地震条件下城市货运枢纽规划问题研究 72页

国内图书分类号：U492.1学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学硕士学位论文地震条件下城市货运枢纽规划问题研究硕士研究生：叶蕾导师：安实教授申请学位：工学硕士学科：交通运输规划与管理所在单位：交通科学与工程学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学 ClassifiedIndex:U492.1U.D.C:629DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringRESEARCHONFEIGHTHUBPLANNINGUNDEREARTHQUAKECandidate:YeLeiSupervisor:Prof.AnShiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:TransportationPlanningandManagementAffiliation:SchoolofTransportationScienceandEngineeringDateofDefense:June,2009Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要破坏性地震的发生，给城市货运枢纽带来了极大的压力。货运枢纽规模布局能否符合灾后救援物资调度运输要求，决定了灾后紧急救援工作能否顺利完成。因此在城市发展建设中，以规划年限内城市可能发生的最大等级震害为背景，考虑地震影响下货运网络与货运需求的城市货运枢纽规划是一项与城市总体规划同步，甚至要超前进行的重要工作。货运网络上的在途可靠运输时间和救援物资需求量是地震条件下货运枢纽规划中的两个重要影响因素。本文在对货运网络抗震连通可靠度和路段修正运行速度分析基础上，对地震条件下救援物资在途可靠运输时间进行分析。本文以满足灾区人员的基本生存需求为依据，对地震条件下依赖货运枢纽的救援物资需求估算方法进行研究。在震害下人员伤亡量和避难生成量预测基础上，建立救援物资需求概念模型，并量化救援物资需求。以救援物资储备量和需求量为依据，建立了依赖货运枢纽的救援物资调度模型，从而确定地震条件下依赖货运枢纽的救援物资流向与流量。在此基础上分别提出地震条件下的容量限制和非容量限制货运枢纽选址模型。地震条件下容量限制货运枢纽选址模型以各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小为目标函数。目标函数包含：在途可靠运输时间费用、枢纽内拥挤等待时间费用和超时惩罚费用。对比Aykin算法，本文运用的引入平衡分配的模拟退火启发式算法，降低了延时费用和总时间费用。地震条件下非容量限制货运枢纽选址模型同样以各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小为目标函数，不同之处为枢纽个数是变量，枢纽建设费用代替枢纽内等待时间费用包含在目标方程中。对比枚举算法可知，基于模拟退火的启发式算法可得到最优解。最后以长春为例，分别进行了地震条件下救援物资需求与调运分析、容量限制和非容量限制货运枢纽选址分析，验证了本规划方法的可行性。关键词地震；货运枢纽；选址模型；模拟退火算法-I- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThedestructiveearthquakebringstrmendouspressuretotheubranfreighthubs.Thescaleandlocationofthesehubsdeterminetheeffectofthemergencyrescueoperation.Therefore,TakespotentialmaximummagnitudeSEISMICinplanningyearforbackground,tomeetthespecialtrafficdemandunderearthquakeconditionisconsideredtobeanimportantthingwhileplanningurbanconstructionactivities.Thereliabletransportationtimeinfreighttransportnetworkanddemendofrescuematerialsaretwoimportantfactorsofhublocationunderearthquake.Basedontheanalysisofthepathconnectivityreliabilityandcorrectionspeedunderearthquake,discussthereliabletransportationtime.Takingthevictims’basiclivingrequirementsforbasis,researchthemethodaboutestimatingthereliefdemanddependingonfreighthubs.Then,onthebasisofpredictingthepopulationreductionandrefugegenerationunderearthquake,designedtheconceptualmodelofreliefdemand,quantifythereliefdemand.Takingthereserveanddemendofrescuematerialsforbasis,establishthemodelofemergencylogisticsplanning,determinethevolumeanddirectionoftherescuematerialflow.Then,toensurethetransportionsupplygoeswellunderearthquakes,thispaperpresentsuncapacitatedhublocationmodelandcapacitatedhublocationmodelunderearthquake.ThecapacitatedhubhasbeenconsideredasanM/M/Nqueuingsystem,so,takesthecostofwaitingtimeduetocongestionbesidesthereliabletransportationtimecostandovertimesurchargeinobjectivefunction.Makesuretheminimumofthetotalsuppliesreliabletransittimeundertheservicetimeconstraintsofsuppliesastheobjectivefunction.Developaheuristicalgorithmtosolvetheproblem.ComparewithAykin’salgorithm,theproposedalgorithmdecreasesthetotaldeliverytime.Theuncapacitatedhublocationmodelalsomaketheminimumoftotalsuppliesreliabletransittimeundertheservicetimeconstraintsofsuppliesastheobjectivefunction,whilethenumberofhubsisadecisionvariableandafixedcostfactorofestablishingahubwhichreplacedthewaitingtimecosthasbeenincludedintheobjectivefunction.Also,anheuristicalgorithmtoresolvethemodel.Comparedwithenumerativealgorithm,presentedalgorithmcanobtainoptimumsolution.Finally,takesChang-Chunasanexampletostudythedemandandschedulingofreliefsupplies,theuncapacitatedhublocationandthecapacitatedhublocation.Throughthecasestudy,validatethefeasibilityofthemethodpresentedinthispaper.Keywordsearthquake;freighthub;locationmodel;simulatedannealingalgorithmII 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要..........................................................................................................................IAbstract........................................................................................................................II第1章绪论................................................................................................................11.1研究目的和意义...............................................................................................11.2国内外研究现状及评价...................................................................................21.2.1国外研究现状............................................................................................21.2.2国内研究现状............................................................................................51.2.3国内外研究现状评价................................................................................61.3本文主要研究内容...........................................................................................71.4研究技术路线...................................................................................................8第2章地震条件下货运网络与货运需求分析........................................................92.1地震条件下路网连通可靠度分析...................................................................92.1.1路径抗震连通可靠度的影响因素............................................................92.1.2交通单元抗震连通可靠度分析................................................................92.2地震条件下在途可靠运输时间分析.............................................................122.2.1地震条件下路段修正运行速度..............................................................122.2.2地震条件下路段平均行驶时间..............................................................122.2.3地震条件下在途可靠运输时间定义......................................................132.3基于灾区人员的货运需求分析.....................................................................132.3.1震害人员伤亡量预测..............................................................................142.3.2基于土地变量的避难人员生成量预测..................................................152.3.3救援物资需求量化表达..........................................................................172.4本章小结.........................................................................................................20第3章地震条件下货运枢纽选址模型..................................................................213.1依赖货运枢纽的救援物资调运优化.............................................................213.1.1救援物资调运保障依据..........................................................................213.1.2救援物资调运优化模型..........................................................................223.2地震条件下容量限制货运枢纽选址模型.....................................................233.2.1模型假设..................................................................................................233.2.2模型建立..................................................................................................243.2.3模型求解..................................................................................................27-III- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.3地震条件下非容量限制货运枢纽选址模型.................................................313.3.1模型假设..................................................................................................323.3.2模型建立..................................................................................................323.3.3模型求解..................................................................................................333.4本章小结.........................................................................................................37第4章地震条件下货运枢纽规划案例分析..........................................................384.1案例分析背景.................................................................................................384.2基于灾区人员的救援物资货运需求及调运量分析.....................................384.2.1基于灾区人员的救援物资货运需求分析..............................................384.2.2救援物资调运量分析..............................................................................394.3备选枢纽设定.................................................................................................424.4地震条件下容量限制货运枢纽选址.............................................................424.4.1各枢纽内消耗时间确定..........................................................................424.4.2地震条件下容量限制货运枢纽选址结果..............................................434.5地震条件下非容量限制货运枢纽选址.........................................................46结论............................................................................................................................49参考文献....................................................................................................................51攻读学位期间发表的学术论文................................................................................56哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明............................................................57哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书............................................................57致谢............................................................................................................................58附录A...........................................................................................................................1附录B...........................................................................................................................2-IV- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1研究目的和意义货运枢纽是一种或多种运输方式的交叉与衔接之处，办理货物的中转、发送、到达所需的多种运输设施的综合体。枢纽是国家综合交通运输体系的重要组成部分，是协调运营、组织联合运输的结合部。货运枢纽规划主要是通过合理预测规划年货运量和系统优化枢纽位置，解决不断增加的货运量与城市交通设施建设用地制约之间的需求与供给矛盾。随着我国经济改革不断加深、城市间的经济联系逐步加强，货运需求越来越多，从而直接导致各城市交通枢纽的货运周转量增加，产生了越来越多的依赖货运枢纽的交通需求。另一方面，如破坏性地震等自然灾害的发生，也给城市货运枢纽带来了极大的压力。120余年的现代地震观测历史表明，全球发生6级以上地震次数的年平均值为130±30次，在地震活动水平最高年份中一般均伴有8级以上大地震1~2次。我国是世界上蒙受地震灾害最为严重的国家之一：1976河北唐山7.8级地震，死亡24.2万人，16.4万人受重伤，仅唐山市区终身残废的就达1700多人，毁坏公2产房屋1479万m，倒塌民房530万间，直接经济损失高达54亿元。2008年四川汶川8级地震，6.9万人遇难，3.7万人受伤，1.8万人失踪，倒塌房屋、严重损毁不能再居住和损毁房屋涉及近450万户，1000万余人无家可归，重灾区面积达10万平方公里，县级车站全部倒塌2个，结构性破坏车站48个，仅全省汽车场站经济损失就达7.4亿元，公路受损里程累计53295公里。地震的突发、难预测、强破坏等特性给人类带来极大威胁，人类如何与自然界和谐共存、持续发展，已经引发越来越多人的关注。为了维护经济建设的顺利进行，安定社会，对各种危及人民生命财产安全的灾害事件管理，越来越引起全世界的关注。在对灾害事件的管理中，产生了依赖城市货运枢纽的大量、集中、弱经济性的交通需求。例如，2008年汶川地震后，从5月14日首批救灾帐篷到达成都北站货场，到5月22日6时，成都北站抢卸救灾物资4182车。成都北站还抢卸了全国铁路运来的2万多箱药品、26万箱食品、248万箱饮料和76万床衣被。5月15日浙江省红十字会募集的价值近700万元的第二批爱心物资通过货运列车送往四川地震灾区。截至7月7日，通过货运枢纽向地震灾区调运的过渡安置房已安装439600套、正安装22100套、待安装48400套，生产地已发运18900套、待发运50400套。截至7月8日通过货运枢纽向灾区调运的救灾帐篷-1- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文共计157.97万顶、被子486.69万床、衣物1410.13万件、燃油180.5万吨、煤炭385.6万吨。可见，一方面地震给枢纽基础设施造成了极大损毁，另一方面震后全国各地紧急救援队伍和物资集中大量的进入受灾地区，均给城市的货运枢纽到来了极大的压力。货运枢纽规模能否满足地震以及其他灾害后，灾区对紧急救援物资和救援队伍的需求、货运枢纽布局是否符合灾后救援物资的快速调度要求，很大程度上决定了灾后紧急救援工作能否顺利完成。因此在城市发展建设中，考虑地震条件下特殊交通需求的货运枢纽规划是一项与总体规划同步，甚至要超前进行的重要工作。基于以上目的，本文考虑地震条件下特殊交通需求，研究地震条件下城市货运枢纽规划问题，在保证社会效益和经济效益的同时，保证地震等自然灾害情况下事件管理顺利实施。1.2国内外研究现状及评价随着世界环境的不断恶化，灾害的频袭，国际学术界越来越重视灾害管理问题。其中对于地震等突发、难预测、破坏性大的灾害其灾前的防灾规划尤为重要。而枢纽选址规划也随着计算方法的不断更新而得到发展，规模大、复杂度高的选址问题成为研究的热点。本文对论文涉及的灾害管理和枢纽选址问题分别进行研究现状分析。1.2.1国外研究现状1.2.1.1国外灾害管理研究现状1)灾后救援疏散研究国外救援疏散方面的研究起步较早，已有大量的研究成果。主要研究有：Sherali,H.D.等人把飓风/洪水情况下的疏散选址分配归结为一个非线性的混合整[1]数规划问题，分析了避难所选址对疏散时间的影响。AlexanderStepanov等人提出一个优化设计和分析交通网络中疏散路径的方法，基于M/G/C/C排队模型求解路径上的拥挤和延误，运用疏散清空时间、总运行距离和堵塞概率来评价疏散优[2][3]劣。NaoyukiKamiyama等人针对grid网络疏散问题提出了一个高效的算法。ElbaUrbina等人总结了飓风疏散计划和政策，并对比了目前路易斯安那州疏散的[4]措施，包括使用逆向疏散和智能交通策略。2)救援物资调度研究国外多位学者针对应急救援物资调度问题进行了研究。FernandoOrdóñez等人提出了两阶段多方式运输、多种类货物的网络流模型，模拟了救援物资的运输-2- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[5]计划，并给出该问题的分解算法。Haghani等人将应急物资运输调度描述为有时[6]间限制的多物品多模式运输成本最小化的网络流问题，给出了两种求解方法。Fiedrich探讨了震后在时间、资源数量有限情况下，向多个受灾地点分配和运输[7]救援物资的调度模型。Linet等人把紧急状态下的物资调配问题抽象为多商品、多模式的网络流问题，把未满足需求的物资数量最小作为优化目标，建立了整个[8]问题的混合整数规划模型，用贪婪式算法对模型进行了求解。3)救援车辆路径选择研究城市内紧急状态下的车辆调度问题的关键之一就是在城市路网中选择从救援点到事发点的最优路径。Jean-YvesPotvin将应急车辆路径选择问题看作有时间窗[9]的动态路径选择问题，同时考虑了用户实时需求和动态运行时间。LinetOzdamar采用多阶段网络流来分析应急车辆调度，用Lagrangean松弛技术等精确[10]算法研究小规模的救援车辆调度。G.Derekenaris等人结合3G开发了一个救护[11]车管理系统，提高了动态导航效率。ArunJotshi将灾后道路损失、医院容量限[12]制引入灾后应急救援车辆路径问题中，建立相应模型。StefanP研究了事件发[13]生时，交通阻塞或者中断导致路阻发生变化下，车辆路径的重新优化问题。S.[14]Ichoua运用动态搜索算法求解了时间依赖型救援车辆路径选择问题。4)应急设施选址研究应急管理系统中应急设施点的分布结构影响着整个系统的快速反应能力，确定应急设施点的最优分布结构是灾害应急管理的基础性问题。Wlodzimierz考虑了应急服务设施选址的双目标模型—综合考虑中心点和中位点目标函数，并将它[15]转化为Chebyschevλ参数的单目标模型。在传统的确定性集合覆盖模型的基础上，VladimirMarianov考虑到服务设施经常处于服务状态的情况，提出了随机性[16]集合覆盖模型。MasoodA.Badri等人指出消防站地址的选择涉及一系列相互冲[17]突的目标，从而建立了消防站选择的多目标数学模型。B.Adenso-diaz针对应急服务设施选址问题提出最大覆盖模型(MCLP)，该模型考虑在建立应急服务设施现有资源的约束下，如何使最大数量的人口能被覆盖到，并将该模型应用到西班牙[18]Leon省的救护车基地选址中。TimothyC.Matisziw等人结合GIS，研究了单个[19]服务设施在连续需求下的最大覆盖问题。1.2.1.2国外枢纽选址研究现状(1)p-枢纽中位问题p-枢纽中位问题由O’Kelly引入，他给出了非容量限制单分配问题的二次整数规划公式。该公式的目标函数是非凸的，因此难于求解。他表示：该问题是[20,21]NP-Complete，并给出了两种基于枚举的启发式求解算法。-3- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Campbell给出O’Kelly模型的第一个线性化公式——该问题的混合整数规划公式。同时，Campbell给出了p-枢纽中位问题变形的其它几个混合整数规划公[22]式，包括非容量限制多分配、容量限制单分配和多分配问题。Skorin-Kapov等人使用了线性规划松弛方法修正了Campbell的非容量限制单[23]分配和多分配问题的混合整数规划公式。O’Kelly等人在Skorin-Kapov给出的公式基础之上，给出了非容量限制单分配和多分配问题的一些特别例子的修正线性化公式。假定OD对之间的流量是对称的，修正后的公式将问题的规模至少减[24]少了一半。Aykin考虑了枢纽选址和路线选择问题。他分别考虑了从同一起点到不同终点的流量。对每一OD对，分别考虑了直达、通过一个枢纽到达和通过两个枢纽到达的情形。同时，给出了该问题的数学公式和求解算法。该求解算法通过迭[25]代，先求解枢纽选址问题，再解决路线选择问题。Ernst和Krishnamoorthy建立了非容量限制单分配和多分配问题的混合整数规划公式，该公式考虑了枢纽间多物种流量转换问题。同时，给出了非容量限制单分配问题的基于模拟退火的启发式求解算法和非容量限制多分配问题的基于最短路径的启发式求解算法。该算法获得的结果可作为基于LP和分枝定界精确求解[26,27]方法的下界。Sohn给出了固定两枢纽系统单分配问题的二次整数规划公式，[28]并将其变换为一线性规划公式。Ebery等人给出了容量限制多分配枢纽选址问题的一个新的混合整数线性规划公式。同时给出了一个基于最短路径的启发式求解算法。该算法给出了所求问[29]题的上界，并将该上界集成到一个基于分枝定界求解算法中。Hamacher等人给出了非容量限制多分配问题的几个公式。他们提出了一种寻[30]找最小割和可行集多方面描述的有效方法。(2)p-枢纽中心问题Campbell给出了非容量限制单分配p-枢纽中心问题的二次整数规划公式。Kara和Tansel给出了几种新的Campbell二次规划模型的线性化表示公式，并证[31]明了非容量限制单分配问题是NP-Complete。Pamuk和Sepil给出了该问题的[32]基于禁忌搜索的单一再分配算法，将属于某一枢纽的节点分配到另一枢纽上。Ernstetal.描述了非容量限制单分配p-枢纽选址问题和非容量限制多分配p-枢纽选址问题，证明了这两个问题均为NP-Complete，给出基于贪婪选择的启发式算法，并分析了该启发式算法的误差。还给出了非容量限制多分配p-枢纽中心问题的基于分枝定界的最短路算法。Ernst等人研究了p-枢纽中心单分配问题，[33]并证明该问题是NP-Complete，并给出了五种启发式求解算法。-4- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.2.2国内研究现状1.2.2.1国内灾害管理研究现状1)应急疏散研究武汉大学的袁建平等人最初提出应建立一个集成了仿真模型和优化模型的综[34]合性疏散规划模型来应对大范围内人员疏散的构想。吴薇薇等人提出了网络中边容量有上限的防堵塞最小费用改造模型；还结合随机选择正向增广路径的方[35,36]法，提出了3种不同的正向增广路径选择方案。香港大学的卢兆明等提出基[37]于时变动态流的网络优化模型，初步建立了基于大规模应急疏散系统。2)救援物资调度研究缪成指出大规模运输物资调度问题综合了多货物多起止点网络流问题与多种运输方式满载车辆调度问题，利用延期费用和划分时段的方法构建问题的多目标[38]数学规划模型。安李军等构建了紧急救灾物资物流配送系统模型，以达到在最短的时间内，准确地将救灾物资紧急配送到灾区，获得最大化救灾效益的目的[39]。计雷教授提出了应急管理中的救援物资运输问题是多目标组合优化问题，目[40]标函数是成本和时间的最小化。张毅、郭晓汾和王笑风通过分析应急条件下物资运输调度的时效性、安全性和经济性特征，按照多属性决策理论建立了用来评[41]价备选线路决策效用函数的数学模型。3)救援车辆路径选择研究重庆大学的秦小虎在其博士论文中，考虑到系统的时变性，提出了路段动态综合权值的设置方法。而后，以MapInfo为平台建立城市交通紧急事件救援系统[42]路网，给出了实例并加以分析。刘建等人在分析城市道路网络最短路径算法和地理信息系统特点的基础上，在事故发生点周围及应急资源周围的道路细节不清晰的情况下，建立虚拟辅助道路，用Dijkstra算法找出应急资源与事故发生点的[43]最短路径。刘丽霞等借助最短路算法，通过对道路网络基本信息的修正和对相[44]异度计算的改进，提供能抵抗已有路径中断风险的多条候选路径。王培宏对从出救点到应急点最短路搜索问题进行了分析研究，运用多目标决策分析方法研究[45]了应急资源的应急调度问题，其目标为开始应急时间最短和出救点数目最少。4)应急设施选址研究[46]吴艳、刘三阳采用图论和优化方法，建立了应急系统优化选址模型，给出了多种条件下最优方案的求解算法；汪定伟等人建立了一种基于灾害发生概率、灾害扩散函数和救援函数的救援中心选址优化模型，提出基于嵌入启发式函数的[47]遗传算法作为求解方法。陈志宗以应急救援设施服务需求点的最大距离最小、应急救援设施超额覆盖需求区域的总权重最大、应急救援设施服务需求点的总加-5- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文[48]权距离最小为目标，建立多目标决策模型。姜涛等人采用鲁棒优化方法处理应[49]急节点权重的区间估计，建立有限期要求的不确定性应急设施选址模型。1.2.2.2国内枢纽选址研究现状国内学者对交通枢纽选址模型的研究成果可以归纳为三类：(1)交通枢纽选址的两阶段法。张颉等人给出了一种城市枢纽选址方法，该方法首先从道路节点中选出交通条件好（通过次数多）的一些节点作为枢纽候选[50]点，再通过人机交互，确定枢纽的最终位置。袁虹、陆化普在分析综合交通枢纽交通需求产生机理的基础之上，提出了基于交通需求产生机理的综合交通枢纽布局规划的两阶段联合模型。第一阶段根据交通规划四阶段法选取流量较大的节点作为第二阶段的备选枢纽位置，第二阶段根据物流学选址模型从备选点中确定[51]枢纽最终位置。[52][53](2)运用评价方法进行交通枢纽选址。晏启鹏、陈桃生等人分别利用[54]AHP建立了公路主枢纽站场总体布局方案比选模型。郭晓汾等人基于AHP和灰加权关联度理论，提出了公路主枢纽货运系统站场布局方案比选择优的决策分析方法。董千里针对城市客货运站场建设规划方案的综合评价问题，提出了[55][56][57]AHP-F隶属度合成法。刘有军、田园等人分别结合某城市综合交通枢纽规划方案的设计，运用模糊多目标决策的方法选择最优方案。陈秀锋等人运用模糊一致矩阵原理建立了公路主枢纽方案评价模型，克服了成对判断矩阵的不一致[58]性，为多因素、多方案的决策优选提供了一种有效的评价方法。(3)交通枢纽选址与网络设计同时优化。刘灿齐考虑了交通枢纽对网络的反作用，给出了交通枢纽与网络设计同时优化的双层规划模型，同时给出迭代优化解[59]法(IOA)。1.2.3国内外研究现状评价综上，目前国内外交通学者对灾害管理的研究可以概括为：1)“线”上的研究，包括救援车辆路径选择、救援物资调度路线选择；2)“端点”上研究，包括避难所和消防站、急救中心等应急设施选址。在现有研究中没有考虑在地震救援中起极为重要作用的货运枢纽点的规划问题，即应急运输中转点的规划问题。而应急运输的中转点在应急运输和救援物资运输车路径选择中占据极为重要的地位。为全面保证灾害管理顺利完成，不应割裂灾后救援与货运枢纽规划问题，因此需要尽一步讨论以下问题：(1)目前避难所规划以及避难所吸引人数预测大部分都是基于最大覆盖理论，这种方法缺乏对避难人员主观需求的考虑以及震害时间对避难所吸引人数影响的-6- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文考虑，会造成避难所资源利用的不均衡、吸引人数估算不合理，而导致基于避难人员分布的救援物资配送规划、路线选择问题不合理。(2)以往救援物资调运未考虑多等级救援保障点、一定救援保障计划下的物资分配运输问题，认为各救援保障点是同一级别的，一旦发生灾害各保障点同时无条件进行保障。而实际中各救援保障点等级是有区别的，故灾害下救援物资调运问题需要考虑不同等级保障点的物资分派保障问题。(3)以往货运枢纽选址模型均是针对常规情况讨论的，并没有考虑破坏性地震等灾害及事件下交通需求特点对交通枢纽位置的要求。地震灾害下交通枢纽规划的目标是在各物资运输时限内，保证总的物资运送时间最短；而以往以经济因素为目标的选址模型不再适用。(4)地震条件下枢纽规划的目的是保证救援物资在网络中快速运输，因此可以同时进行枢纽选址问题与运输线路的规划问题研究。1.3本文主要研究内容本文以规划城市50～100年内可能发生最大震级地震为背景，将地震影响下货运网络与救援物资货运需求分析引入地震条件下枢纽规划问题中，研究保证地震救援期物资运输的货运枢纽选址模型和算法。具体研究内容如下：(1)地震条件下货运网络分析地震条件下救援物资运送在货运网络上进行，地震条件下路径的运输阻抗——在途可靠运输时间影响地震条件下货运枢纽选址，而地震影响下路网状况又影响在途可靠运输时间。本文基于地震影响下货运网络连通可靠度，对地震条件下在途可靠运输时间进行分析。(2)地震条件下货运需求估算地震应急期主要货运需求为灾区人员对救援物资的需求。基于灾区人员伤亡量预测、避难人员产生量预测，建立地震影响下依赖货运枢纽的救援物资需求概念模型，量化救援物资货运需求。(3)地震条件下货运枢纽选址问题研究在地震影响下货运路网络与救援物资货运需求分析的基础上，讨论救援物资调运优化问题，确定依赖货运枢纽的货物流向与流量；以地震条件下物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小化为费用函数，分别提出地震条件下非容量限制与容量限制货运枢纽选址模型，运用基于模拟退火的启发式算法求解。(4)案例研究以长春为例，对地震条件下城市货运枢纽规划问题进行分析。-7- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1.4研究技术路线本文技术路线见图1-1。络与货运需求分析地震条件下货运网路径抗地震条件下震害人避难人避难人震连通路段修正运员伤亡员产生员吸引可靠度行速度量预测量预测量预测地震条件下在途可救援物资救援物资需求概靠运输时间分析储备量念模型及量化救援物资调运模型及求解枢纽选址模型地震条件下货运地震条件下货运枢纽问题假设地震条件下容量限制货地震条件下非容量限制运枢纽选址模型建立货运枢纽选址模型建立启发式算法设计启发式算法设计算法对Aykin算法枚举算法比验证地震条件下货运枢纽规划案例分析图1-1论文研究技术路线Fig.1-1Technicalflowchartofthispaper-8- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章地震条件下货运网络与货运需求分析地震条件下城市货运枢纽规划的目的是保证地震应急期救援物资在救援时限内快速运达救援点。因此救援物资运输车辆在货运网络上的在途可靠运输时间和救援物资需求量是地震条件下货运枢纽规划中的重要因素。本章在对地震影响下货运网络连通可靠度和路段修正运行速度分析基础上，对地震条件下救援物资在途运输可靠运输时间进行分析；并基于地震条件下灾区人员对救援物资的需求，估算地震条件下的依赖货运枢纽的救援物资货运需求量。2.1地震条件下路网连通可靠度分析货运网络是震后救灾生命线的重要组成部分，地震影响下货运网络中路径连通可靠度（通行概率）的变化，直接影响路径的运输阻抗，从而影响地震条件下作为救援物资中转、储运节点——货运枢纽的规划。因此，本节对交通单元连通可靠度相关研究进行分析，为后文修正路径上物资在途可靠运输时间提供依据。2.1.1路径抗震连通可靠度的影响因素路径抗震连通可靠度P为该路径中各串联单元抗震连通可靠度Pi的乘积。根据大量历史震害分析，认为交通单元抗震连通可靠度主要由道路本身破坏SB构[60]Pi、沿街建筑物倒塌Pi、桥梁涵洞等构筑物破坏Pi三方面因素决定。2.1.2交通单元抗震连通可靠度分析2.1.2.1道路单元类型划分本文根据单元类型、使用特点、地震环境的特殊性，分别讨论下面三类交通单元抗震连通可靠度。1)市外不包含桥梁等构筑物的公路：道路两侧建筑物较少，单元失效主要是S由自身结构破坏造成的。这时可近似认为Pi=Pi。2)市内不包含桥梁等构筑物道路：路基一般很好，历史震害经验也表明其结构破坏较城市外不包含桥梁等构筑物的公路要轻得多，这时可认为单元失效是由B两侧房屋倒塌阻塞造成的，即可近似认为Pi=Pi。3)对于包含桥梁等构筑物的道路：相当于路段子单元与桥梁有情构筑物子单元的串联。在最弱单元假设下，抗震可靠度较低的构筑物子单元（如桥梁、涵洞构等）的抗震可靠度近似作为复合单元的抗震可靠度，即Pi=Pi。-9- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.1.2.2公路路段单元连通可靠度根据以往道路震害相关研究，考虑以下7个因素，各因子的分类情况及对应[61]的量化值见表2-1。表2-1公路震害因素及其系数Table2-1Parametersandfactorsinfluencingtheearthquakedisasterofroad震害因子123456度7度8度9度10度基本烈度0.91.051.11.150.9坚硬土粘土粉土、细砂土分期施工路基—路基土0.91.01.11.2Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类—场地类别0.91.001.101.30无轻中重—地基失效程度1.001.051.151.40低矮路基路堤路堑挖填结合沿河路基—路基类型1.001.101.301.35H≤110.50.6破坏2.1.2.3城市道路路段单元连通可靠度根据相关学者研究表明，城市路段的连通可靠度主要与该路段上瓦砾堆的土石方量、道路宽度等因素有关。由于对沿街建筑进行单栋调查预测路段上的瓦砾土石方量的计算工作繁重，可按照宋建学在文献[62]中提出的简化方法估算。[62]得到瓦砾阻塞量以后，按公式(2-1)计算城市道路路段单元连通可靠度：-10- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文当5000时，P1.0-/5000i当5000时，P0(2-1)i2式中：Ω——瓦砾阻塞量(m)。2.1.2.4桥梁单元连通可靠度采用倪永军等人回归的桥梁震害指标公式(2-2)，估算桥梁单元连通可靠度。Njnjky0jk(2-2)jk111,当预测强烈中因素中有类别jkjk=0,当预测强烈中因素中无类别jk式中：y——震害预测指标值；N——预测桥梁因素集维数；jn——预测桥梁与第j因素对应的类型集维数；[61]ω——计算系数，取值见表2-3。[61]利用y对应的临界值可得到桥梁连通可靠度，见表2-4。表2-3桥梁震害因素及其系数Table2-3Parametersandfactorsinfluencingtheearthquakedisasterofbridge项目类别采用系数值项目类别采用系数值71.00有防落梁措施0.70地震烈度81.10支座形式橡胶消能支座1.0091.20一般支座1.10Ⅰ0.80<5m1.00场地类别Ⅱ1.005~10m墩台高度1.10Ⅲ1.80>10m1.20无1.00钢筋混凝土1.05墩台材料地基失效程度轻1.50砖、石1.10重1.80扩大基础1.00连续梁、刚架1.00桩柱基础1.00基础形式上部结构板梁、拱1.10排架桩1.20简支梁、悬臂梁1.40高桩承台1.20跨长<10m1.00桥梁长度综合权重——0.85跨长>10m1.20表2-4震害程度临界值与桥梁连通可靠度Table2-4ThresholdvaluesofearthquakeextentandconnectiveprobabilityofbridgeY<1.231.23~2.202.20~3.383.38~4.40>4.40桥梁震害程度基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏倒塌通行概率1.00.90.70.20-11- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.2地震条件下在途可靠运输时间分析2.2.1地震条件下路段修正运行速度地震条件下路段修正运行速度是指在某一烈度等级的地震下，不同等级的道[63,64]路在具有一定的结构形式下，车辆安全行驶的速度。本文在现有研究基础上，综合考虑地震烈度、道路等级、机动车道条数、路段长度等因素，得出地震灾害发生下某条道路车辆行驶的修正速度。表2-5给出不同因素和各因素不同等级对速度影响系数。根据上面的分析，得出地震条件下路段修正运行速度u，见公式(2-3)：uu(2-3)01234式中：u——路段设计速度；0——影响因素i的修正系数。i表2-5速度影响因素及影响系数表Table2-5Theimpactfactorsofspeedanditscoefficients影响因素等级影响系数快速路1.01道路等级p’干路0.8支路0.5VII1.02地震烈度VIII0.65IX0.5d≤3001.03008000.641.0030.954单向车道数(条)20.9010.802.2.2地震条件下路段平均行驶时间本文在路段i的地震条件下平均行驶时间T中考虑救援车辆从高等级道路进i入低等级道路时行车速度下降导致的延误。如图2-1，|CD|为救援车队（n辆）从高等级道路进入低等级道路的总延kunln11-1ukuk22-11uu12-1误。通过几何推导得CD。推导过程见附录A。uukuk1221-1-12- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文xBCDOtMA图2-1由高等级道路进入低等级道路距离时间图Diagram2-1Time-distancediagramofhigh-graderoadtolow-graderoad则地震条件下救援车辆通过路段i的平均行驶时间T按公式(2-4)计算：iL路段iTC,若时Cii1iupii(2-4)11L路段ikunln11-1ukuk22-11uu12-1TC,若时Ciii1puniiuu1221ku-k1式中：ui——路段i修正运行速度；N——车辆总数；Ki——路段i救援车密度；l——标准车辆长度；Li——路段i长度。2.2.3地震条件下在途可靠运输时间定义地震的发生会对交通系统中各结构设施造成严重的破坏，影响路网中重要源汇的连通性，使运行风险提高，从而影响应急救援出行O/D间的运行时间，常规条件下最短路径可能由于发生中断破坏而无法提供最短的运输时间。故本文用交通网络中源汇点间的抗震可靠度修正源汇点间地震条件下路段平均行驶时间，定义在途可靠运输时间T如公式(2-5)：NNTi(2-5)Tp()/ii1pii1式中：T——地震条件下路段i的平均行驶时间；iPi——路段i的连通可靠度。2.3基于灾区人员的货运需求分析地震救援期，针对救援、救护的对象是灾区人员，因此救援物资货运需求量-13- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文与人员伤亡数量、避难人员分布直接相关；本节对震害下人员伤亡数量、各避难所人员吸引量进行预测；然后对地震条件下应急需求理论进行分析，并量化救援物资需求量，估算各避难区依赖货运枢纽的救援物资货运量。2.3.1震害人员伤亡量预测地震时造成人员伤亡的直接原因是由于房屋受震倒塌引起的。考虑一天24h[65]内人员所在空间位置不同，地震造成伤亡也不同，在尹之潜先生提出模型基础上考虑建筑使用类型，提出在一天24h内不同时段发生地震，不同使用类型建筑内人员伤亡人数的计算公式，见公式(2-6)。SAii11dA22dA33dA44dFi(2-6)式中：d1——毁坏建筑内的伤亡率；d2——严重破坏建筑内的伤亡率；d3——中等破坏建筑内的伤亡率；d4——轻微破坏建筑内的伤亡率；见表2-6；表2-6房屋破坏程度与人员伤亡比例关系Table2-6Therationshipofbuildingdestructiondegreeandcasualtyrate破坏程度死亡人数比例受伤人数比例基本完好00轻微破坏00.0005中等破坏0.0010.0008严重破坏0.010.05倒塌0.150.352A1——建筑中毁坏的面积，(m)；2A2——建筑中严重破坏的面积，(m)；2A3——建筑中中等破坏的面积，(m)；2A4——建筑中轻微破坏的面积，(m)；建筑不同等级的破坏面积可根据文献[61]中介绍的震害因子法获得。2——不同用途房屋内人员密度（平均人数/m）；i[66]Fi——不同用途建筑不同时段的修正系数，根据廖旭等人研究基础上，将建筑物分为以下4种类型，各类建筑的容人时段修正系数见图2-2。第1类：昼夜连续使用的建筑物，如三班制厂房、医院、全日托儿所等；第2类：正常工作制下使用的建筑物，如厂房、学校、办公楼等；第3类：居住型建筑物，如住宅、宿舍、旅馆等；第4类：超正常服务的建筑物，如二班制厂房、酒楼、娱乐商业建筑等。-14- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文10.80.81.510.510.4480.4480.4480.500000510152005101520时间时间一类二类1.51.5111110.50.50.30000510152005101520时间时间三类四类图2-2四类建筑物容人时间分布曲线Table2-2Thedistributioncurveofaccommodationdurationforfourtapesofbuilding2.3.2基于土地变量的避难人员生成量预测目前避难所规划以及避难所吸引人数预测大部分是基于最大覆盖理论，这种方法缺乏对避难人员主观需求的考虑，因此会造成避难所资源利用不均衡。土地变量如土地利用状况、用地性质等直接影响其上聚集人员能力，因此本文基于土地变量进行避难生成预测。2.3.2.1避难人员产生量预测紧急避难人员产生量分析是预测震害影响下避难人员由所处区域向避难所区域移动倾向所产生的出行量，本文认为小区避难出行产生量等于小区震害时吸纳人口数量。本节建立土地的变量、待避难人员数量之间的关系，预测紧急避难出行产生。紧急避难出行产生模型见公式(2-7)：mSLRijjijj1(2-7)kinmSLRijjijij11式中：ki——交通小区i的人员吸纳权重；Sij——交通小区i的j类用地面积；Rij——交通小区i的j类用地利用强度；in1,2,3,...，j1,2,3,...m；Lj——交通小区i的j类用地不同时段吸纳权重，Lj=lj×lt；lj——各类性质用地的日吸纳率；lt——时间系数。根据调查，获得各类性质用地日吸纳强度，见表2-7。-15- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表2-7各类性质用地日吸纳强度表Table2-7Absorbcapabilityofusages22吸纳强度(1/万m)吸纳强度(1/万m)土地利用性质土地利用性质CBD非CBDCBD非CBD居住用地440360工业用地120150行政办公用地250250绿地37.520商业金融用地455250其它用地5040文化娱乐医疗用地250200[66]根据不同用地类型上建筑物时间变量下使用情况，见图2-2，确定不同用地类型昼(8:00-18:00)、夜(18:00-24:00&24:00-8:00)时间系数，见表2-8。表2-8不同类型用地昼夜时间系数表Table2-8Timecoefficientsofdifferentlandusagesdayandnight昼夜时间系数lt类型用地类型时间变量下使用情况昼ltd夜ltn一类仓储特殊用地连续使用0.540.46二类工业、行政、学校用地正常工作制下使用0.870.13具有如住宅、宿舍、旅馆等建筑物的三类居住用地0.270.73用地四类商业、娱乐、医疗用地超正常服务0.740.26将得到的各小区的人口吸纳权重，代入下式计算各小区吸纳人口数量：nAiiKGK/i(2-8)i1式中：Ai——交通小区吸纳人口数量，i=1,2,3,…,n；G——城市区域人口总量。2.3.2.2避难人员吸引量预测避难人员吸引量预测是根据避难个体聚众、急迫、害怕被忽略等心理分析避难个体对避难区域选择情况。避难区域吸引能力受到其集聚性、可达到性、区位救援差异的影响。单纯用用地面积法，无法体现小区避难吸引能力，因此在避难吸引预测中考虑区位影响。本文从三个方面量化避难条件下避难吸引区位优势：(1)i小区可能集聚人员的水平：反映集聚与比邻效应，表达式为N(/)Gdjij，N为小区总数，Gj为j小区避难产生量，dij为i、j小区间距离。jji1,(2)i小区自身避难功能水平：用小区内绿地及广场面积Sgi来表征。(3)i小区救援区位优势：反映与救援设施、补给设施的比邻水平，表达式为N[/SSdyjsjij]，其中Syj为j小区医疗用地面积，Ssj为j小区商业用地面积。jji1,吸引区位影响参数的取值可根据专家法确定，本文取k1=0.3，k2=0.4，-16- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文k3=0.3。因此，i小区避难吸引量可根据下式(2-9)计算：NN1SSyjsjkGk12jgSik3jji1,ddijjji1,ijN(2-9)AiGiNN1NSSi1yjsjkGk12jgSik3ij11,jiddijj1,jiij2.3.3救援物资需求量化表达2.3.3.1地震应急救援物资需求概念模型在地震发生后，一般只能得到以下信息：地震地点、震级、灾区范围、死亡人数、受伤人数、倒塌房屋、主要道路破坏情况，因此在考虑如何计算地震应急需求时，必须以上述信息作为计算依据。通过查阅震例研究资料，设计地震应急需求概念模型，见公式(2-10)：RKCFP-(2-10)XXXX其中：R——救援物资最小货运需求量；KX——灾区的地区系数；CX——灾区的季节系数；FX——根据震情统计得出的某类救援物资的理论统计需求量；PX——灾区现有可利用救援物资的实际数量。3.2.3.2地区系数的确定引用《中国可持续发展战略报告》中提出的生活质量指数、经济规模指数、经济推动力指数，确定各地区系数，见图2-3。北京新疆2.5天津宁夏河北青海山西2甘肃内蒙古1.5陕西辽宁1西藏吉林0.5云南黑龙江0贵州上海四川江苏重庆浙江海南安徽广西福建广东江西湖南山东湖北河南图2-3地震应急需求计算中地区系数各省市比较图Diagram2-3Regionalfactorsofemergencyresponserequirementindifferentprovincesandcities-17- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.2.3.3各类救援物资的理论统计需求量地震应急期为10天左右，根据《应急保障物资分类及产品目录》，地震应急期需求：工程救援设施、医疗防疫物资、生命线抢修设施、运输工具、灾民救济费用、灾民食品、灾民日用品、灾民御寒衣物、临时居住设施、灾民取暖设施。按照对灾区抗震救灾的重要性，分为3类：一般性需求、中等重要、重要。[67]根据相关文献140余种地震应急需求参数提取，得到地震应急物资需求的简单量化表达。分别见表2-9、2-10、2-11。表2-9一般性需求量化表Table2-9Quantificationofthegeneralimportantgoodsrequirement物资名称最少应急需求量红汞(克)地区系数×55.4×受伤人数破伤风抗毒素(支)地区系数×1.66×受伤人数牲畜棚圈(间)地区系数×0.016×牲畜总数饲料(kg)地区系数×0.82×牲畜总数排子车(辆)地区系数×0.184×受伤人数飞机(架次)地区系数×0.ll×0.2×受伤人数灾后粮食补助(kg)地区系数×5l.6×避难人数×季节系数藏族区伏茶(kg)地区系数×1.538×避难人数铁锅(口)地区系数×0.0205×避难人数碗(个)地区系数×0.0l3×避难人数水桶(个)2.039×0.005×避难人数勺、筷(付)地区系数×1×避难人数煤油(t)地区系数×0.00l×避难人数矿蜡(支)地区系数×0.667×避难人数棉布(m)地区系数×1.8325×避难人数棉花(kg)地区系数×0.504×避难人数×季节系数绒裤(条)地区系数×0.089×避难人数×季节系数苇席(片)地区系数×0.408×避难人数箔(领)地区系数×0.1105×避难人数油毛毡(卷)地区系数×0.2368×避难人数×季节系数麦秸(kg)地区系数×0.405×避难人数石棉瓦(张)地区系数×0.1×避难人数2木料(m)地区系数×0.00075×避难人数杂木杆、竹竿(根)地区系数×1.775×避难人数铁丝(kg)地区系数×0.3425×避难人数铁钉(kg)地区系数×0.115×避难人数麻绳(kg)地区系数×0.18025×避难人数草袋(个)地区系数×1×避难人数水泥(kg)地区系数×0.359×避难人数竹帘子(捆)地区系数×0.3×避难人数防震棚(个)地区系数×0.0825×避难人数煤炭(kg)地区系数×10.6×避难人数×季节系数-18- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表2-10中等重要性物资需求量化表Table2-10Quantificationofthemoderatelyimportantgoodsrequirement物资名称最少应急需求量防疫用石灰粉(t)1×0.002×避难人数防疫用十滴水(管)地区系数×0.3×避难人数伤员医疗费用(元)地区系数×17.89×轻伤人数+地区系数×286×重伤人数绷带(轴)地区系数×0.998×受伤人数纱布(包)地区系数×1.55×受伤人数碘酒(克)地区系数×13.3×受伤人数应急新鲜蔬菜(g)地区系数×(10.07×受伤人数+2×避难人数)应急期饼干(kg)地区系数×(2.45×受伤人数+0.07×避难人数)洋芋、土豆等(kg)地区系数×0.455×避难人数应急期猪肉供给(kg)地区系数×1.04×受伤人数应急期鸡蛋(kg)地区系数×0.5×受伤人数应急期鲜鱼(kg)地区系数×0.18×受伤人数×季节系数应急期食糖(kg)地区系数×0.16×受伤人数应急期奶粉(kg)地区系数×0.16×受伤人数肉罐头(听)地区系数×0.123×避难人数袜、鞋、毛巾、口杯等(件)地区系数×(12.9×受伤人数+1×避难人数)表2-11重要物资需求量化表Table2-11Quantificationoftheimportantgoodsrequirement物资名称最少应急需求量帐篷(顶)0.25×无家可归者人数×季节系数流动厕所(个)地区系数×0.02×避难人数应急期洁净饮水（kg）地区系数×2×避难人数×10d担架(付)地区系数×0.08×受伤人数手术用血浆(ml)50×受伤人数2病房需求(m)地区系数×0.61×受伤人数病床需求(张)地区系数×0.215×受伤人数汽车(辆)地区系数×(0.06×受伤人数+0.004×避难人数)取暖物资(kg)地区系数×26×避难人数×季节系数应急粮食救济(kg)地区系数×(5.7×受伤人数+1.6×避难人数)应急熟食(kg)地区系数×0.5×避难人数应急期方便面(包)地区系数×2×避难人数应急期瓶装饮用水(瓶)地区系数×季节系数×4×避难人数×3(day)汽油(t)地区系数×0.001444×避难人数衣服(件)地区系数×(6.8×受伤人数+2.156×避难人数)棉被(床)地区系数×0.0044×避难人数×季节系数毛毯(条)地区系数×0.02×避难人数棉毯(条)地区系数×0.072×避难人数棉衣(套)地区系数×0.27×避难人数×季节系数鞋(双)地区系数×(0.79×受伤人数+0.2×避难人数)-19- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文2.4本章小结本章对影响地震条件下货运枢纽规划的货运网络与货运需求进行分析：通过对地震影响下路网中三类基本路段单元连通可靠度分析，获得路径连通可靠度；在考虑地震条件下路段修正速度和车队从高等级道路进入低等级道路的延误基础上，运用路径连通可靠度修正，获得地震条件下货运网络阻抗——在途可靠运输时间。本章基于灾区人员，预测地震条件下依赖货运枢纽的救援物资货运需求量。首先对震害人员伤亡量进行分析，并基于土地变量预测避难人员生成量。在预测避难人员生成量中：以交通生成模型为基础，引入不同用地类型不同时间段的吸纳权重因子，反映震害时间对避难产生的影响，建立避难人员产生量预测模型；在避难吸引中考虑避难区位优势，并将其量化为小区可能集聚水平、自身避难功能水平、区位救援优势三个参数，用以反映避难个体对避难区域选择时的聚众、急迫、害怕被忽略等心理，建立避难人员吸引量预测模型。然后通过对地震应急需求的理论分析，以地震地点、震级、死亡人数、受伤人数、避难人数等震情、灾情信息为计算依据，引入季节系数和区域系数设计了救援需求概念模型，并提取了主要救援物资需求系数，从而可估算各救援点依赖城市货运枢纽运输的救援物资需求量。-20- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第3章地震条件下货运枢纽选址模型货运枢纽在地震条件下的救援物资运输和事件管理中起着重要性作用，为保证地震条件下依赖货运枢纽的救援物资运输顺利实施，本文在地震条件下货运需求预测基础上，将救援物资调运问题和地震条件下可靠运输时间费用引入货运枢纽选址问题中。分别提出地震条件下的容量限制货运枢纽选址模型和非容量限制货运枢纽选址模型，并对模型和算法进行验证。3.1依赖货运枢纽的救援物资调运优化本节根据城市外围救援物资储备中心分布及储备量、各避难区域救援物资需求量估算为依据，运用优化理论对地震影响下依赖货运枢纽的救援物资调运问题进行分析，确定多救援点与多储备点间的货物流向与流量。3.1.1救援物资调运保障依据救援物资调运保障是指本地市级资源点救援物资无法满足要求，需要上级物[68]资储备机构进行供给保障的情况。本文认为地震发生地的地市级物资储备点救援物资运输不依赖货运枢纽，而外围各等级物资储备点的救援物资调运则依赖货运枢纽。为说明在运输保障中救援物资需求量和各级资源点储备量之间的量化关系，首先设置参数，见表3-1。表3-1救援物资需求量与各资源点储备量参数表Table3-1ParametertableofsuppliesrequirementandreserveinResourcePoints物资种类需求量国家级资源点区域级资源点地市资源点物资1M1A1C1B1物资2M2A2C2B2…具体调运保障依据为：1)根据需求量和地市资源点储备确定。nn若MiiB，说明地市资源点能够实施应急物资保障。ii11nn若Mii>B，说明地市资源点不能实施应急物资保障，物资保障机构根据i=1i=1nnn需求量和仓库储备量的差值，即S=iiM-Bi，优先考虑所属的区域资源i=1i=1i=1点储备能否满足需求。2)根据需求差值和所属的区域资源点储备确定。-21- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文nn若SCii，说明地市资源点储备不足的物资，可由所属的区域资源点ii11进行保障。nn若SCii，说明地市资源点所储备的物资数和区域级资源点都不能满ii11足应急物资保障的需要，这时地市保障机构应向上级提出物资保障申请。3)根据国家应急保障部门的国家级资源点物资储备情况确定。nnnn若Miiii-BCA，说明国家级资源点能满足物资保障需求。iiii111nnnn若Miiii-BCA，说明国家级资源点仍不能满足应急物资保iiii111nnnnn障需求，其差值为：TMABCiiiii-ii11iii111国家级物资保障部门协调各区域级储备点，以实施跨区就近保障。3.1.2救援物资调运优化模型3.1.2.1基本参数设置(1)资源点Ci信息资源点个数为m，其中区域资源点个数为f，国家资源点个数为m-f，(m>f)，令国家资源点排列在区域资源点后面。资源点Ci的第k种类物资储备量：cik(i=1…m,k=1…l)资源点Ci的地理坐标：(Xi,Yi,Zi)(i=1…m)(2)保障点（需求点）Bj信息保障点个数：n保障点Bj的第k种类物资需求量bjk(j=1…n,k=1…l)保障点Bj的地理坐标(Xj,Yj,Zj)(j=1…n)3.1.2.2模型建立设从资源点Ci到保障点Bj，调运第k种物资数量为Wijk；设从资源点Ci到保障点Bj运送单位物资的成本为dij，为使得首先从地市资源点中提取物资，不足部分从区域资源点中提取，令222XXij-YYij-ZZij-,若i1,fj;1~ndij222Xij---XYijYZijZmaxdiij,若fm,-f;jn1~if1,救援物资调运数学模型可表达如公式(3-1)：-22- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文lmnmindWijijkkij111st..lnWciijkik,1,2,,;1,mk,l(3-1)kj11lmxbjijkjk,1,2,,;1,,nklki11Wim0,1,,;1,2,j,;1,nkl,ijk3.1.2.3模型求解该模型为线性规划模型，可以用MATLAB求解。当问题维数不大的时候也可以用简单有效的表上作业方法。1)表上作业求解算法(1)初始基本可行解表上求解法——西北角法这种方法遵循的规则是，从运输表的西北角方格开始，优先安排标号小的供给点间的运输任务。具体地说，从西北角方格(1,1)开始，给x11赋值，令x11=min{c1,b1}。若x11=c1，则C1的产品供给B1，A1供应完毕，勾掉第1行其余空格，同时令b’1=b1-c1，作为B1的剩余需求，再给剩余空格的西北角元素x21赋值，以此类推，直到求出一个基本可行解。(2)改进基本可行解将求得的初始基本可行解置于运输表中，基本量取值如黑体字所示，然后，再表上计算位势ωi(ω1=0)和vj，分别置于左端列和上面一行。再在表上计算判别数zij-cij，置于每个方格左下角的小方格内。对应基变量的判别数为0。若判别数大于0则没有达到最优。用闭回路法求改进的基本可行解。2)MATLAB求解程序程序为：A=[]；f=A(:)；B=[]；D=[]；b=[]；d=[]；lb=zeros(,1)；[x,fval,exitflag]=linprog(f,B,b,D,d,lb)3.2地震条件下容量限制货运枢纽选址模型3.2.1模型假设地震的发生会对交通系统中各结构设施造成严重的破坏，影响路网中源汇的-23- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文连通性，从而给整个抗震救灾工作造成困难。地震条件下依赖货运枢纽的货运产生与吸引是在一定政策下进行的，其中紧急救援阶段交通吸引点为受灾区域和规划的避难所，交通产生点包括指定的救援物资储备中心和救援队伍驻地等。应急救援物资具有时间上集中、单批次大量、长距离、多流向等特点，其运输需要使用公路、铁路、航空等多种运输方式，而且经常会在不同的运输方式中进行转换。应急救援物资运输具有弱经济性和强时效性，平时物资运输的经济效益原则将不再作为运输活动的中心目标加以考虑。根据以上地震条件下路网和救援物资运输特点分析，可知地震条件下容量限制货运枢纽选址问题属于满足各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小化的p枢纽位置优化问题。本文对地震条件下货运枢纽优化选址问题做以下几点假设：①货流通过一个或者两个枢纽完成运输。由于地震破坏面积较大，指定的物资储备中心一般在行政区外，因此本文考虑至少经过一个枢纽；而在实践中货物一般不会经过两个以上枢纽，因此本文中认为货流最多经过两个枢纽。②由于枢纽内大量集中的操作及枢纽间集运带来的规模效益使得货物在枢纽间运送时间成本要低于枢纽与非枢纽间运送时间成本，而枢纽与非枢纽间运送时间成本又低于直接运送的时间成本。③地震条件下货流运送具有强时效性，特别是如医疗物资、消防设备、食物、水及帐篷等救援物资的运送都具有一定时间限制。④本文认为货运枢纽容量是受限的，加之地震条件下客货运输具有时间上集中、单批次大量的特点，故，考虑枢纽内会发生排队等待现象，且枢纽内排队等待时间费用不能忽略。假定容量限制枢纽为M/M/N排队系统。3.2.2模型建立[25]本模型是在Aykin(1995)的选址模型基础上提出的，Aykin提出的N节点网络p枢纽选址模型考虑了枢纽间运送的规模经济性，以运送的费用最小为目标函数。本文在Aykin模型基础上，考虑枢纽容量有限，考虑运送时间的限制和超时带来的损失；通过引入地震条件下路网阻抗，即在途可靠运输时间；将救援物资调运优化结果作为选址问题已知条件，来反映地震条件下货运枢纽选址问题。为建立适合地震条件的货运枢纽选址模型，本文以满足救援物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小化为目标函数，为反映地震条件下物资运输集中、大量和强时效性，目标函数中包括在途可靠运输时间费用、枢纽内等待时间费用和超时惩罚费用。具体模型见(3-2)~(3-10)：-24- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文minaaaWCijfWTTTTij,,,,ikkttjktViktj,,,iktjaa(3-2)0,若TTTik,,,kttjktTmaxaCfaaCTTTfi,若,,,kkttjktTmaxst..Viiktj,,,1,j(3-3)ktl4YYYYYYll12l3l4kkkkkkkll1kkkkk(3-4)ppppp1234VVMYkilhk,,,klhi,,,1k(3-5)iklkhk()VVVVkkht,,,thkk,,,tthk,,,khtt,,,+(VVkhht,,,+tkhk,,,)lkhhk(3-6)MYYkt(2--)ktZik,1i(3-7)kVNiktj,,,p1,Ziik,k(3-8)tjVNiktj,,,p1,Ztjt,j(3-9)ikZij,,,,0VYiktj,,k,1,ik,t,j(3-10)q式中：WW=a——由节点i到节点j各类物资总流量；ijij,a1aWT——i,j点间未准时运送的a类物资总量；ij,aC——a类货物未准时运送的惩罚费用；f=1——枢纽k平均排队时间；k-kkn=k——枢纽k平均排队数量；(-)kk——枢纽k平均到达率；k——枢纽k平均服务率；k-25- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文aT——供需点间a类物资最大运送时长；Max——枢纽间规模效益因子，01；——枢纽与非枢纽节点间规模效益因子，01,；T——m、k间的在途可靠运输时间，k节点是枢纽；mk,T——节点k,j间在途可靠运输时间，k是枢纽节点，j为枢纽或需求kj,节点；V——当由节点i到j的货物经过枢纽k和枢纽t时，V=1；否则，iktj,,,iktj,,,V=0；iktj,,,Z——当节点i分配给枢纽k时，Z1；否则，Z0；ik,ik,ik,lllY——当候选节点中，k节点是l型枢纽时，Y=1；否则Y=0；kkkl4Y——l，当k节点是l型枢纽时，Yl=1；否则Yl=0；kYYkkkkll1p——枢纽数量；M——非常大的整数；约束(3-3)保证每个OD对间只有一条路径。约束(3-4)保证枢纽总数p。约束(3-5)、(3-6)设置了必要的决策变量来标定那些通过选定枢纽的路径，这里避免了以枢纽为起止点的路径和不正当的路径，如k→t→k→i、k→t→k→t(kt)等均不包含在模型中。约束(3-7)表明所有货物运送中都通过指定的枢纽。根据约束(3-8)和(3-9)，每个起点i都经过特定的枢纽，每个终点j也都经过特定的枢纽。地震条件下容量限制枢纽选址模型的可靠运输时间费用（在途可靠运输时间费用、枢纽内排队等待时间费用）以及超时惩罚费用在算法程序中体现在四维数组T[q][k][t][z]中。其中：aTTTik,,,kttjktTmaxaaaWTTTij,若ik,,,kttjktTmaxWTij,TTTik,,,kttjkta0,若TTTik,,,kttjktTmax原来目标函数可表示如公式(4-12)：-26- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文aminTTTTaaik,,,kttjktmaxWCij1fTTTik,,,kttjktViktj,,,iktjaTTTik,,,kttjkt(3-11)a设aTTTik,,,kttjktTmax(βTTiktj[][][][]1Ci,k+αTk,t+βTt,j+αωk+fTTTik,,,kttjktαωt)，则目标函数在程序中可简化为公式(4-13)：minaWTiktjVij[][][][]iktj,,,(3-12)iktja3.2.3模型求解Aykin’s1995年提了容量限制枢纽选址问题的启发式算法，由于Aykin’s算法在交换枢纽与非枢纽节点时，将分配给枢纽的起点一并交换，这样会导致陷入局部最优解。为了解决枢纽选址问题，本文对Aykin’s1995年提出算法进行修正，本算法包括两个部分：p枢纽位置初解、初解优化。3.2.3.1初解在寻找道路枢纽位置初解时将网络中所有的可选节点都考虑为枢纽，计算总成本。然后计算出关闭每一个枢纽的成本，比较后实际关闭成本增加最少的枢纽。当h枢纽被关闭时候，应将原来分配给它的全部i节点重新分配给枢纽集合中的r枢纽。每次循环比较闭合一个枢纽，直到剩下的枢纽总数量为p。本研究认为节点间的运行时间不随路径上交通量的大小而变化；且在运输车辆调度中同一组OD的行走路径都是相同的。3.2.3.2优化初解本文运用模拟退火算法，寻求前面获得初解的改善。1)模拟退火算法介绍1982年KirkPatrick将退火思想引入组合优化领域，提出求解大规模组合优化问题的算法，对NP完全组合优化问题尤其有效。模拟退火算法流程为：①初始化：初始温度T，初始解状态S，每个T值的迭代次数L；②对k=1，……，L做第③至第⑥步：③产生新解S′；④计算增量Δt′=C(S′)-C(S)，其中C(S)为评价函数；⑤若Δt′<0则接受S′作为新的当前解，否则以概率exp(-Δt′/T)接受S′作为新的当前解；⑥如果满足终止条件则输出当前解，作为最优解，结束程序；-27- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文⑦T逐渐减少，且T>0，然后转第②步。通常称调整模拟退火法的一系列重要参数为冷却进度表。一个冷却进度表应当规定下述参数：(1)控制参数初值T0：要求初始值t0的值要充分大，即开始即处于高温状态。(2)衰减函数：衰减函数用于控制温度的退火速度，一个常用的函数为：T(n+1)=K*T(n)，其中K是一个非常接近于1的常数。(3)马可夫链长度L：应选得在控制参数的每一取值上都能恢复准平衡。(4)终止条件：本文算法采用的终止条件为，当上一个最优解与最新的一个最优解的之差小于某个容差，即停止此次马尔可夫链的迭代。根据前面介绍的参数选取原则，本文设计冷却进度表见3-2：表3-2冷却进度表Table3-2Coolingschedule初始温度衰减参数马可夫链长度Metropolis的步长1000.9510000.022)基于模拟退火的初解优化算法在这一个阶段，交换p枢纽中每个枢纽与非枢纽节点中某一个节点的位置。计算交换后与交换前的费用差Rk,r，找出最大小值Uk,r，见公式(3-13)。URK,,rkminr(3-13)kH式中：Rk,r——r节点替换k节点作为枢纽的费用差。Uk,r在一些情况下可能是正值，在一些情况下也可能是负值。但为实现枢纽节点校正分配，有时在Uk,r为负值时也需要将结点r交换为枢纽。因此，算法计算接受概率。结点r和t是否交换按照公式(3-14)判断：/Tei,0fUrt,P1,ifUrt,0(3-14)=U/目标方程已知最优解tr,如果Ut,r<0，总接收交换；如果Ut,r≥0，当概率值算出后，将产生一个与接受替换概率比较的随机变量ω。如果ω费用*计算费用Yw△建设费计算枢纽个SIGNAL=0数的上界(B)p’=B结束图3-2地震条件下非容量限制货运枢纽选址问题计算流程图Diagram3-2Algorithmflowchartsofuncapacitiedfeighthublocationunderearthquake-35- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.3.3.3算法验证如图3-3所示，在四个备选枢纽中进行无容量限制枢纽选址。图中点1、2、3为供应点，点4、5为需求点，点6、7、8、9为备选枢纽点。供需分派量和各点间阻抗分别见表3-8和表3-9。算例中α=0.6，β=0.9。617894804523600图3-3节点分布图Diagram3-3Nodesdistributiondiagram表3-8供需量分派表Table3-8Supplyanddemanddistributiondiagram分派量Wij1234302005202030表3-9各节点间距离表Table3-9Distancebetweennodes距离12345678910282.14431.99182.33276.28179.58138.97319.06192.592282.140295.27132.5266.97361.73176.66348.45197.833431.99295.270390.9158.52355.77320.39211.18239.954182.33132.5390.90275.12311.37240.5375.33206.435276.28266.97158.52275.120206.54162.49122.8785.616179.58361.73355.77311.37206.54074.79175.9162.567138.97176.66320.39240.5162.4974.790180.497.448319.06348.45211.18375.33122.87175.9180.40168.789192.59197.83239.95206.4385.61162.5697.44168.780表3-10计算结果对比表Table3-10Calculatingresultscontrastiveanalysis低建设费（500/枢纽）高建设费（1000/枢纽）p枚举算法启发式算法枚举算法启发式算法运输费用优化解优化解运输费用优化解优化解136949.8637449.8637449.8636949.8637449.8637449.86236422.0137422.0137422.0136422.0137422.0137422.01336422.0137922.0137922.0136422.0137922.0137922.01436422.0138422.0138422.0136422.0138422.0138422.01[20]为测试启发式算法，对比O’Kelly等人提出的枚举算法。表3-10给出了测-36- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文试问题的运算结果。通过算例可知，本启发式算法可以同枚举法一样获得最优解。且本验证算例是小规模的，当选址问题规模大的时候，枚举法求解效率降低程度将很大，因此与枚举法相比，启发式算法可以效率地获得优化解。3.4本章小结本章首先以城市外围救援物资储备中心分布及储备量、各避难区的救援物资需求量为依据，运用优化理论预测依赖枢纽的救援物资调运量，从而确定依赖货运枢纽的货运流向与流量。地震条件下容量限制货运枢纽选址模型根据地震条件下路网和救援物资运输特点，以各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小为问题的费用函数。考虑到地震条件下应急物流运送具有强时效性，且地震条件下集中、大量救援物资导致容量限制枢纽出会现排队等待现象，目标函数中包含了超时惩罚费用、在途可靠运输时间费用和枢纽内等待时间费用。本章运用基于模拟退火的两步启发式算法来求解该模型，并通过随机建立网络评估模型。对比Aykin算法(1995)，本算法由于引入了平衡分配，使得由拥挤而导致的延时时间费用和总时间费用均得到改善；当排队情况发生时，容量限制枢纽选址模型及算法可以找到更优解。地震条件下非容量限制货运枢纽选址模型同样以各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小化为目标，不同之处是枢纽的个数是变量，枢纽设立费用包括在目标方程中，由于无容量限制，故不考虑枢纽内等待费用。地震条件下非容量限制货运枢纽选址模型可以在选址的同时获得枢纽个数的优化。本章提出确定枢纽个数上界的方法，运用模拟退火算法进行求解。通过算例对比启发式算法和O’Kelly等人提出的枚举算法，由测试结果可知启发式算法可得到最优化值。-37- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第4章地震条件下货运枢纽规划案例分析4.1案例分析背景长春市位于松辽平原断陷盆地内，伊舒地堑从东侧经过，西临松辽盆地地震构造带，南临华北地震带，受其影响，具有发生6级以上破坏性地震的危险性。且长春周围有活火山存在，火山活动期、特别是火山爆发会引起更高等级地震出现。全市有51%的面积为高烈度地区，是国务院确定的全国24个地震重点监视防御区之一，因此进行地震条件下货运枢纽规划非常有必要。本章以长春为例，图4-1主城建成区图Diagram4-1Built-upareaincentralcity进行地震条件下货运枢纽规划。长春主城建成区见图4-1。4.2基于灾区人员的救援物资货运需求及调运量分析4.2.1基于灾区人员的救援物资货运需求分析根据长春2020年交通总体规划文本，在长春市内划分交通小区，规划年推荐方案中市区人口达4502277人，规划年推荐方案交通大区人口分布见图4-2。运用避难生成预测与避难吸引预测得到长春市10个救援点（避难所）的分布与其基于灾区人员的救援物资货运需求量。救援点分布情况见图4-3，各救援点的救援物资货运需求量见表4-1。表4-1各救援点避难人员吸引数量表Table4-1Refugetripgenerationforecastresult救援点J1J2J3J4J5J6J7J8J9J10救援物资货运需求量327500497500540000470000592500592500405000330000345000260000-38- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图4-2规划年推荐方案交通小区人口分布图Diagram4-2Zones"planningpopulationdistributiondiagram图4-3救援点分布图Diagram4-3RescuePointdistributiondiagram4.2.2救援物资调运量分析4.2.2.1对外运输站点分布长春位于松辽平原中部，西北与辽源市相邻，西南与四平市相连，东南与吉林市相连，南临松原市；东北同黑龙江省接壤，西南与辽宁省相临。对外救援物资储备点设为四平、沈阳、哈尔滨、吉林、松原、辽源。各救援物资储备点到长春的距离及进出长春的运输点情况见表4-2。各进出点分布见图4-4。-39- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表4-2救援物资储备点与长春出入口的距离表Table4-2Distanceofrescuesuppliesreservepointsandentrance&exitpointsinChangchun小南大屯龙泉东站长春站沈哈长吉长哈长营302沈阳400400400四平120120120吉林128128121哈尔滨242242220辽源178159松原149186图4-4长春出入口运输站分布图Diagram4-4DistributionoftransportationstationinChangchunentrance&exit4.2.2.2救援物资调运量分析周边救援物资储备点与救援点平均距离见表4-3。周边救援物资储备点经不同运输站到救援点的距离见表4-4。根据介绍的救援物资调运模型及算法，得到周边救援物资储备点与救援点间物资调运量分布情况。根据各救援物资储备点经不同运输站与救援点间距离，将救援物资量分配给各运输点，分别见表4-5和表4-6。表4-3储备点与救援点平均距离表Table4-3AveragedistancebetweenreservepointsandrescuepointsJ1J2J3J4J5J6J7J8J9J10沈阳420.53418.57418.65416.67416.6416.67421417421.67418.67四平140.2138.57138.65136.67136.6136.67141137141.67138.67吉林139.8139.55133.79143136.51134.11132.28137.437135.04141.33哈尔滨246.98246.96247.12254247.17249.51250.28252.71253.33255.33辽源182.17177.58175.2181175.86176.11177.92176.391179.02175.11松原172.28176.08174.7180.5181.86180.77181.92185.566190.5188.5-40- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表4-4储备点经不同运输站与救援点距离表Table4-4Distancebetweenreservepointsandrescuepointswhichpassingbystation12345678910小南400.6409.7406.96411409.79410410413415416沈阳大屯427420421417418419422415420414高速434426428422422421431423430426小南120.6129.7126.96131129.79130130133135136四平大屯147140141137138139142135140134高速153146148142142141151143150146龙泉139141136.96145138137.8136.22141138146吉林东站137.41136.6132.41141134.54133.5131.81137.31136.49140高速143141132143137131128.81134130.62138小南242.6251.7248.96253251.79252252255257258哈尔滨长春站247.34247.2244.39252246.71248.5249.85251.13254253高速251242248257243248249252249255长春站183.34183.2180.39188182.71184.5185.85187.13190189辽源高速181172170174169167.7170165.65168.03161.21长春站154.34154.2151.39159153.71155.5156.85158.13161160松原高速190.22198198202210206207213220217表4-5储备点经不同运输点的物资调运量分布表Table4-5Distributionofsuppliesbetweenreservepointsandrescuepointspassingbystation供需终点12345678910小南000528020005389604409四大屯000516670005350804440平高速000507210005195704251松长火180802016033766600000原高速146698012259352400000龙泉00000399481329933721137370吉东站00000405971352383771143750林高速00000409751367693811168880辽长火00000000113120源高速00000000132620小南00010525100056396010沈大屯00010449800056261010阳高速00010387100055723010哈小南016424485370019565315620703750375尔长火016575586163019768215730803780378滨高速016750185537019916515746503770377-41- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表4-6储备点与救援点间物资调运量分布表Table4-6DistributionofsuppliesbetweenreservepointsandrescuepointsJ1J2J3J4J5J6J7J8J9J10供给ai四平000155190000159360013100327655松原32750002829301190000000611623吉林0000012152040500011303450000872655辽源000000000245740245741沈阳0003136200001683800301842151哈尔滨0497500257070059250047098001130011301820307需求bj32750049750054000047000059250059250040500033000034500026000057201344.3备选枢纽设定根据长春市对外交通节点（火车货运站、高速公路出入口）与长春市物流公司集聚区域分布情况，与之毗邻的干路上及干路交汇点上设定了21个备选枢纽，其分布情况见图4-5。图4-5备选枢纽分布图Diagram4-5Distributionofreservedhubs4.4地震条件下容量限制货运枢纽选址4.4.1各枢纽内消耗时间确定设各枢纽的集装货物流量为各枢纽货流量的1/400。各枢纽10日单位集装货物最大流经量、平均服务率与各枢纽平均到达率设计如表4-7。根据排队论公式计算平均等待时间：经过k枢纽单位集装货物总量Qk，设k-42- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文枢纽单位集装货物平均到达率=Qk/(10*24)（单位集装货物/h），k枢纽单位集装货物平均服务率为µ。k枢纽单位集装货物平均等待时间根据ω=1/N(µ-)计算。考虑枢纽内集中装卸操作的规模经济，设单位集装货物规模修正系数为0.6。结果见表4-7。表4-7各枢纽平均修正费用消耗表Table4-7Aervageamendmenttimecostconsumeinhubs单位集装货单位集装货单位集装货单位集装货单位货物单位货物No.物最大流量物µ物物修正ω(h)ω(h)修正ω(h)/10d(N=2)11000154.500.0570.0002380.0001421000154.500.0570.0002380.00014330002511.450.0440.0001840.0001141000154.500.0570.0002380.0001451000154.500.0570.0002380.0001461000154.500.0570.0002380.00014735002513.000.0500.0002080.0001381500154.500.0570.0002380.0001491000154.500.0570.0002380.00014101500154.430.0570.0002370.00014111000154.500.0570.0002380.00014121500154.500.0570.0002380.00014131000154.500.0570.0002380.00014141500154.500.0570.0002380.00014151000154.500.0570.0002380.00014161000154.500.0570.0002380.000141730002511.050.0430.0001790.00010181000153.000.0500.0002080.00012191500255.110.0300.0001260.00007201000154.500.0570.0002380.00014SG1000153.590.0530.0002190.00013火车站0.0300.0001260.000084.4.2地震条件下容量限制货运枢纽选址结果由于缺少城市道路路基、桥梁结构、桥梁型式等数据，本案例只考虑桥梁个数对路径可靠度的影响，每含一座桥路径整体可靠度需修正0.9，表给出了路径含桥梁个数、部分修正运输距离（枢纽与非枢纽间修正0.9，枢纽间修正0.6）。从而得到枢纽内等待费用、在途运输费用以及总费用。各参数见表4-8。且城市内地震条件下修正速度简化假定为30km/h。表4-8参数设计表Table4-8Parameterdesigntable枢纽间运输折减枢纽与非枢纽间运输折减桥梁单元连通折减0.60.90.9本章分别计算枢纽设定个数为7、8、9、10、11时地震条件下货运枢纽选址与路径选择问题。以7个枢纽选址与路径选择为例，其最优方案见表4-9。-43- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表4-9地震条件下容量限制枢纽运送费用表（枢纽个数为7时）Table4-9Transpotationcostincapacitedhubunderearthquake(p=7)在途可靠等待时间单位货在途运输枢纽等待路径（桥梁数）总费用运输时间(*0.6)物量费用费用沈哈高速-18-10-Z4：(1)0.77/0.90.00026715459213226241.2245132303.3沈哈高速-18-18-Z8：(1)0.56/0.90.00012710768067000.8913.639467014.53沈哈高速-18-18-Z10：(0)0.44/10.00012742611874.840.539721875.38长哈高速-17-19-Z2：(0)0.67/10.000183167501111667.330.7085111698长哈高速-17-3-Z3：(0)0.64/10.0002178553754743.6818.533054762.21长哈高速-17-17-Z5：(1)0.72/0.90.000107199165160069.621.2442160090.9长哈高速-17-7-Z6：(2)0.72/0.810.000233157465140616.936.7418140653.6长哈高速-17-10-Z8：(2)0.78/0.810.00025377364.590.09425364.6827长哈高速-17-18-Z10：(2)0.84/10.000233377316.680.08796316.77长营高速-18-18-Z10：(0)0.08/10.00012713262010609.616.798510626.4长吉高速-7-7-Z6：(0)0.40/10.0001274097516526.585.1901616531.77长吉高速-7-7-Z7：(1)0.47/0.90.00012713676970917.2617.324070934.58长吉高速-7-7-Z8：(1)0.52/0.90.000127381221.540.04826221.59长吉高速-SG-SG-Z9：(0)0.44/10.0001311688851430.7215.195451445.92302国道-17-17-Z1：(0)0.24/10.00010714669835696.5115.647735712.16302国道-17-3-Z3：(0)0.33/10.00021712259340864.3326.561840890.9302国道-17-19-Z4：(0)0.38/10.000183524197.370.09606197.47小南-19-Z4：(0)0.27/10.0001515805343201.1523.707943224.86小南-7-Z8：(1)0.34/0.90.000211029142073.9722.058242096.03小南-18-Z10：(0)0.34/10.000244191502.460.88381503.34大屯-10-Z4：(1)0.47/0.90.00021715616580974.4433.835781008.28大屯-10-Z8：(1)0.38/0.90.00021710976946753.4623.783246777.25大屯-18-Z10：(0)0.32/10.0002445014240.891424.89龙泉-7-Z6：(2)0.22/0.810.00023994811014.477.989611022.46龙泉-7-Z7：(0)0.29/30.000213299312708.2226.598612734.82龙泉-7-Z8：(3)0.34/0.730.0002372175.200.0744175.27龙泉-SG-Z9：(0)0.24/10.0002071137372767623.505627699.51东站-7-Z6：(0)0.14/10.0002405975548.268.11945556.38东站-7-Z7：(0)0.20/0.90.000213523829552.0127.047629579.06东站-7-Z8：(0)0.25/10.000237795.510.075495.58东站-SG-Z9：(0)0.23/0.90.00020711437529229.1723.637529252.8长春火车站-3-Z2：(2)0.21/0.810.00018716575542291.430.940942322.34长春火车站-3-Z3：(0)0.087/10.000187861637467.4616.08377483.54长春火车站-3-Z5：(0)0.17/10.00018719768233605.9436.900633642.84长春火车站-7-Z6：(0)0.16/10.000215730825169.2831.461625200.74长春火车站-10-Z8：(4)0.27/0.660.000217378153.640.0819153.72长春火车站-18-Z10：(0)0.28/10.0002378105.840.0756105.92小南-3-Z3：(0)0.15/10.0001878537012805.515.935712821.44小南-3-Z5：(0)0.23/10.00018719565345652.3736.521845688.89小南-7-Z6：(0)0.22/10.000215620734886.2331.241434917.47小南-7-Z8：(1)0.34/0.90.0002375143.05560.075143.13小南-18-Z10：(0)0.34/10.0002375127.50.075127.58长春火车站-18-Z10：0.28/10.000211312031673.622.62431696.22-44- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文表4-9（续表）在途可靠等待时间单位货在途运输枢纽等待路径（桥梁数）总费用运输时间(*0.6)物量费用费用长春火车站-17-Z1：(0)0.20/10.00018318080235557.7333.147035590.87长春火车站-3-Z3：(0)0.09/10.00018716033713895.8729.929513925.8长春火车站-19-Z4：(0)0.27/10.00015666177.60.0999177.701552083791.7131552875地震条件下容量限制货运枢纽选址问题(p=7)的具体枢纽分布及路径选择情况见图4-6。其中红色实心圈为选定的枢纽点，浅蓝色空心圈为未被选为枢纽的备选点，黄色实心圈为城市主要出入口，绿色实心圈为救援点。图4-6地震条件下7个枢纽选址及路径选择最优方案图Diagram4-6Location-spokeresultof7hubsunderearthquake分别对枢纽个数为7、8、9、10、11时，5种地震条件下容量限制货运枢纽选址结果进行分析，见图4-7。如图4-7(a)所示，随着枢纽个数的增加在途运输费用是增加的，但达到一定枢纽个数后，枢纽个数继续增加，在途运输费用的降低不再明显。如图4-7(b)所示，枢纽等待费用随着枢纽个数的增加是递增的，同样当达到一定枢纽个数后，枢纽个数继续增加枢纽等待费用的增加趋势便缓慢。如图4-7(c)所示，由于地震条件下货运枢纽选址总目标费用是在途运输费用和枢纽等待费用共同作用的，总费用随着枢纽个数的增加是降低的，当达到一定枢纽个数后，总运输费用的降低程度也便缓慢。因此枢纽个数制定是容量限制枢纽选址的一个重要问题。一般容量限制货运枢纽的个数，不应该大于非容量限制-45- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文货运枢纽选址优化出的枢纽个数。因此，地震条件下容量限制货运枢纽选址模型更适用于地震危害性较小、交通设施用地受限的城市进行地震条件下枢纽选址。16000001550000150000014500007891011在途可靠运输时间费用系列11552294.2331533828.6671516893.1671498857.0671498840.733枢纽个数图4-7(a)不同枢纽个数在途可靠运输时间费用比较Diagram4-7(a)Comparationoftransportationtimecostofdifferenthubnumber900850800750枢纽内等待时间费用7891011系列1791.5333817844.3333850.3869.9667枢纽个数图4-7(b)不同枢纽个数枢纽等待时间费用比较Diagram4-7(b)Comparationofwaitingtimecostinhubofdifferenthubnumber160000015500001500000总时间费用14500007891011系列11553085.81534645.6331517737.5331499707.3331499710.7枢纽个数图4-7(c)不同枢纽个数总时间费用比较Diagram4-7(c)Comparationoftotletimecostofdifferenthubnumber4.5地震条件下非容量限制货运枢纽选址根据地震条件下无容量限制货运枢纽选址模型与算法得到，地震条件下非容量限制不同货运枢纽个数方案的路径及在途运输费用如表4-10所示。设定枢纽建设时间费用为18333.33（设地震条件下城市内货运速度为30km/h，将枢纽建设时间费用等价为里程费用时为550000），p枢纽的建设费用-46- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文与救援物资运输费用见表4-10，得到最优枢纽各数为8。表4-10非容量限制不同枢纽个数费用对比表Table4-10Costcontrasttableofdifferenthubnumberunderuncapacitedhublocationproblem运输运费减建设建设费p枢纽设置总费用费用少量费用增加量162299069——18333——2317402…………——————————73、7、8、10、17、19、SG1552294——1283331833316806283、7、8、10、17、19、20、8153382918466146667183331680495SG3、7、8、10、12、17、19、915168931693616500018333168189320、SG3、7、8、10、12、17、18、1014988571803618333318333168219019、20、SG3、7、8、10、12、16、17、1114988411620166718333170050718、19、20、SG最优方案中各枢纽职能划分见表4-11。表4-11枢纽职能划分Table4-11Hubfunctionsdivide枢纽职能枢纽编号道路对外枢纽18、17、20道路中转枢纽10、19、3、7、18、SG道路铁路中转10、19、3、7、18、SG、17最优方案中各枢纽货流量见表4-12。表4-12枢纽货流量表Table4-12Cargoflowinhubs枢纽编号371017181920SG货流量10990909728994255421061039276555490989295013345000最优化方案枢纽分布及路径情况见图4-8。其中红色实心圈为非容量限制枢纽选址最优方案的选定枢纽点，浅蓝色空心圈为未被选为枢纽的备选点，黄色实心圈为城市主要出入口，绿色实心圈为救援点。-47- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文图4-8最优化方案枢纽分布及路径选择示意图Diagram4-8Hublocateonandthespokediagrammaticsketchoftheoptimalcase-48- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文结论本文在查阅国内外灾害管理与枢纽选址文献的基础上，分析了目前货运枢纽规划中灾害保障问题的不足，将地震条件下货运网络与货运需求分析引入地震条件下货运枢纽规划中。本文在对地震条件下依赖货运枢纽的需求预测方法分析基础上，建立地震条件下容量限制和非容量限制货运枢纽选址模型，提出基于模拟退火算法的启发式算法，并通过编程实现。运用案例验证了规划方法的可行性。本文研究成果如下：一、在途可靠运输时间概念提出在讨论震害下路段运行速度修正、高等级道路进入低等级道路延误损失的基础上，提出地震条件下货运网络的路径阻抗——在途可靠运输时间的概念，并给出计算公式。二、地震条件下依赖货运枢纽的需求预测(1)以交通产生模型为基础，引入不同用地类型不同时间段的吸纳权重因子，提出避难人员生成量预测模型；以交通吸引模型为基础，将避难区位优势量化为：小区可能集聚水平、小区自身避难功能水平、小区区位救援优势，提出避难人员吸引量预测模型。(2)以震情、灾情信息、季节因素为计算依据，设计了救援需求概念模型，估算各救援点依赖城市货运枢纽运输的救援物资需求量。三、地震条件下枢纽选址模型建立(1)根据地震条件下路网和救援物资运输特点，以各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小化为地震条件下货运枢纽选址问题的费用函数。目标函数中包括了枢纽内等待时间费、超时惩罚费用和在途可靠运输时间费用。在约束中限制了枢纽的总个数、O/D间枢纽个数和路径个数。(2)讨论地震条件下非容量限制货运枢纽选址与容量限制货运枢纽选址的异同，将枢纽建设费用包括在目标方程中；由于枢纽容量不受限制，将枢纽内等待费用从可靠运输时间中去除，以各类物资运送时间约束下总物资可靠运输时间最小化为目标，提出在选址的同时获得枢纽个数的地震条件下非容量限制货运枢纽选址模型。四、基于模拟退火的启发式算法VC++编程实现及验证(1)提出地震条件下容量限制枢纽选址模型的两步启发式算法。第一步通过淘汰法初步确定p个枢纽，得到初解；第二步基于模拟退火算法，通过交换枢纽与非枢纽进行初解优化。随机建立网络评估模型，对比Aykin算法，从结果可以看-49- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文出，引入平衡分配节点的启发式算法，使得由拥挤而导致的延时时间费用和总时间费用均得到改善。(2)运用基于模拟退火的启发式算法，求解地震条件下容量限制枢纽选址模型的。本文针对地震条件下非容量限制枢纽选址问题，通过确定枢纽个数上界，运用基于模拟退火启发式算法进行求解，并进行算法验证。对比枚举法，从结果得到，该启发式算法可得到最优化值。(3)基于VC实现所提出的启发式算法。程序编写中通过备选枢纽数组中元素的循环交换及删减来完成模拟退火中新解的产生，并通过多次试验，得到合理的冷却表。本程序可以有效实现容量限制与非容量限制枢纽选址问题的优化解决。四、存在问题与展望(1)本文由于缺乏城市建筑分布、建筑层数类型、交通设施场地土类型、沿街建筑类型、桥梁类型等数据，因此案例中救援物资需求量估算和道路连通可靠度估算采用简易方法，而实际货运枢纽规划需要结合当地城市规划中数据进行。随着城市地理信息系统的不断推广，许多城市已经建立了城市GIS系统，它在城市规划、抗震、防灾等领域得到了广泛应用。未来研究可以结合城市GIS系统，开发具有地震条件下救援物资分配、货运枢纽规划、救援物资运送路径规划功能的应用系统。(2)本文中假设地震条件下无容量限制的枢纽建设费用是固定的，而实际中枢纽建设费用与枢纽建设规模有关，在未来研究中应将枢纽建设费用这一变量考虑到模型中，通过迭代计算，获得优化方案。由于救援物资供应点的供应量是根据救援点所在地行政等级、经济水平等预测的，因此地震条件下货运枢纽规划也可以理解为是按照区域间发展能力规划枢纽设施，可以同时保障区域间平/灾条件下经济发展与社会安全。因此枢纽的建设费用要从平/灾综合效益角度进一步讨论。(3)本文以城市为研究对象，讨论保障城市居民救援需求的枢纽选址问题。在未来研究中该问题可以推广到区域，可以讨论某区域发生地震灾害条件下，区域枢纽规划情况，即区域枢纽位置、规模、服务水平等即能保障所在城市救援需求，又承担区域救援保障职责。-50- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文参考文献1MohammadSaadatseresht.Evacuationplanningusingmultiobjectiveevolutionaryoptimizationapproach.EuropeanJournalofOperationalResearch.2009,198:305~3142AlexanderStepanov.Multi-objectiveevacuationroutingintransportationnetworks.EuropeanJournalofOperationalResearch.2009,198(4):435~4463NaoyukiKamiyama.Anefficientalgorithmfortheevacuationprobleminacertainclassofnetworkswithuniformpath-lengths.DiscreteAppliedMathematics.2009,044ElbaUrbina,BrianWolshon.Nationalreviewofhurricaneevacuationplansandpolicies:acomparisonandcontrastofstatepractices.TransportationResearchPartA:PolicyandPractice.2003,37(3):257~2755FernandoOrdóñez.Atwo-stagestochasticprogrammingmodelfortransportationnetworkprotection.Computers&OperationsResearch.2009,36(5):1582~15906HaghaniA..Formulationandsolutionofamulti-commoditymulti-modalnetworkflowmodelfordisasterreliefoperations.TransportationResearchPartA.1996,30:231~2507FiedrichF.,GehbauerF.,RickersU.Optimizedresourceallocationforemergencyresponseafterearthquakedisasters.SafetyScience.2000,35:41~578WeiYi,LinetÖzdamar.Adynamiclogisticscoordinationmodelforevacuationandsupportindisasterresponseactivities.EuropeanJournalofOperationalResearch.2007,179(3):1177~11939Jean-YvesPotvin,YingXu,IlhamBenyahia.Vehicleroutingandschedulingwithdynamictraveltimes.Computers&OperationsResearch.2006,33(4):1129~113710LinetOzdamar.EmergencyLogisticsPlanninginNaturalDisastersAnnalsofOperationsResearch.2004,129:217~24511G.Derekenaris.Integrating3Gtechnologiesfortheeffectivemanagementofambulances.Computers,EnvironmentandUrbanSystems.2001,25(3):267~27812ArunJotshi,QiangGong.Dispatchingandroutingofemergencyvehiclesindisastermitigationusingdatafusion.Socio-EconomicPlanningSciences.2009,43(1):1~2413StefanP,MariaGS.ANewAlgorithmforReoptimizingPathswhentheArcCostsChange.OperationsResearchLetters.2003,(31):149~16014S.Ichoua,M.Gendreau,J.Y.Potvin.Vehicledispatchingwithtime-dependenttraveltimes.EuropeanJournalofOperationalResearch.2003,144:379~39615WodzimiersOryczak.Oncent-diansofgeneralnetworks.LocationScience.1997,-51- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文5(1):15-2816VladimirMarianov,CharlesRevelle.Thequeuingprobabilisticlocationsetcoveringandsomeextension.Socio-EconomicPlanningScience.1994,28:167~17817MasoodABadri,AmrKMortagy,ColonelAliAlsayed.Amulti-objectivemodelforlocatingfirestations.EuropeanJournalofOperationalResearch.1998,110:243~26018BAdenso-diaz,FRodriguez.AsimplesearchheuristicfortheMCLP:Applicationtothelocationoftheambulancebasesinaruralregion.Omege.1997,25:181~18719TimothyC.Matisziw,AlanT.Murray.Sitingafacilityincontinuousspacetomaximizecoverageofaregion.Socio-EconomicPlanningSciences.2009,43(2):131~13920M.E.O"Kelly.Hublocationwithfolweconomiesofscale.TransportationReseachpartB.1986,32(8):605~61621M.E.O"Kelly.TheLocationofInteractingHubFacilities.TRANSPORTATIONSCIENCE.1986,20(2):92~10622JOHNG.KLINCEWICZ.Adualalgorithmfortheuncapacitatedhublocationproblem.LocationScience.1996,4(3):173~18423DarkoSkorin-Kapov,JadrankaSkorin-Kapov,MortonO"Kelly.Tightlinearprogrammingrelaxationsofuncapacitatedp-hubmedianproblems.EuropeanJournalofOperationalResearch.1996,94(3):582~59324M.E.O"Kelly,D.Bryan.Hubnetworkdesignwithsingleandmultipleallocation:Acomputationalstudy.LocationScience.1997,4(3):125~13825TurgutAykin.Thehublocationandroutingproblems.EuropeanJournalofOperationalResearch83.1995:200~21926A.ErnstandM.Krishnamoorthy.Efficientalgorithmsfortheuncapacitatedsingleallocationp-hubmedianproblem.LocationScience.1996,4(3):139~15427JozefKratica,ZoricaStanimirović.Twogeneticalgorithmsforsolvingtheuncapacitatedsingleallocationp-hubmedianproblem.EuropeanJournalofOperationalResearch.2007,182(1):15~2828JinhyeonSohn,SungsooPark.Alinearprogramforthetwo-hublocationproblem.EuropeanJournalofOperationalResearch100.1997:617~62229JamieEbery,MohanKrishnamoorthy,AndreasErnst,NatashiaBoland.Thecapacitatedmultipleallocationhublocationproblem:Formulationsandalgorithms.EuropeanJournalofOperationalResearch120.2000:614~63130H.W.Hamacher,M.Labbe.Adaptingpolyhedralpropertiesfromfacilitytohublocationproblems.DiscreteAppliedMathematics.2004,145(1):104~116-52- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文31B.Y.KaraandB.C.Tansel.Onthesingle-assignmentp-hubcenterproblem.EuropeanJournalofOperationalResearch.2000,125(3):648~65532HaticeCalık,SibelA.Alumur,BaharY.Kara,OyaE.Karasan.Atabu-searchbasedheuristicforthehubcoveringproblemoverincompletehubnetworks.Computers&OperationsResearch.2009,36(12):3088~309633AndreasT.Ernst,HorstHamacher,HouyuanJiang,MohanKrishnamoorthy.Uncapacitatedsingleandmultipleallocationp-hubcenterproblems.Computers&OperationsResearch.2009,36(7):2230~224134袁建平.城市灾时大范围人员应急疏散探讨.自然灾害学报.2005,14(6):116~11935吴薇薇,宁宣熙.紧急疏散网络防堵塞改造研究.系统工程学报.2006,21(3):244~24836吴薇薇,宁宣熙.基于不同路径选择方案对紧急疏散网络中随机流Monte-Carlo仿真研究.山东大学学报（理工版）.2006,20(6):71~8037卢兆明,林鹏,黄河潮.基于GIS的都市应急疏散系统.中国公共安全学术版.2005,08(2):35~3738缪成,许维胜,吴启迪.大规模应急救援物资运输模型的构建与求解.系统工程.2006,24(11):6~1239安李军,张建勇.紧急救灾物资物流配送系统研究.天津职业大学学报.2006,15(02):37~4040计雷.突发事件应急管理.中国科学院研究生院工程硕士教材.2005:100~10141张毅,郭晓汾,王笑风.应急救援物资车辆运输线路的选择.安全与环境学报.2006,6(3):51~5342秦小虎.城市交通紧急事件处理与安全系统模型及应用研究.重庆大学博士学位论文.2005:36~5543刘建,邓云峰,宋存义.基于地理信息系统(GIS)的应急调度中最佳路径的一种选择方法.中国安全科学学报.2006,16(4):9~1244刘丽霞,杨骅飞.突发事件等复杂情形下的交通路径选择问题.北京联合大学学报(自然科学版).2004,18(3):67~7145王培宏.城市交通事件应急管理系统及其理论问题的研究.天津大学硕士学位论文.2005:55~6346吴艳.应急系统选址问题的优化.西安电子科技大学硕士论文.200847汪定伟,张国祥.突发性灾害救援中心选址优化的模型与算法.东北大学学报（自然科学版）.2005,26(10):953-956-53- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文48陈志宗,尤建新重.大突发事件应急救援设施选址的多目标决策模型.管理科学.2006,19(4):10-1449姜涛,朱金福.应急设施鲁棒优化选址模型及算法．交通运输工程学报,2007,7(5):101~10550张颉,任福田,肖秋生.城市客运枢纽选址方法.北京工业大学学报.1991,17(4):21~2551袁虹,陆化普.综合交通枢纽布局规划模型与方法研究.公路交通科技.2001,18(3):01~10552晏启鹏,王忠强.AHP在公路主枢纽站场总体布局规划中的应用.西南交通大学学报.1999,34(2):223~22753刘灿齐.现代交通规划学.人民交通出版社.200154郭晓汾,徐双应,闫广维.基于灰加权关联度的公路主枢纽站场布局决策方法.中国公路学报.1997,10(3):83~8855董千里.站场规划方案综合评价的AHP-F隶属度合成法.西安公路交通大学学报.1995,15(4):84~8956刘有军,晏克非.城市交通枢纽规划方案的模糊多目标决策研究.华中科技大学学报（城市科学版）.2006,23(2):63~6657田园.综合交通枢纽客运站布局评价的定量优化方法研究.交通标准化.2006(5):32~3658陈秀锋,王俊波,马淋淋.公路主枢纽布局方案评价方法研究.青岛理工大学学报.2006,27(2):107~11059刘灿齐.交通枢纽选址与网络设计同时优化的模型与算法.公路交通科技.2003,20(3):113~11660陈艳艳,刘小明,梁颖.可靠度在交通系统规划与管理中的应用.人民交通出版社.200661倪永军,吕高峰,黄世敏,符圣聪.基于GIS的城市道路交通系统震害预测与连通性分析.四川大学学报（工程科学版）.2007,39:163-16762宋建学,李杰.震后城市交通系统连通性模拟.自然灾害学报.1996,5(1):73-7863许添本,吕奖慧.地震救灾最小风险路径选择模式之建立与应用.国立台湾大学(台大工程)学刊.2002,85:33~4864柳春光,张敬伟.交通系统地震服务性能分析.地震工程与工程振动.2006,26(4):182~18665尹之潜,李树桢.震害与地震损失的估计方法.地震工程与工程振动.1990,-54- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文10(1):87~9666廖旭,高常波,韩绍欣.不同时刻地震直接人员伤亡人数的预测.自然灾害学报.1999,04:92-9667陈杰.基于遗传算法的应急物资运输调度.哈尔滨工业大学硕士学位论文.200668王杏.救灾物流中的物资调运模型研究.北京交通大学硕士学位论文.2007-55- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文攻读学位期间发表的学术论文1.ANShi,YELei.Optimallocationofhubundertheconditionofearthquake.The9thInternationalConferenceofChineseTransportationProfessionals.2009,8（以录用）-56- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《地震条件下城市货运枢纽规划问题研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书《地震条件下城市货运枢纽规划问题研究》系本人在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨工业大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨工业大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。本人授权哈尔滨工业大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□√。（请在以上相应方框内打“√”）-57- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文致谢终于决心来完成这篇致谢。完成它代表着整个硕士论文的收尾，完成它又代表着向整个大学生涯的告别，无法言说的复杂心情让我久久无法平静。光阴似箭，两年充实而美好的研究生生活犹如漏斗中的沙石已悄然流进昨日，在这学生生涯即将谢幕之际，我深深地鞠躬，真挚地感谢：感谢我的导师安实教授，是您将我带入这个团结向上的课题组，是您将我带入交通应急这个领域，给予了我优质的科研条件。您不但在学业上为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨；生活上还给予我关心和鼓励。您饱满的事业热忱、严肃的求是态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深地影响和激励着我。您即是我学术上的导师，还是我人生中的航标灯。感谢王健副教授，从本论文选题到完成，您倾注了大量心血，给予我很多宝贵的意见和指导，真诚地感谢您对我热情的帮助。感谢麦强老师、程绍武老师、王华老师、李松龄老师、冯树民老师、马艳丽老师对本论文提出的宝贵意见。感谢裴玉龙教授、张亚平教授，您们对我论文的细心审查与悉心指导，使我受益匪浅，您们的学术权威增添了本论文的学术份量。感谢课题组的老师们，你们在工程项目中给予我的帮助和指导让我收获了许多。感谢交通学院每一位尊敬的恩师，是您们辛勤耕耘和无私奉献，为莘莘学子播下了知识的种子，您们辛苦了！感谢我亲爱的同学们，回首研究生时光，最难忘的就是和你们共同学习、工作、奋斗的日日夜夜，有了你们我的研究生生涯才如此美丽和快乐，感谢你们给予我的所有鼓励和支持。我还要感谢我的父母和亲人，是您们一直以来默默的支持和关爱，让我渡过人生中的每一个难关，让我从容地步入社会开始自己的人生之路。您们的养育之恩我铭记于心。最后感谢哈工大这座圣洁的象牙塔，感谢你给予了我向前行走更远的力量，给予了我终生的良师益友。母校，你是我终生的骄傲。-58- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文附录A从高等级道路进入较低等级道路时的总延误推导过程为：xBCDOtMA图2-1由高等级道路进入低等级道路距离时间图Diagram2-1Time-distancediagramofhigh-graderoadtolow-graderoad如图2-1所示，直线AMC斜率为u1，过A(0,-(nl+(n-1)h1))，其中hk1u，111n-1故有AMC：xutnl-—①。直线OM过O(0,0)点，斜率为交通波波速1ku11ukuk-ukuk-22112211w，故直线OM：xt—②。由①②得：M(-kk-kk-2121kunln11-1kk2-1kunln11-1ukuk22-11,-)。kuukuk1122-11ukuk22-122C点过直线AMC和t轴，得，OC＝tc＝nl/u1＋(n-1)/k1u1。kunn11l-1ukuk22-12AO∥BM⊥t轴，根据三角形相似原理得BC。uukuk1221-2u21kunln1-1ukuk221-1直线MD的斜率为u2，故BD=u2×BM=。ukuk-2212CD为救援车车队（n辆）从高等级道路进入较低等级道路时的总延误。kunln11-1ukuk22-11uu12-1CDBDBC-。uukuk1221-1-1- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文附录B#include#include#include#include#include#includevoidFun();voidMain2();voidmain(){Fun();Main2();}inta[21],H[21];//备选枢纽集合，枢纽集合doubleB[10][10];//费用集合,*数组赋值省略intV[10][21][21][10],tempV[10][21][21][10];//路径，路径路阻doubleT[10][21][21][10];//路阻,*数组赋值省略doubleW[10][10];//货运量doubleb[10][21][21][10];//路径费用intK1[10][10],tempK1[10][10];//选定第一个枢纽，备份选定第一个枢纽intT1[10][10],tempT1[10][10];//选定第二个枢纽，备份选定第二个枢纽doubleC,BM;//删除枢纽与不删枢纽费用差最小值，删除M后费用（费用差最小）doubleBm[21],Bx[21];//删除m后费用，删除x后费用intM,p;//删除后费用差最小的枢纽序号，枢纽个数voidFun(){scanf("%d",&p);//输入枢纽个数pscanf("输入W");for(intmm=0;mm<10;mm++){for(intnn=0;nn<10;nn++)scanf("%d",W[mm][nn]);}scanf("输入T");for(intq=0;q<10;q++)for(intz=0;z<10;z++)for(intk=0;k=p;x--){Bx[x]=0;for(inti=0;ia[j+1]){intterm=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=term;}}for(i=0;i<=x-1;i++){H[i]=a[i];}-4- 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文}else{for(i=1;i<=x;i++)//a[]元素按由小到大排列for(intj=0;j<=x-i;j++){if(a[j]>a[j+1]){intterm=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=term;}}temp=a[M];a[M]=a[x];a[x]=temp;//交换第M+1小的元素与最后元素for(i=1;i<=x-1;i++)//前x个元素a[0]~a[(x-1)]按从小到大排列for(intj=0;j<=x-1-i;j++){if(a[j]>a[j+1]){intterm=a[j];a[j]=a[j+1];a[j+1]=term;}}for(i=0;i<=x-1;i++){H[i]=a[i];}}}printf("初解结果");printf("theinitialhubnumbersare:n");for(i=0;izJ){zJ=zj[j+1];J=j+1;}}temp=a[m];a[m]=a[J];a[J]=temp;//交换枢纽m和最优非枢纽Jfor(inti=0;iLastB)//判断是否全局最优解{CopyMemory(PreBestV,BestV,10*21*21*10*4);//保留寻得解为最优解CopyMemory(BestV,NextV,10*21*21*10*4);temp=a[m];a[m]=a[J];a[J]=temp;for(inti=0;i0)//Metropolis过程{CopyMemory(PreV,NextV,10*21*21*10*4);//接收新解，交换枢纽m和Jtemp=a[m];a[m]=a[J];a[J]=temp;for(inti=0;irnd){CopyMemory(PreV,NextV,10*21*21*10*4);temp=a[m];a[m]=a[J];a[J]=temp;for(inti=0;i