危險品運輸事故下路網級聯失效后果研究

馬藝蕓

(西南交通大學)

危險品運輸事故下路網級聯失效后果研究

馬藝蕓

(西南交通大學)

在危險品運輸事故事件下，駕駛者在路徑選擇是便捷性不再是最重要的考慮因素。而安全性成為駕駛者首要的考慮因素。本文引入了路段的感知危險參數。不改變出行目的的駕駛者傾向于選擇感知危險小的路徑到達目的地。本文利用以上思想，構建級聯失效模型，評價危險品運輸事故事件引起的路段失效造成的的級聯失效后果，并設計迭代算法對模型進行求解。

危險品運輸事故;級聯失效;流量分配策略;風險后果

1 問題描述

危險品運輸事故事件，可能由于各種原因造成邊的初始中斷，導致該邊在路網中被移除。路網中路段的初始中斷會讓路網的流量再分配，因為各路段具有容量限制，因此經過再分配后，某些邊的流量可能會超過它的最大流量限制，這些路段因而發生中斷。又可能產生新一輪的流量再分配，直到不再有新的失效路段產生后停止，這種現象叫做級聯失效。而在危險品運輸事故下，失效路段的流量將如何進行再分配，是本文研究的核心內容。

危險品運輸事故具有破壞力大的特點，會讓居民產生恐慌心理，因此在再分配過程中，路徑的行程時間已經不在是最重要的考慮因素，安全性則是他們最首要的考量。本文在上述條件下，建立模型，分析危險品運輸事故對路網造成的級聯失效后果。

2 模型建立

2.1 級聯失效模型建立

描述模型如下:

在路網發生危險品運輸事故后，OD需求將根據危險感知矩陣進行最短路分配。如果重新分配后的流量超過了路段的最大流量限制，則出現新的失效路段，前后兩次迭代為:

式中:Xn為第n次迭代的邊流量;Tn為第n次迭代時的阻抗向量;Z表示最短路分配模型對應的映射。

當交通負荷沒有超過最大通行能力時，說明路段處于正常狀態，可采用采用美國聯邦公路局的BPR函數計算阻抗;當交通負荷超過其最大通行能力，最大通行能力一般取設計通行能力的1.2倍。則路段因擁堵而失效，此時，通行時間變成正無窮，即該路段退出路網。T中的一個元素的計算公式為:

本文假設路段的感知危險度不隨這路段流量變化而變化，但邊失效時，路段的感知危險度為無窮大。

2.2 級聯失效后果指標

本文用加權效率變化率和邊失效指標共同表示級聯失效后果。

有n個節點的路網G中，節點i和節點j間之間最短距離或者最短出行時間的倒數，就是這兩點間的的效率，在給定的路網中，節點i至節點j最短行程時間用tij表示，那么:在不相連的路段中，將這兩節點的行程時間看作無窮大，則有eij=0。網絡的加權效率可以表示為: θm為網絡G中m失效造成的加權效率變化率為:

邊失效比例即用網絡中邊失效的比例來衡量交通網絡結構受破壞的程度。定義為:

其中，lt為失效邊的數量，l為邊的總數。

本文用加權效率變化率和邊失效比例定義為邊的脆弱度，共同表示危險品運輸事故對路網交通造成的影響后果，邊m失效造成的級聯失效后果:

3 算法設計

通過D和阻抗矩陣T通過隨機用戶均衡配流將交通量分配到路網G上，得到初始交通量矩陣X0。

然后蓄意攻擊G中的某條邊gij(gij≠0)，令，矩陣中其他元素不變。得到G0，W0，T0。

步驟一:通過OD矩陣D和危險感知矩陣W0進行全有全無分配(最短路)，得到新的交通量矩陣X1，根據式(2)、(3)、(8)進行迭代

得到G1，W1，T1，驗證G0=G1，若為真，停止，為否，下一步。

步驟二:根據D和Wn－1進行再分配，得到Xn，疊代得到Gn，Wn，Tn，進入下一步。

步驟三:驗證Gn－1=Gn，若為真，下一步，為否，重復步驟二。

步驟四:計算路網級聯失效后果指標，結束。

4 算例分析

隨機構建一個具有19個點和25條邊的路網G。

對該路網的每一條邊都計算其遭受危險品運輸事故后的級聯失效引起的后果進行計算，得到表1。

表1 路段脆弱度計算表

續表1

由表1可知:路段受到危險品運輸事故后，會造成20%的路段發生擁堵，整個網絡的出行時間會增加64%以上;路段中斷致使駕駛者原有計劃被打亂，駕駛者他們將選擇其他路徑繞行至訖點，替代路徑上的各路段的流量增加，路網的效率變低。由計算結果得到，該網絡中大部分路段的邊失效指標都在0.2以下，說明路網中真正能夠造成大面積級聯失效的路段所占比例很小，這與實際情況相符的。

5 結論

本文引入路段的危險感知系數作為參數，建立級聯失效模型，并選取指標衡量級聯失效后果，并且通過實例計算，證明了模型與算法的可行性。

［1］ 沈小燕.道路危險貨物運輸風險分析及路線優化研究［D］.西安:長安大學，2009.

［2］ 朱新明，蔣志剛，白志海.交通恐怖襲擊特點及反恐措施研究［J］.國防交通工程與技術，2011，(1):4－7.

［3］ 孟博，劉茂.風險感知理論模型及影響因子分析［J］.中國安全科學學報，2010，10(10):59－66.

［4］ 雷立，巴可偉.基于級聯失效模型的交通脆弱評估方法［J］.交通工程，2013，(9):302－305.

U415.1

C

1008－3383(2015)10－0190－02

2015－05－11

馬藝蕓(1991－)，女，四川南充人，碩士研究生，研究方向:危險品運輸。