[發明專利]橋梁網絡災后修復過程中的資源動態優化配置方法

在審

• 申請號: 202011561682.5
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112668774A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 陶偉峰;王乃玉;汪英俊;林陪暉;王俊彥;黃秀兵
• 申請（專利權）人: 浙江大學;浙江海峽創新科技有限公司;海峽創新互聯網股份有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/26;G08G1/01;H04L12/24
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 王煦麗

1.一種橋梁網絡災后修復過程中的資源動態優化配置方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、數據初始化：所述數據至少包括路網的拓撲結構、路段的通行方向、自由通行時間和通行容量、出行需求、橋梁的初始損傷狀態；

S2、根據橋梁的初始損傷狀態及修復進度，對所在路段的通行容量進行折減，然后建立用戶均衡模型來計算交通流分布，并基于總通行時間計算當前的路網通行功能；

S3、分別根據橋梁網絡的修復進度和施工隊的調度定義狀態空間和動作空間；考慮施工隊工作效率的隨機性，將每座橋梁完全修復的時刻作為決策點，基于此，建立優化施工隊調度策略的半馬爾科夫決策過程模型；

S4、采用Q學習算法求解半馬爾科夫決策過程模型，獲得施工隊的最優調度策略。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，路網的拓撲結構指路網中各節點之間的連接關系，通過一個二元鄰接矩陣表示，二元鄰接矩陣中，“1”表示從行節點到列節點有一條邊相連，“0”表示從行節點到列節點之間沒有邊相連。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，出行需求指單位時間內從路網中某一節點到其他任一節點的交通量，通過一個O-D矩陣表示。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，橋梁的初始損傷狀態根據損傷程度自低到高依次劃分為第一損傷狀態、第二損傷狀態、第三損傷狀態、第四損傷狀態、第五損傷狀態，第一損傷狀態為橋梁完好的狀態，第五損傷狀態為橋梁倒塌的狀態，其余損傷狀態均處于第一損傷狀態與第五損傷狀態之間。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，根據橋梁的初始損傷狀態及修復進度，對所在路段的通行容量進行折減，然后建立用戶均衡模型來計算交通流分布，具體包括如下：

設每條路段上最多只有一座橋梁；對于不滿足該設定的路段，在兩座相鄰橋梁之間引入一個虛擬節點；

對有受損橋梁的路段，設通行容量如下：若橋梁為第四或第五損傷狀態，則路段通行容量取為0；若橋梁為第三損傷狀態，修復施工前路段通行容量保持不變，修復施工過程中路段通行容量取為0；其他損傷狀態下，路段通行容量保持不變；

所述用戶均衡模型是一個非線性規劃模型，如下所示：

約束條件為：

上式中，v_e為邊e上的實際車流量，τ_e(x)為邊e上車流量為x時的實際通行時間，由BPR函數計算得到；

BPR函數如下所示：

上式中，τ₀和τ分別為路段上的自由流時間和實際通行時間；v和c分別為路段上的實際車流量和通行容量；α和β均為常數，根據觀測數據擬合得到，若沒有觀測數據，則采用BPR的推薦值，分別為0.15和4.0；

E和V分別為路網中所有邊的集合和所有節點的集合；r_ij為從節點i到節點j的路徑；R_ij為從節點i到節點j的所有路徑的集合；d_ij為從節點i到節點j的出行需求，即O-D矩陣的第i行第j列元素；為出行需求d_ij中分配在路徑r_ij上的部分；δ(e,r_ij)為示性函數，當路徑r_ij包含邊e時等于1，否則等于0。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，用戶均衡模型包含一個凸目標函數和三個線性約束，采用Frank-Wolfe算法求解，求解具體步驟如下：

1)令n＝1，根據自由流時間和全有全無算法獲得交通流分布的一個可行解其中，全有全無算法的解自動滿足用戶均衡模型中的約束條件；

2)根據可行解利用BPR函數更新各條邊上的通行時間；

3)根據更新后的通行時間，利用全有全無算法獲得另一個可行解

4)對可行解和加權求和，得到一個新的可行解優化權重系數ζ，使得下式取最小值：

若上述積分式(6)已收斂，則停止迭代；否則，令n＝n+1，用代替并返回步驟2)。