对实际应急情况，缺少依据性、效率低。
4.基于此，针对核应急疏散，在复杂多变的核辐射环境中，如何最大限度地利用有限的信息为应急相关的公共交通疏散提供决策技术支持，在不确定的环境下迅速作出决策，是有效降低核事故风险的核心问题。
5.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种核电厂场外应急疏散路径规划方法，基于整数线性规划及快速非支配排序遗传算法的核电厂场外应急疏散路径规划方法，以克服在核辐射剂量场动态变化和多批次撤离需求条件下，人员疏散的安全和时间问题。为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明的一种核电厂场外应急疏散路径规划方法包括：
8.第一步骤，采集核电厂场外的风速和泄露点源强度，构建辐射剂量场扩散模型，
[0009][0010]
其中，c(x0,y0,z0,t)表示某时间点t下空间点(x0,y0,z0)处的气体浓度，q为泄露点源强度，u为风速，分别为下风向、横风向和垂直风向的扩散参数；
[0011]
第二步骤，采集核电厂场外的n条路段的路况信息，构建实时交通的路阻函数模型，其中，t表示真实情况下车辆在可行路径上的行驶时间，tf表示理想情况下车辆在可行路径上的行驶时间，qn表示单位时间内选择路段n的车辆数量，cn表
示单位时间内路段n上的最大车辆通行数量，α和β为阻滞系数，σ、ρ分别为引入的道路车辆拥挤度权重参数、道路可通性权重参数，f为方案裕度参数；
[0012]
第三步骤，基于核电厂、车库和集合点、安置点建立路径网络，且以撤离时间为优化目标制定车辆调配方案，建立车辆调配方案模型，其中，车库y中的车辆i第j次撤离需要的时间t
y,i,j
表达式为：
[0013][0014]
其中，i表示车辆编号，j表示第j次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s表示安置点集合，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号，d
y,p
表示理想状态下车辆在车库y与集合点p之间的平均行驶时间，d
p,s
表示理想状态下车辆在集合点p与安置点s之间的平均行驶时间，表示理想状态下车辆从安置点sg到集合点p的行驶时间，w表示每次撤离的等候时间，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，ly表示车库y的最大撤离次数，车库y中的车辆i的j次总撤离时间at
y,i,j
表达公式：
[0015]
其中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，k表示第k次撤离，对j次撤离的时间求和，t
y,i,k
表示车库y中的车辆i第k次撤离需要的时间，ly表示车库y的最大撤离次数，
[0016]
针对已知始点、终点的路径规划问题，以撤离时间和人员辐射照射剂量为优化目标，求解最优的车辆撤离路径，建立路径优化模型。车库y中的车辆i第j次撤离的疏散时间表达式：
[0017][0018]
式中，i表示车辆编号，j表示第j次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，n表示可行路径的集合，n、m、f表示可行路径n中的路径编号，s表示安置点集合，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号，t
y,p,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，t
y,p,s,i,m
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径m的行驶时间，w表示每次撤离的等候时间，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，表示真实情况下车库y的车辆i从安置点sg到集合点p的可行路径f的行驶时间，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间，ly表示车库y的最大撤离次数，
[0019]
对j次撤离的行驶时间求和得到车辆i的总撤离时间t
y,i
表达式：
[0020]
其中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，k表示第k次撤离，t
y,i,k
表示车库y中的车辆i第k次撤离需要的时间，ly表示车库y的最大撤离次数，
[0021]
车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量c
y,i,j
表达式：
[0022][0023]
其中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s、sg表示安置点编号，cy,
i,j
为车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量，每一次撤离代表一批待撤离人员成功撤离，则此批撤离人员的辐射照射剂量均相同，即为c
y,i,j
。cy为车库y处的人员辐射照射剂量，c
p
为集合点p处的人员辐射照射剂量，cs为安置点s处的人员辐射照射剂量，为安置点sg处的人员辐射照射剂量，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，ly表示当车库y的最大撤离次数；
[0024]
第四步骤，车辆调配是组合最优化问题，通常都可表述为整数规划问题，即在有限个可供选择的方案中，寻找满足一定约束的最好方案。整数规划是指规划中的变量(全部或部分)限制为整数，若在线性模型中，变量限制为整数，则称为整数线性规划。变量包括车辆数量、以及最大撤离次数，通过整数线性规划对车辆调配方案模型求解得到多个解集，设置总撤离时间上下限值阈值对多样性解集进行筛选，得到最优解集。获得车库、集合点、安置点的对应关系，即车辆分配方案。
[0025]
第五步骤，求解最优疏散路线，选取车辆总撤离时间和人员辐射照射剂量作为核电厂应急疏散时路径规划的目标函数，求解每一次撤离的最优时间与最小人员辐射照射剂量，通过求取多次撤离的最优时间得到总的撤离时间。结合车辆总撤离时间和人员辐射照射剂量两个优化目标函数，基于第四步骤求解结果，在已知起点、终点的条件下，通过非支配快速遗传算法求解每一辆车的疏散行程(车库、道路、集合点、道路、安置点)，得到帕累托前沿的多样性解集，并设置人员辐射照射剂量上限值阈值对多样性解集进行筛选，采用topsis决策法对筛选出的pareto前沿最优解集进行评估，得到最优疏散路线。
[0026]
所述的一种核电厂场外应急疏散路径规划方法中，将多次往返的路径规划问题分解为两个阶段：首先，以撤离时间为优化目标计算车辆多次往返的起点(车场)、中间点(集合点)、终点(安置点)，确定车辆调配方案；最后，通过非支配快速遗传算法，基于已知节点求解pareto解集，继而计算pareto前沿上所有解到理想点的距离d
+
，以及到非理想点的距离d-，通过其接近度[d-/(d-+d
+
)]标准，得到接近度最大的pareto前沿最优解。
[0027]
所述的一种核电厂场外应急疏散路径规划方法中，方案裕度参数f为f＝k
·
e，其中，k是大小为1
×
5的可能性矩阵，表示可选路径的可通行性，e是大小为5
×
1的单位矩阵。
[0028]
在上述技术方案中，本发明提供的一种核电厂场外应急疏散路径规划方法，具有以下有益效果：结合改进高斯烟团模型，给出随时间窗动态变化的人员辐射照射剂量计算方法，比静态剂量场中路径规划方法的可靠性更高；通过分阶段优化，针对核应急撤离的全局路线规划问题，以撤离时间为目标函数优化车辆调配方案模型，以撤离时间和辐射剂量为目标函数优化车辆路径模型，降低大规模全局路径规划的复杂度，减少方案遍历次数；通过遗传算法输出多个撤离路线，以便核应急决策人员根据实际情况做出决策，提高决策效率。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1为本发明中核电厂场外应急疏散路径规划方法的流程示意图。
[0031]
图2为本发明中核电厂场外应急疏散路径规划方法的路网简化示意图。
[0032]
图3为本发明中核电厂场外应急疏散路径规划方法的疏散区域划分示意图。
[0033]
图4为本发明中核电厂场外应急疏散路径规划方法的辐射剂量场扩散模型示意图。
[0034]
图5(a)至图5(d)为本发明中核电厂场外应急疏散路径规划方法的遗传过程中pareto最优解集的变化趋势示意图，其中，图5(a)为第50代，图5(b)为第50代，图5(c)为第300代、图5(d)topsis最优方案决策。
[0035]
图6为本发明中核电厂场外应急疏散路径规划方法的经纬度示意图。
具体实施方式
[0036]
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0037]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0038]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0039]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0040]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0041]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体
含义。
[0042]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0043]
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。如图1-6所示，一种核电厂场外应急疏散路径规划方法包括，
[0044]
核电厂场外应急疏散路径规划方法，包括以下步骤：
[0045]
步骤一、确定辐射剂量场扩散模型：
[0046]
人员辐射剂量作为路径规划模型的优化目标，在撤离过程中呈现随时间变化的特征，需要先建立核辐射扩散计算模型，便于在路径规划模型中调用。
[0047]
对于固定点源瞬时泄漏事故，选取高斯烟团扩散模型来进行数学表示，依据风向建立坐标系，核素在大气中的扩散表达公式为：
[0048][0049]
其中，c(x0,y0,z0,t)表示某时间点t下空间点(x0,y0,z0)处的气体浓度，q为泄露点源强度，u为风速，分别为下风向、横风向和垂直风向的扩散参数；
[0050]
步骤二、确定实时交通的路阻函数模型：
[0051]
在以时间为优化目标的路径规划模型中，理想情况下的用时最短路径等同于距离最短路径。在道路通行能力限制、突发事件影响等非理想情况下，针对距离最短路径并不一定等同于用时最短路径的问题，建立路阻函数模型，对路径用时进行修正，使其更符合实际。
[0052]
美国公路局使用的路阻函数为：
[0053][0054]
式中，t表示真实情况下车辆在可行路径上的行驶时间，tf表示理想情况下车辆在可行路径上的行驶时间，qn表示单位时间内选择路段n的车辆数量，cn表示单位时间内路段n上的最大车辆通行数量，n表示路段编号，α和β为阻滞系数，均为待标定参数。
[0055]
在本场景中，该公式在车辆可变数量范围内导致的时间波动较小，无法明显表现出道路拥挤程度对车辆行驶时间的影响。同时，考虑到实际交通情况中的突发事件会影响道路通行时间，故引入节点方案裕度参数f对函数进行修正。
[0056]
f＝k
·e[0057]
式中，k是大小为1
×
5的可能性矩阵，表示可选路径的可通行性，e是大小为5
×
1的单位矩阵。对函数进行修正以适应实际情况：
[0058][0059]
式中，式中，t表示真实情况下车辆在可行路径上的行驶时间，tf表示理想情况下
车辆在可行路径上的行驶时间，qn表示单位时间内选择路段n的车辆数量，cn表示单位时间内路段n上的最大车辆通行数量，n表示路段编号，α和β为阻滞系数，σ、ρ分别为引入的道路车辆拥挤度权重参数、道路可通性权重参数，通过数据标定对参数σ、ρ、α和β进行确定，取值为σ＝25，ρ＝0.15，α＝1.5，β＝4.0。
[0060]
步骤三、推导目标函数：
[0061]
以撤离时间为优化目标的车辆调配方案制定：
[0062]
在计算撤离总时间时应考虑不同路段的行驶时间和等待时间，等待时间包括人员上车时间、下车时间以及发车间隔时间。
[0063]
车库y中的车辆i第j次撤离需要的时间t
y,i,j
表达式为：
[0064][0065]
式中，i表示车辆编号，j表示第j次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s表示安置点集合，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号。d
y,p
表示理想状态下车辆在车库y与集合点p之间的平均行驶时间，d
p,s
表示理想状态下车辆在集合点p与安置点s之间的平均行驶时间，表示理想状态下车辆从安置点sg到集合点p的行驶时间，w表示每次撤离的等候时间。s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0。ly表示车库y的最大撤离次数。
[0066]
则车库y中的车辆i的j次总撤离时间at
y,i,j
表达公式：
[0067][0068]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，k表示第k次撤离，对j次撤离的时间求和，t
y,i,k
表示车库y中的车辆i第k次撤离需要的时间，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0069]
求解最优的车辆撤离路径：
[0070]
撤离时间表达式推导
[0071]
上一内容求解出车辆调配方案，即得到每一辆车的应急疏散顺序，将问题转化为多个已知出发点(车库)、中间节点(集合点)和终点(安置点)的中间道路规划问题。针对已知始点、终点的路径规划问题，以撤离时间和人员辐射照射剂量为优化目标，求解最优的车辆撤离路径。
[0072]
车库y中的车辆i第j次撤离的疏散时间表达式：
[0073][0074]
式中，i表示车辆编号，j表示第j次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，n表示可行路径的集合，n、m、f表示可行路径n中的路径编号，s表示安置点集合，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号。t
y,p,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，t
y,p,s,i,m
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径m的行驶时间，w表示每次撤离的等候时间。s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并
且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0。表示真实情况下车库y的车辆i从安置点sg到集合点p的可行路径f的行驶时间，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间。ly表示车库y的最大撤离次数。
[0075]
对j次撤离的行驶时间求和得到车辆i的总撤离时间t
y,i
表达式：
[0076][0077]
其中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，k表示第k次撤离，t
y,i,k
表示车库y中的车辆i第k次撤离需要的时间，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0078]
人员辐射照射剂量表达式推导
[0079]
为了便于计算，将平面扩散区域进一步简化，以核电厂为坐标系原点，取10km
×
10km范围为有效扩散区域，为了简化计算，路段之间的辐射剂量取为始点辐射剂量和终点辐射剂量的平均值与路段行驶时间的乘积。
[0080]
车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量c
y,i,j
表达式：
[0081][0082]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s、sg表示安置点编号，c
y,i,j
为车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量，每一次撤离代表一批待撤离人员成功撤离，则此批撤离人员的辐射照射剂量均相同，即为c
y,i,j
。cy为车库y处的人员辐射照射剂量，c
p
为集合点p处的人员辐射照射剂量，cs为安置点s处的人员辐射照射剂量，为安置点sg处的人员辐射照射剂量，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，ly表示当车库y的最大撤离次数。
[0083]
步骤四、最优公共应急车辆调配方案求解：
[0084]
结合核电厂场外的道路网络参数以及人员、车辆信息，通过整数线性规划对车辆调配方案模型求解得到多个解集，设置总撤离时间上下限值阈值对多样性解集进行筛选，得到最优解集。
[0085]
步骤五、最优疏散路线求解：
[0086]
选取车辆总撤离时间和人员辐射照射剂量作为核电厂应急疏散时路径规划的目标函数，按上述步骤求解每一次撤离的最优时间与最小辐射照射剂量，进而通过求取多次撤离的最优时间、最小辐射剂量总和得到总的撤离时间和人员辐射照射剂量。设置人员辐射照射剂量上限值阈值，进一步对多样性解集进行筛选。
[0087]
应急疏散涉及公共应急车辆的往返行程，是由多个行程连接构成的复杂网络系统，首先利用整数规划求得车库
→
集合点
→
安置点的对应关系。
[0088]
接下来加入中间道路，结合车辆总撤离时间和人员辐射照射剂量两个优化目标函数，采用保留精英的非支配排序遗传算法，设置初始化种群个数为100，初始化方式是对长度为108的二进制代码随机赋值0或1。通过非支配快速遗传算法求解每一辆车的疏散行程：车库
→
道路
→
集合点
→
道路
→
安置点。
[0089]
最后采用topsis决策法选择pareto前沿最优解。由于目标函数中总撤离时间和人
员辐射照射剂量量纲不同，所以利用欧式距离对其进行量纲统一化。通过计算得到的pareto前沿上所有解到理想点的距离(d
+
)，以及到非理想点的距离(d-)，通过其接近度[d-/(d-+d
+
)]标准，得到接近度最大的方案解，即综合考虑总撤离时间和人员辐射照射剂量两个优化目标的最优解。
[0090]
对最优解进行解码，得到具体疏散方案，将其与无智能算法时的撤离效率和安全性进行对比发现：采用智能算法后，总的撤离时间明显减少，人员辐射照射剂量可视化，将人员辐射照射剂量控制在安全范围内，提高决策效率和可靠性。
[0091]
在一个实施例中，步骤一、情景假设：
[0092]
核事故应急疏散方案需要考虑的环境因素复杂，真实情境中人员和车辆的实时位置难以获取、天气对剂量扩散的影响多变、人员情绪、社会舆论、交通情况等都会影响撤离的效率。故在制定方案时，假设所有的撤离行动都是有组织地进行：
[0093]
集合点、安置点和车库的位置已知；
[0094]
不考虑人员的准备时间，假设人员已经在集合点等待撤离；
[0095]
考虑应急车辆从车库到集合点的准备时间，从集合点到安置点的撤离时间；
[0096]
应急车辆都从固定的3个车库出发；
[0097]
同一应急车辆在相同集合点和安置点之间往返；
[0098]
车辆行驶速度为路段所允许的最大速度；
[0099]
不考虑应急车辆在交叉路口的等待时间；
[0100]
各集合点处的人员数量是已知的；
[0101]
同一辆车上的人员辐射剂量相同；
[0102]
考虑不同时间段的辐射剂量场对撤离路径的影响；
[0103]
场外应急指令发出后经过一定时间才开始进行公共车辆应急疏散。
[0104]
步骤二、简化道路网络：
[0105]
针对公共应急车辆调配问题，以撤离时间为优化目标，不涉及真实路径选择，故可以忽略车库
→
集合点
→
安置点之间的道路节点，将路网简化为如附图2所示。
[0106]
步骤三、确定辐射剂量场扩散模型：
[0107]
对于固定点源连续泄漏事故，选取高斯烟团扩散模型来进行数学表示，其表达公式为：
[0108][0109]
其中，c(x0,y0,z0,t)表示某时间点t下空间点(x0,y0,z0)处的气体浓度，q为泄露点源强度，u为风速，分别为下风向、横风向和垂直风向的扩散参数；z0表示离地面高度，单位米，为了便于计算，取z0＝2m，得到对应高度的核素气体浓度：
[0110][0111]
在真实核辐射扩散过程中，核素衰变是影响辐射衰减的重要因素，对上述高斯模型进行修正：
[0112]
[0113]
式中，exp(-0.00358t)是核辐射浓度衰减速率。c(x0,y0,2,t)表示某时间点t下的空间点(x0,y0,2)处的气体浓度，q为泄露点源强度，u为风速，分别为下风向、横风向和垂直风向的扩散参数，取值为经验公式：和垂直风向的扩散参数，取值为经验公式：为与泄露点源的距离。
[0114]
为了保证高斯模型的横轴x与下风向保持一致，需要进行坐标转换。假设风向在气体扩散过程中保持不变，核泄漏点源在ioj坐标系下的坐标为o0=(i0,j0)，以该点为原点建立笛卡尔坐标系xo0y，风向为x轴正方向。设风向与i轴正方向夹角为θ，则在离地面2m高的平面扩散区域内任意一点a(x1,y1)的辐射气体浓度在基准坐标系ioj的表达式为：
[0115][0116]
式中，exp(-0.00358t)是核辐射浓度衰减速率。c(i1,j1,2,t)表示在ioj坐标系下某时间点t空间点(i1,j1,2)处的气体浓度，(i0,j0)是泄漏源点在ioj坐标系下的坐标，q为泄露点源强度，u为风速，分别为下风向、横风向和垂直风向的扩散参数，θ为风向与i轴正方向夹角。
[0117]
步骤四、推导目标函数：
[0118]
车辆调配方案优化以撤离时间为优化目标：
[0119]
撤离时间表达式推导
[0120]
首先初始化不同路段的行驶时间和等待时间。从车库到集合点的车辆行驶时间表达式为：
[0121][0122]
式中，y表示车库编号，p表示集合点的编号，y表示车库集合，p表示集合点的集合，l
y,p
表示车库y与集合点p的距离，v
ave
表示车辆平均行驶速度，d
y,p
表示理想状态下车辆在车库y与集合点p之间的平均行驶时间。
[0123]
从集合点到安置点的车辆行驶时间表达式为：
[0124][0125]
式中，p表示集合点的编号，s表示安置点的编号，p表示所有集合点的集合，s表示所有安置点的集合，l
p,s
表示集合点p与安置点s的距离，v
ave
表示车辆平均行驶速度，d
p,s
表示理想状态下车辆在集合点p与安置点s之间的平均行驶时间。
[0126]
车辆从车库出发要求间隔一定时间：
[0127]
l
y,i
＝δ
×
i+ε
×
ρ
y,i,1
，i=1,2,3,...,20
[0128]
式中，δ表示发车间隔，i表示车辆编号，y表示车库编号，ε表示事故后间隔发车时间，ρ
y,i,1
表示车辆i第1次撤离从车库y出发时其值为1，否则为0，l
y,i
表示车库y中编号为i的车辆从事故发生到出发所用的时间。
[0129]
规定车辆等候时间表达式：
[0130]
w＝l
y,i
+h
p
+us[0131]
式中，i表示车辆编号，y表示车库编号，p表示集合点的编号，s表示安置点的编号，l
y,i
表示车库y中编号为i的车辆从事故发生到出发所用的时间，h
p
表示在集合点处的人员
装载时间，us表示安置点处的人员卸载时间，w表示每次撤离的等候时间。
[0132]
则车库y中的车辆i第j次撤离需要的时间表达式为：
[0133][0134]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s、sg表示安置点编号，s表示所有安置点的集合。d
y,p
表示理想状态下车辆在车库y与集合点p之间的平均行驶时间，d
p,s
表示理想状态下车辆在集合点p与安置点s之间的平均行驶时间，表示理想状态下车辆从安置点sg到集合点p的行驶时间，w表示每次撤离的等候时间。s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0135]
则车库y中的车辆i总撤离时间at
y,i,j
表达公式：
[0136][0137]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，k表示第k次撤离，对j次撤离的时间求和，t
y,i,k
表示车库y中的车辆i第k次撤离需要的时间，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0138]
综上所述，可以得到撤离时间的优化公式，整理为极小化形式：
[0139][0140]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，k表示第k次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s、sg表示安置点编号，s表示所有安置点的集合。at
y,i,j
表示车库y中车辆i的j次撤离总时间，d
y,p
表示理想状态下车辆在车库y与集合点p之间的平均行驶时间，d
p,s
表示理想状态下车辆在集合点p与安置点s之间的平均行驶时间，表示理想状态下车辆从安置点sg到集合点p的行驶时间，l
y,i
表示车库y中编号为i的车辆从事故发生到出发所用的时间，h
p
表示在集合点处的人员装载时间，us表示安置点处的人员卸载时间，s
y,i,k,p
表示当车库y的车辆i第k次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第k-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第k次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0141]
约束条件设置
[0142]
求解minat
y,i,j
，首先约束每辆应急车辆的最大撤离次数：
[0143][0144]
式中，i表示车辆编号，y表示车库编号，p表示集合点的编号，v表示车辆行驶速度，p表示所有集合点的集合，y表示所有车库的集合，d
p
表示集合点p处的待撤离人数，根据图3将疏散区域划分为三个区，计算使用一个车库y所有车辆将某个区域所有人员撤离所需要的撤离次数，并将该次数作为车库y所有车辆的最大撤离次数。ky表示车库y处的车辆总数，cv表示公共应急车辆的最大容纳人数，ly表示车库y的车辆的最大撤离次数。
[0145]
为了使参数s
y,
i,j
,p
和保持一致性：
[0146][0147]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，sg表示安置点编号，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，s
y,i,j-1,p
表示当车库y的车辆i第j-1次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，s
y,i,j-1,g
表示当车库y的车辆i第j-1次撤离经过集合点g时其值为1，否则为0。p表示所有集合点的集合，y表示所有车库的集合，s表示所有安置点的集合，ky表示车库y处的车辆总数，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0148]
为了保证公共应急车辆撤离方案能将所有待撤离人员安全撤离：
[0149][0150]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，p表示集合点的编号，d
y,i,j
表示车库y的车辆i第j次撤离的撤离人数，p表示所有集合点的集合，y表示所有车库的集合，ky表示车库y处的车辆总数，ly表示车库y的最大撤离次数，d
p
表示集合点p处的待撤离人数。
[0151]
在集合点p处的待撤离人员应该被全部撤离：
[0152][0153]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，p表示集合点的编号，p表示所有集合点的集合，y表示所有车库的集合，ky表示车库y处的车辆总数，ly表示车库y的最大撤离次数，d
p
表示集合点p处的待撤离人数，d
y,i,j
表示车库y的车辆i第j次撤离的撤离人数，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0。
[0154]
假设每辆公共应急车辆的容纳人数相同：
[0155][0156]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，v表示车辆行驶速度，y表示所有车库的集合，ky表示车库y处的车辆总数，ly表示车库y的最大撤离次数，d
y,i,j
表示车库y的车辆i第j次撤离的撤离人数，cv表示车辆的最大容纳人数。
[0157]
为防止车辆撤离时空载，待撤离集合点p处的剩余人数应该大于等于0：
[0158][0159]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，p表示所有集合点的集合，y表示所有车库的集合，ky表示车库y处的车辆总数，ly表示车库y的最大撤离次数，d
p
表示集合点p处的待撤离人数，d
y,i,j-1
表示车库y的车辆i第j-1次撤离的撤离人数，s
y,i,j-1,p
表示当车库y的车辆i第j-1次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0。
[0160]
应急疏散时，所有车辆都应该被用到：
[0161][0162]
式中，i表示车辆编号，y表示车库编号，x
y,i,1
表示车库y的车辆i第1次撤离从车库y出发，ky表示车库y处的车辆总数，y表示所有车库的集合。
[0163]
安置点的容量有限，应该设置约束条件：
[0164][0165]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，y表示车库编号，v
y,i,j,s
表示车库y的车辆i第j次撤离到达安置点s，bs表示安置点s的最大容纳人数，y表示所有车库的集合，s表示所有安置点的集合，ky表示车库y处的车辆总数，ly表示车库y的最大撤离次数。
[0166]
步骤五、最优公共应急车辆调配方案求解：
[0167]
首先，车库有3处，集合点有14处，安置点有3处，三者之间的关联关系有126种，车库中分别有20、20、21辆车，故车辆的第一次撤离方案有2562种。为了降低遍历次数、减少计算时间，根据核电厂周围车库、安置点和集合点的分布，如附图2所示，将三者关系做初步关联。确定初始调配方案后只需要遍历442种车辆调配方案，计算出不同车辆撤离方案对应的时间目标函数值，选取时间最短的一个方案，如表2所示。具体车辆撤离方案示意形式如附表3所示，其他参数如附表1所示。
[0168]
附表1车库与安置点信息表：
[0169][0170]
附表3车辆调配方案表：
[0171][0172]
表1初始调配方案
[0173]
[0174][0175]
表2最优的三个车辆撤离方案
[0176][0177]
步骤六、真实应急疏散道路网络模型：
[0178]
以车库、集合点、安置点和道路等基础数据为数据源，将节点之间以线段连接，建立基准坐标系ioj中的道路网络，如附图3所示。将车库
→
集合点、集合点
→
安置点之间的所有道路编号，并计算出所有道路的长度。
[0179]
步骤七、推导目标函数：
[0180]
针对已知始点、终点的路径规划问题，以撤离时间和人员辐射照射剂量为优化目标，求解最优的车辆撤离路径。
[0181]
撤离时间表达式推导
[0182]
真实路网中可行路径的理想行驶时间表达式：
[0183][0184][0185]
式中，y表示车库编号，p表示集合点的编号，n表示可行路径n中的路径编号，s表示安置点集合s中的安置点编号，n表示可行路径集合，y表示所有车库的集合，p表示所有集合点的集合，s表示所有安置点的集合，e
y,p,n
表示车辆从车库y到集合点p的可行路径n的长度，e
p,s,n
表示车辆从集合点p到安置点s的可行路径n的长度，v
ave
表示车辆平均行驶速度，表示理想状态下车辆从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，表示理想状态下车辆从集合点p到安置点s的可行路径n的行驶时间。
[0186]
选择同一路径的车辆过多时会降低道路通行能力、增加通行时间，故通过路阻函数得到更贴合实际的行驶时间表达式：
[0187]
[0188][0189]
式中，i表示车辆编号，j表示第j次撤离，y表示车库编号，p表示集合点的编号，n表示可行路径n中的路径编号，s表示安置点集合s中的安置点编号，n表示可行路径集合，y表示所有车库的集合，p表示所有集合点的集合，s表示所有安置点的集合，ky表示车库y处的车辆总数，cn表示路段n上的最大车辆通行数量，α和β为阻滞系数，f为节点方案裕度参数，σ、ρ分别为道路车辆拥挤度权重参数、道路可通性权重参数，a
y,i,p,n
表示车库y的车辆i从车库y到集合点p选择可行路径n时值取1，否则为0，b
y,p,i,s,n
表示车库y的车辆i从集合点p到安置点s选择可行路径n时值取1，否则为0。表示理想状态下车辆从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，表示理想状态下车辆从集合点p到安置点s的可行路径n的行驶时间。t
y,p,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，t
y,p,s,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径n的行驶时间。
[0190]
车库y中的车辆i第j次撤离的疏散时间表达式：
[0191][0192]
式中，i表示车辆编号，j表示第j次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，n、m、f表示可行路径n中的路径编号，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号，w表示每次撤离的等候时间，n表示可行路径集合，s表示所有安置点的集合，ly表示当车库y的最大撤离次数，t
y,p,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，t
y,p,s,i,m
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径m的行驶时间，s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，表示真实情况下车库y的车辆i从安置点sg到集合点p的可行路径f的行驶时间，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间。
[0193]
对j次撤离的行驶时间求和得到车辆i的总撤离时间：
[0194][0195]
综上所述，可以得到撤离时间的优化公式：
[0196][0197]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，k表示第k次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，m、f表示可行路径n中的路径编号，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号，n表示可行路径集合，s表示所有安置点的集合，ly表示当车库y的最大撤离次数，表示真实情况下车库y的车辆i从安置点sg到集合点p的可行路径f的行驶时间，t
y,p,s,i,m
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径m的行驶时间，s
y,i,k,p
表示当车库y的车辆i第k次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第k-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第k次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0，l
y,i
表示车库y中编号为i的车辆从事故发生到出发所用的时间，h
p
表示在集合点处的人员装载时间，us表示安置点处的人员卸载时间，t
y,i
车库y车辆i的总撤离时间。
[0198]
人员辐射照射剂量表达式推导
[0199]
根据辐射剂量场扩散模型，假设高斯烟团的坐标系xo0y与基准坐标系ioj的原点重合，如附图4所示，则扩散模型应为：
[0200][0201]
式中，exp(-0.00358t)是核辐射浓度衰减速率。c(i1,j1,2,l,t)表示在ioj坐标系下某时间点t空间点(i1,j1,2)处的气体浓度，为与泄露点源的距离，q为泄露点源强度，u为风速，θ为风向与i轴正方向夹角。
[0202]
为了便于计算，将平面扩散区域进一步简化，以泄露点为中心，取10km
×
10km范围为有效扩散区域，路段之间的辐射剂量取为两点剂量的平均值与路段行驶时间的乘积。
[0203]
车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量表达式：
[0204][0205]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，k表示第k次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号，r为基准坐标系的横轴，e为基准坐标系的纵轴，ry、r
p
、rs、分别为车库y、集合点p、安置点s、安置点sg在基准坐标系下的横坐标，ey、e
p
、es、分别为车库y、集合点p、安置点s、安置点sg在基准坐标系下的纵坐标，xy、x
p
、xs、分别为车库y、集合点p、安置点s、安置点sg在基准坐标系离泄露点的直线距离。ly表示当车库y的最大撤离次数。δ表示发车间隔，t
y,p,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间，t
y,i,k
表示真实情况下车库y的车辆i第k次撤离的行驶时间，t
y,p,s,i,m
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径m的行驶时间，表示真实情况下车库y的车辆i从安置点sg到集合点p的可行路径f的行驶时间。s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0。c(ry,ey,2,xy,δ)为车库y中的车辆i第1次撤离从车库y出发时的辐射照射剂量，c(r
p
,e
p
,2,x
p
,t
y,p,i,n
)为车库y中的车辆i第1次撤离时在集合点p的辐射照射剂量，c(rs,es,2,xs,t
y,i,j
)为车库y中的车辆i第1次撤离时在安置点s的辐射照射剂量，为车库y中的车辆i第j-1次撤离时在安置点sg的辐射照射剂量，为车库y中的车辆i第j-1次撤离在集合点p的照射剂量，为车库y中的车辆i第j次撤离时在安置点s的辐射照射剂量。c
y,i,j
为车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量。每一次撤离代表一批待撤离人员成功撤离，则此批撤离人员的辐射照射剂量均相同，即为c
y,i,j
。
[0206]
综上所述，可得到待优化的路径规划模型，并将其统一为极小化形式：
[0207][0208]
式中，i表示车辆编号，j表示撤离次数，k表示第k次撤离，y表示车库编号，g、p表示集合点的编号，n、m、f表示可行路径n中的路径编号，s、sg表示安置点集合s中的安置点编号，r为基准坐标系的横轴，e为基准坐标系的纵轴，ry、r
p
、rs、分别为车库y、集合点p、安置点s、安置点sg在基准坐标系下的横坐标，ey、e
p
、es、分别为车库y、集合点p、安置点s、安置点sg在基准坐标系下的纵坐标，xy、x
p
、xs、分别为车库y、集合点p、安置点s、安置点sg在基准坐标系离泄露点的直线距离。n表示可行路径集合，s表示所有安置点的集合，ly表示当车库y的最大撤离次数，δ表示发车间隔，l
y,i
表示车库y中编号为i的车辆从事故发生到出发所用的时间，h
p
表示在集合点处的人员装载时间，us表示安置点处的人员卸载时间。t
y,p,i,n
表示真实情况下车库y的车辆i从车库y到集合点p的可行路径n的行驶时间，t
y,i,j
表示真实情况下车库y的车辆i第j次撤离的行驶时间，t
y,i,k
表示真实情况下车库y的车辆i第k次撤离的行驶时间，t
y,p,s,i,m
表示真实情况下车库y的车辆i从集合点p到安置点s的可行路径m的行驶时间，表示真实情况下车库y的车辆i从安置点sg到集合点p的可行路径f的行驶时间。s
y,i,j,p
表示当车库y的车辆i第j次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第j-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第j次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0,s
y,i,k,p
表示当车库y的车辆i第k次撤离经过集合点p时其值为1，否则为0，表示车库y的车辆i第k-1次撤离从集合点g到安置点sg，并且第k次撤离从安置点sg到集合点p时其值为1，否则为0。c(ry,ey,2,xy,δ)为车库y中的车辆i第1次撤离从车库y出发时的辐射照射剂量，c(r
p
,e
p
,2,x
p
,t
y,p,i,n
)为车库y中的车辆i第1次撤离时在集合点p的辐射照射剂量，c(rs,es,2,xs,t
y,i,j
)为车库y中的车辆i第1次撤离时在安置点s的辐射照射剂量，为车库y中的车辆i第j-1次撤离时在安置点sg的辐射照射剂量，为车库y中的车辆i第j-1次撤离在集合点p的照射剂量，为车库y中的车辆i第j次撤离时在安置点s的辐射照射剂量。c
y,i,j
为车库y中的车辆i第j次撤离的辐射照射剂量，t
y,i
车库y车辆i的总撤离时间。
[0209]
约束条件同步骤六。
[0210]
步骤八、最优疏散路线求解：
[0211]
参数设置
[0212]
根据核素泄漏的特点，给定高斯烟团模型的参数如附表2所示，核电厂场外道路网络参数如附表1所示。
[0213]
附表2剂量场参数信息表：
[0214]
[0215][0216]
nsga-ii双目标优化
[0217]
结合总撤离时间与人员辐射照射剂量两个目标函数进行决策，道路网络中一次撤离最多共计7个决策节点，包括2个固定决策点，表示车库和车辆编号，以及5个随机决策点，各个随机节点又分别有3、5、7、5、3个决策时机。采用二进制编码时需要包含路径所有信息，因此编码总长为108，决策库总数为2
108
。采用保留精英的非支配排序遗传算法，设置初始化种群个数为100，初始化方式是对长度为108的二进制代码随机赋值0或1，此时每个个体包含所有方案的路径信息，优劣判断依据是撤离时间与辐射照射剂量在投影面上的支配关系。遗传过程中pareto最优解集的变化趋势如附图5(a)至图5(d)。
[0218]
topsis决策法选择pareto前沿最优解
[0219]
由于目标函数总撤离时间和人员辐射照射剂量量纲不同，需采用欧式距离对其进行量纲化一。
[0220]
接下来通过计算得到的pareto前沿上所有解到理想点的距离(d
+
)，以及到非理想点的距离(d-)，通过其接近度[d-/(d-+d
+
)]标准，得到接近度最大的方案解，即综合考虑总撤离时间和人员辐射照射剂量两个优化目标的最优解。
[0221]
方法以克服在核辐射剂量场动态变化和多批次撤离需求条件下，人员疏散的安全和时间问题。方法包括：结合改进高斯烟团模型，给出随时间窗动态变化的人员辐射照射剂量计算方法，比静态剂量场中路径规划方法的可靠性更高；通过分阶段优化，针对核应急撤离的全局路线规划问题，以撤离时间为目标函数优化车辆调配方案模型，以撤离时间和辐射剂量为目标函数优化车辆路径模型，降低大规模全局路径规划的复杂度，减少方案遍历次数；通过遗传算法输出多个撤离路线，以便核应急决策人员根据实际情况做出决策，提高决策效率。
[0222]
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0223]
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。