危险品运输事故下路网级联失效后果研究

2015-06-21马艺芸

黑龙江交通科技 2015年10期

关键词：危险品级联后果

马艺芸

(西南交通大学)

危险品运输事故下路网级联失效后果研究

马艺芸

(西南交通大学)

在危险品运输事故事件下，驾驶者在路径选择是便捷性不再是最重要的考虑因素。而安全性成为驾驶者首要的考虑因素。本文引入了路段的感知危险参数。不改变出行目的的驾驶者倾向于选择感知危险小的路径到达目的地。本文利用以上思想，构建级联失效模型，评价危险品运输事故事件引起的路段失效造成的的级联失效后果，并设计迭代算法对模型进行求解。

危险品运输事故;级联失效;流量分配策略;风险后果

1 问题描述

危险品运输事故事件，可能由于各种原因造成边的初始中断，导致该边在路网中被移除。路网中路段的初始中断会让路网的流量再分配，因为各路段具有容量限制，因此经过再分配后，某些边的流量可能会超过它的最大流量限制，这些路段因而发生中断。又可能产生新一轮的流量再分配，直到不再有新的失效路段产生后停止，这种现象叫做级联失效。而在危险品运输事故下，失效路段的流量将如何进行再分配，是本文研究的核心内容。

危险品运输事故具有破坏力大的特点，会让居民产生恐慌心理，因此在再分配过程中，路径的行程时间已经不在是最重要的考虑因素，安全性则是他们最首要的考量。本文在上述条件下，建立模型，分析危险品运输事故对路网造成的级联失效后果。

2 模型建立

2.1 级联失效模型建立

描述模型如下:

在路网发生危险品运输事故后，OD需求将根据危险感知矩阵进行最短路分配。如果重新分配后的流量超过了路段的最大流量限制，则出现新的失效路段，前后两次迭代为:

式中:Xn为第n次迭代的边流量;Tn为第n次迭代时的阻抗向量;Z表示最短路分配模型对应的映射。

当交通负荷没有超过最大通行能力时，说明路段处于正常状态，可采用采用美国联邦公路局的BPR函数计算阻抗;当交通负荷超过其最大通行能力，最大通行能力一般取设计通行能力的1.2倍。则路段因拥堵而失效，此时，通行时间变成正无穷，即该路段退出路网。T中的一个元素的计算公式为:

本文假设路段的感知危险度不随这路段流量变化而变化，但边失效时，路段的感知危险度为无穷大。

2.2 级联失效后果指标

本文用加权效率变化率和边失效指标共同表示级联失效后果。

有n个节点的路网G中，节点i和节点j间之间最短距离或者最短出行时间的倒数，就是这两点间的的效率，在给定的路网中，节点i至节点j最短行程时间用tij表示，那么:在不相连的路段中，将这两节点的行程时间看作无穷大，则有eij=0。网络的加权效率可以表示为: θm为网络G中m失效造成的加权效率变化率为:

边失效比例即用网络中边失效的比例来衡量交通网络结构受破坏的程度。定义为:

其中，lt为失效边的数量，l为边的总数。

本文用加权效率变化率和边失效比例定义为边的脆弱度，共同表示危险品运输事故对路网交通造成的影响后果，边m失效造成的级联失效后果:

3 算法设计

通过D和阻抗矩阵T通过随机用户均衡配流将交通量分配到路网G上，得到初始交通量矩阵X0。

然后蓄意攻击G中的某条边gij(gij≠0)，令，矩阵中其他元素不变。得到G0，W0，T0。

步骤一:通过OD矩阵D和危险感知矩阵W0进行全有全无分配(最短路)，得到新的交通量矩阵X1，根据式(2)、(3)、(8)进行迭代

得到G1，W1，T1，验证G0=G1，若为真，停止，为否，下一步。

步骤二:根据D和Wn－1进行再分配，得到Xn，叠代得到Gn，Wn，Tn，进入下一步。

步骤三:验证Gn－1=Gn，若为真，下一步，为否，重复步骤二。

步骤四:计算路网级联失效后果指标，结束。

4 算例分析

随机构建一个具有19个点和25条边的路网G。

对该路网的每一条边都计算其遭受危险品运输事故后的级联失效引起的后果进行计算，得到表1。

表1 路段脆弱度计算表

续表1

由表1可知:路段受到危险品运输事故后，会造成20%的路段发生拥堵，整个网络的出行时间会增加64%以上;路段中断致使驾驶者原有计划被打乱，驾驶者他们将选择其他路径绕行至讫点，替代路径上的各路段的流量增加，路网的效率变低。由计算结果得到，该网络中大部分路段的边失效指标都在0.2以下，说明路网中真正能够造成大面积级联失效的路段所占比例很小，这与实际情况相符的。