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申请/专利权人：郑州大学

摘要：本发明公开了一种计算溃堤紧急避难选址优化方案及路径规划的方法，改善了现有技术中针对溃堤洪水应急避险转移过程中的避难选址优化和路径规划难点的问题。该发明含有以下步骤：1、构建溃堤洪水数值模拟模型；2、避险转移撤离单元和人数分析；3、评价指标选取原则及指标体系构建；4、基于除法集成法的组合赋权；5、基于TOPSIS的避难选址综合赋分模型；6、构建避险转移路径优化模型。该技术在通过工程措施避免洪灾发生的同时，分析堤防保护区溃堤洪水演进情况，致力于堤防溃堤后的避难选址规划和路径规划研究，对提高应急抢险效率，提升应急防汛决策能力和水平，增强堤防工程防洪安全保障能力，降低潜在溃堤损失具有重要的意义。

主权项：1.一种计算溃堤紧急避难选址优化方案及路径规划的方法，其特征在于：含有以下步骤：步骤1、构建溃堤洪水数值模拟模型；含有以下步骤，步骤1.1、选取多次发生溃堤的堤防保护区，利用ArcMap、GlobalMapper及AutoCAD相关软件对研究区DEM数据进行预处理，得到MKIE21需要的散点数据.xyz；步骤1.2、用MIKE21模型中的FM非结构化网格，采用单元中心的有限体积法数值模拟，计算区域采用不规则三角形网格，利用MIKE中MeshGenrrator模块进行网格剖分，每个网格面积不超过0.1Km2，对一些特殊的地形地物进行加密处理，经网格生成、调整及插值制作，得到堤防保护区地形网格剖分；步骤1.3、根据圩堤内模型的糙率和圩堤内土地的利用数据，运用MeshGenerator结合1.2步中制作的地形网格进行插值处理，绘制出研究区糙率云图；步骤1.4、对模型参数率定，模型参数包括溃口选取、模拟时间和时间步长、边界条件和涡粘系数；步骤1.5、结合1.1步至1.4步的操作结果，利用流体模拟软件MIKE进行堤防溃堤洪水数值模拟，得到发生历史特大洪水时保护区的基础水情数据，如洪水淹没范围、到达时间和最大流速；步骤2、避险转移撤离单元和人数分析；结合淹没水情数据和人口密度数据，利用地理空间分析工具ArcGIS，分析处理出溃堤洪水避险转移撤离单元和人数；步骤3、评价指标选取原则及指标体系构建；依据安全性、可达性、有效性三个指标选取原则对应急避难场所评价指标进行选取，并构建堤防保护区溃堤洪水避难选址评价指标体系，该体系包括的评价指标含有与地质灾害点距离、与加油站距离、与天然气服务站距离、坡度、与医疗、消防、公安和水源距离、道路服务水平、认知能力和服务人口能力；步骤4、基于除法集成法的组合赋权；含有以下步骤，步骤4.1、使用层次分析法和熵权法分别得到评价指标的主观权重向量ωAHP和客观权重ωEWM；步骤4.2、依据除法集成法进行主客观权重的优化组合，目标函数如下式， 式中：ω为组合权重，ωAHP为层次分析法计算权重，ωEWM为熵权法计算权重；步骤5、基于TOPSIS的避难选址综合赋分模型；通过矩阵初始化和标准化处理，结合组合权重构建决策加权矩阵，定义正、负理想解，计算各选址方案与正理想解和负理想解间的距离及相对贴进度，根据相对贴进度的大小对选址方案进行优劣排序，最终从拟定选址方案中选取最佳方案；步骤6、构建避险转移路径优化模型，含有以下步骤，步骤6.1、基于Dijkstra算法最短距离路径寻优模型6.1.1、假设研究区路网结构，分别记初始节点C0，其余节点为Ci，各节点之间的最短距离为di-1,i；增设集合U和集合V，集合U表示已求解出的最短路径的节点，初始时为空集，集合V表示剩余待求解最短路径的节点；6.1.2、构建一个邻接矩阵C，用以储存6.1.1步中的路网信息；6.1.3、初始计算开始，即从C1出发，将C1放入集合U中，此时U＝{C0}，V＝{C1,Ci-1,Ci,}；计算集合U→集合V的所有路径距离，标记出最短路径C0→C1，最短路径距离dmin；6.1.4、将6.1.3步中挑选的最近节点C1放入集合U中，此时U＝{C0,C1}，V＝{Ci-1,Ci,}；计算集合U→集合V的所有路径距离，标记出最短路径C1→Ci-1，最短路径距离dmin；6.1.5、依次循环6.1.4步操作，检查集合V是否为空集，如果不为空，继续循环，如果为空集，则结束计算，进而筛选出撤离单元至选址方案的静态路径距离；步骤6.2、基于改进Dijkstra算法最短时间路径寻优模型6.2.1、路权赋值原理，由Dijkstra算法原理结合实时交通状况对撤离单元和避难场所中间的道路网进行时间赋权，即确定道路时间权重，而路权的确定用描述道路上车辆的费用或时间与道路交通状况关系的路阻函数进行分析确定，研究结合Dijkstra算法原理和选取合适的路阻函数，对溃堤避险转移灾民所要花费的最短时间路径进行细致的评估；6.2.2、路阻函数参数修正，选取Conical函数，对研究区道路网进行时间权重赋值，如下式， 式中：tm为路段m的交通流量为xm时行程时间；t0为路段m交通量为0或者是极小时的自由流时间；xm为路段m的交通流量；Cm为路段m的实际通行能力；α和β为待标定的常数，α＝2β-12β-2，β大于1，引入行人干扰影响系数γ1、道路弯曲程度影响系数γ2和道路宽度影响系数γ3对式中t0进行修正，行人干扰影响系数γ1根据行人干扰影响从重到轻的取值范围为0.5-1，道路弯曲程度影响系数γ2根据道路弯曲程度从高到低的取值范围为0.7-1，道路宽度影响系数γ3根据道路宽度影响从窄到宽的取值范围为0.5-1.3，并考虑道路的交通量达到最大服务交通量、通行能力满足基准通行能力的情况，对实际道路负荷度xmCm进行修正；6.2.3、最短时间寻优，将6.2.2步中计算得到的路段路阻，替换步骤6.1中的各节点距离权值，即可计算出撤离单元至选址方案的动态时间路径；步骤6.3、基于GIS溃堤洪水避险转移路径可视化，在步骤6.1和步骤6.2中模型原理基础上，结合GIS对研究区道路网络进行拓扑分析和构建，进而计算绘制出撤离单元至选址方案的最短距离和动态时间。

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