关键词:
消防应急资源规划
可靠覆盖模型
优先通行权路径规划
非线性混合整数多目标优化
协同调度机制
摘要:
本研究面向城市应急资源建设规划需求,针对城市建设规划中的消防站选址问题和火灾响应时的消防车辆调派策略及最优路径选择问题,构建了基于可靠覆盖与通行权优先协同优化的消防应急资源配置框架。
针对消防站选址优化问题,本研究基于消防站固有的忙碌率,提出了可靠覆盖效能的概念,用于评估消防选址规划带来的减灾效益。基于以上基础提出了基于可靠覆盖的消防站选址优化方法与模型,通过同时优化消防站建设成本、消防覆盖效能和由于消防系统过载状态导致的潜在火灾损失,得出最优的城市消防站建设规划,实现了“经济效益”和“安全效益”的均衡优化。
针对火灾响应时的消防车辆调派与路径选择问题,本研究首先推导了保障消防车优先通行权的交通引导方法,然后使用标准载客单元将包含消防车辆的混合交通流转换为了同质的稳态交通流,提出了混合交通流中消防车辆路权优先的数学表征方法。根据以上分析和假设本研究构建了基于优先通行权的消防车辆路径优化模型,该模型可以协调多消防站、多消防车队的协同火灾救援,保障火灾救援时效性的同时尽可能降低在返程路径中消防车辆对城市路网的干扰,为消防指挥中心提供科学合理的调度策略参考和路径指引建议。
最后本研究选取了杭州市“萧山国际机场区域”进行了实例研究。首先使用了选址优化模型进行了“经济效益优先”和“安全效益优先”双场景演算,证明了选址优化模型可以高效均衡安全效益和经济效益。随后在选址模型场景一的结果中使用了路径优化模型分别在早高峰、平峰和晚高峰场景进行了演算,结果不仅契合三时段交通流特征,还表明路径优化模型可以保证最速火灾响应的同时降低城市网络扰动。
综上,本研究提出了一种基于可靠覆盖和路权优先的两阶段应急资源规划理论方法,该理论方法可以为城市建设部门和消防指挥中心提供兼顾经济与安全的消防站选址建议和火灾救援的最优调度和最快路径,尽可能加快应急响应速度并减少火灾事故带来的损失。