吳宏立 劉威棟 汪源

(1.北京華油信通科技有限公司;2.中國(guó)石油運(yùn)輸有限公司 北京 100000)

隨著我國(guó)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，危險(xiǎn)化學(xué)品需求量不斷增加，而道路運(yùn)輸是危險(xiǎn)化學(xué)品的主要運(yùn)輸方式。由于危險(xiǎn)化學(xué)品性質(zhì)不穩(wěn)定性，在道路運(yùn)輸環(huán)節(jié)一旦發(fā)生事故就會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成極大破壞。因此，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線的合理規(guī)劃，是降低風(fēng)險(xiǎn)的有效措施之一，為了有效降低危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)隱患，在充分了解危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GIS空間分析技術(shù)[1]研發(fā)危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃算法和平臺(tái)[2]，為危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃提供支撐，保障運(yùn)輸安全，降低交通事故引發(fā)的突發(fā)環(huán)境事件影響。

1 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃現(xiàn)狀與方法研究

危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路徑規(guī)劃是指按照某規(guī)劃參數(shù)指標(biāo)規(guī)劃一條起點(diǎn)到終點(diǎn)的最優(yōu)路線。隨著路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展，其研究也開(kāi)始偏向于如何解決耗時(shí)最短、花費(fèi)最少等問(wèn)題，相應(yīng)的，最短距離路線規(guī)劃問(wèn)題就成為了危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸最短時(shí)間問(wèn)題、運(yùn)輸成本最低問(wèn)題。相對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃，根據(jù)事前對(duì)運(yùn)輸周邊環(huán)境及風(fēng)險(xiǎn)信息掌握情況，主要分為以下3 種：（1）靜態(tài)結(jié)構(gòu)化危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸環(huán)境下的路線規(guī)劃；（2）動(dòng)態(tài)已知危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸環(huán)境下的路線規(guī)劃；（3）動(dòng)態(tài)不確定危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸環(huán)境下的路線規(guī)劃。

近年來(lái)，我國(guó)雖然加大了對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管力度，但是現(xiàn)有危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸監(jiān)管水平仍然不能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求，缺少運(yùn)輸路線多參數(shù)規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估以及指標(biāo)分析，實(shí)際規(guī)劃情況都是簡(jiǎn)單按照道路運(yùn)輸距離、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，人工進(jìn)行劃定，線路風(fēng)險(xiǎn)底數(shù)不清，應(yīng)急處置缺少數(shù)據(jù)支撐。

因此，如何通過(guò)規(guī)劃路線來(lái)提高運(yùn)輸安全系數(shù)、降低突發(fā)環(huán)境事件影響是危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。Shorys在1981年就針對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸問(wèn)題展開(kāi)了研究。MAHMOUDABADI A[3]將運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)視為動(dòng)態(tài)變量，并且提出一種基于混沌原理開(kāi)發(fā)出的混沌模式來(lái)解決危險(xiǎn)物質(zhì)的配送中心和路徑規(guī)劃問(wèn)題。TOUMAZIS I等人[4]提出了危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃模型，將事故概率和事故后果考慮為時(shí)變參數(shù)，其中事故后果等于人口密度和時(shí)變參數(shù)加權(quán)，目的在于找出最佳出發(fā)時(shí)間和最優(yōu)路線組合。

上述危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃方法研究中，道路風(fēng)險(xiǎn)值為路徑規(guī)劃決策條件，在對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，往往采用的是對(duì)事故后果進(jìn)行評(píng)估的方法。在風(fēng)險(xiǎn)值的計(jì)算過(guò)程中，考慮了危險(xiǎn)化學(xué)品事故的發(fā)生率、影響面積、周邊暴露人口和風(fēng)險(xiǎn)因素的不確定性。前期路徑規(guī)劃算法研究偏向如何解決危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路徑短、運(yùn)輸綜合成本低等問(wèn)題，但隨著路線規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)觀念的變化，危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃分析越來(lái)越傾向于如何規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，來(lái)降低危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸突發(fā)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)事故率。

因此，路線規(guī)劃算法[5]研究是危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線算法研究中的一個(gè)重要組成部分，通過(guò)對(duì)近年來(lái)危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃算法進(jìn)行研究，常用的經(jīng)典路線規(guī)劃算法有Dijkstra 算法、Lee 算法、Floyd算法、A*算法、雙向搜索算法、蟻群算法[6]等。根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸實(shí)際應(yīng)用需求，研發(fā)人員也會(huì)對(duì)上述經(jīng)典算法進(jìn)行改進(jìn)，除上述經(jīng)典算法外，也提出一些其他算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法、模糊理論算法等，可有效解決路徑規(guī)劃中存在的效率低下、規(guī)劃實(shí)時(shí)性不高等問(wèn)題。

2 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線GIS規(guī)劃探討與分析

上述道路運(yùn)輸路線規(guī)劃現(xiàn)狀與方法研究中主要集中于模型構(gòu)建和算法優(yōu)化，缺乏可視化手段對(duì)規(guī)劃路線進(jìn)行展示，GIS[7]作為一門(mén)新興交叉學(xué)科，以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理模型分析方法，實(shí)時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)地理信息。GIS在危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃分析和處理問(wèn)題過(guò)程中利用了危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸業(yè)務(wù)空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，并通過(guò)GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)[8]將二者聯(lián)系在一起，綜合路線規(guī)劃管理、分析和利用，重點(diǎn)在于危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃空間分析，通過(guò)構(gòu)建空間分析模型來(lái)分析空間數(shù)據(jù)。

危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃支持基于標(biāo)準(zhǔn)化地理空間數(shù)據(jù)[9]功能，其方式主要有3種：推薦模式、距離最短、路線最優(yōu)。

推薦模式：該模式會(huì)優(yōu)先考慮危險(xiǎn)化學(xué)品常用運(yùn)輸路線，基于司乘用戶行車經(jīng)驗(yàn)，選擇常用路線進(jìn)行導(dǎo)航。

距離最短：該模式表示導(dǎo)航結(jié)果為危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸距離最短的運(yùn)輸路線。

路線最優(yōu)：該模式會(huì)根據(jù)自定義危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避參數(shù)，不同條件，多因素約束，進(jìn)行危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線最優(yōu)調(diào)整。

在GIS地圖路徑規(guī)劃管理器中的路網(wǎng)數(shù)據(jù)源下生成臨時(shí)數(shù)據(jù)源，路線規(guī)劃結(jié)果路線會(huì)展示在當(dāng)前地圖中。地圖中灰色路線為危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃結(jié)果，會(huì)在行駛引導(dǎo)窗口顯示每條路線的詳細(xì)信息，包括路線名稱、里程、轉(zhuǎn)彎方向等信息，路線規(guī)劃結(jié)果展示如圖1所示。

圖1 危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸GIS可視化路線規(guī)劃結(jié)果展示

3 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線GIS規(guī)劃設(shè)計(jì)與應(yīng)用

平臺(tái)采用動(dòng)態(tài)類計(jì)算方法，提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)最優(yōu)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線，通過(guò)自定義路線風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避參數(shù)類型以及風(fēng)險(xiǎn)影響距離從而給出危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸最優(yōu)路線。采用B/S架構(gòu)[10]模式，通過(guò)IE、Google Chrome、Firefox等主流瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)，對(duì)海量空間數(shù)據(jù)建立空間索引優(yōu)化，節(jié)省數(shù)據(jù)處理、分析、規(guī)劃時(shí)間，提升數(shù)據(jù)利用效率。其核心規(guī)劃算法是在Dijkstra 算法[11]基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，使用廣度優(yōu)先搜索為評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路網(wǎng)，計(jì)算危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸過(guò)程中某一節(jié)點(diǎn)到另一節(jié)點(diǎn)的道路權(quán)重值，進(jìn)行路徑規(guī)劃分析，通過(guò)自定義路線風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避參數(shù)類型以及風(fēng)險(xiǎn)影響距離從而給出危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸最優(yōu)路線，保障出行及周邊環(huán)境安全。平臺(tái)整體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、設(shè)施層、服務(wù)層、應(yīng)用層、用戶層這5個(gè)層次，具體架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃平臺(tái)架構(gòu)

3.1 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃平臺(tái)設(shè)計(jì)

根據(jù)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃業(yè)務(wù)需求分析，具體平臺(tái)功能見(jiàn)圖2。

3.2 自定義標(biāo)注路線

危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)自定義標(biāo)注路線見(jiàn)圖3。

圖3 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)自定義標(biāo)注路線

3.2.1 備選路線審批管理

對(duì)用戶自定義的危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃路線進(jìn)行路參數(shù)確認(rèn)以及路線審核管理，備選路線審核參數(shù)主要涉及運(yùn)輸路線編號(hào)、起終點(diǎn)名稱、運(yùn)輸路線里程、路線類型等參數(shù)。對(duì)審核通過(guò)的路線規(guī)劃路線，通過(guò)點(diǎn)擊審批路線變更備選路線確認(rèn)按鈕，將最新規(guī)劃路線要素自動(dòng)更新至危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)避數(shù)據(jù)庫(kù)。具體頁(yè)面見(jiàn)圖4。

圖4 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸備選路線審批管理

3.2.2 路線規(guī)避數(shù)據(jù)集成

路線規(guī)避數(shù)據(jù)集成涉及的有基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)輸路網(wǎng)數(shù)據(jù)這3 種。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將數(shù)據(jù)集成到危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)避數(shù)據(jù)庫(kù)，以接口方式提供服務(wù)，通過(guò)自定義接口參數(shù)可將路線規(guī)劃規(guī)避所涉及的風(fēng)險(xiǎn)要素在前端進(jìn)行可視化展示。

3.2.3 運(yùn)輸路線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

基于平臺(tái)內(nèi)置的運(yùn)輸路線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[12]，以環(huán)境敏感受體為評(píng)估基礎(chǔ)，篩選評(píng)估路段，依據(jù)環(huán)境敏感受體等級(jí)，確定危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)路段等級(jí)，支撐危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃，已評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)路段在平臺(tái)端進(jìn)行GIS 可視化展示，同時(shí)對(duì)選定運(yùn)輸路線所經(jīng)過(guò)的風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，如風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)量、風(fēng)險(xiǎn)路段等，分析結(jié)果進(jìn)行地圖疊加展示，同時(shí)輸出風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比統(tǒng)計(jì)報(bào)表。具體頁(yè)面見(jiàn)圖5。

圖5 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.2.4 風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線規(guī)劃

通過(guò)對(duì)規(guī)避的風(fēng)險(xiǎn)要素（水源地保護(hù)區(qū)、跨界斷面、多類環(huán)境敏感受體、自然保護(hù)區(qū)、飲用水水源地等）的選擇，分析運(yùn)輸路線途經(jīng)情況，生成最終規(guī)劃線路，并在風(fēng)險(xiǎn)要素圖層進(jìn)行GIS 可視化展示，在頁(yè)面右下方顯示風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)數(shù)量以及路線運(yùn)輸里程，具體頁(yè)面見(jiàn)圖6。

圖6 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避路線規(guī)劃

3.2.5 繞行距離路線規(guī)劃

在規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)加入繞行距離計(jì)算因素，考慮風(fēng)險(xiǎn)同時(shí)兼顧成本。主要是通過(guò)設(shè)置繞行距離參數(shù)，進(jìn)行危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃，繞路里程參數(shù)可選：5%、10%、15%、20%。根據(jù)選擇的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)類型和繞路里程參數(shù)，平臺(tái)將自動(dòng)進(jìn)行雙重條件的計(jì)算和分析，生成新運(yùn)輸路線，具體頁(yè)面見(jiàn)圖7。

圖7 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸繞行距離路線規(guī)劃

3.2.6 最短距離路線規(guī)劃

平臺(tái)采用內(nèi)置Dijkstra算法，基于危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路網(wǎng)構(gòu)建路網(wǎng)拓?fù)鋄13]，并對(duì)路網(wǎng)RouteID 進(jìn)行構(gòu)建索引，平臺(tái)通過(guò)算法計(jì)算某一節(jié)點(diǎn)到其他節(jié)點(diǎn)的道路權(quán)值，從而給出危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸最短路線，然則在實(shí)際危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃中，往往最短距離路線規(guī)劃和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、繞行距離規(guī)劃等功能聯(lián)合使用，通過(guò)多規(guī)劃因素計(jì)算出危險(xiǎn)化學(xué)品最優(yōu)路線，具體頁(yè)面見(jiàn)圖8。

圖8 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸最短距離路線規(guī)劃

3.2.7 路線規(guī)劃比對(duì)分析

基于現(xiàn)有的幾種危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃方式進(jìn)行橫向比對(duì)分析，重點(diǎn)對(duì)規(guī)劃路線的高風(fēng)險(xiǎn)路段里程、高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、水源地保護(hù)區(qū)等環(huán)境敏感要素?cái)?shù)量進(jìn)行比對(duì)分析，同時(shí)計(jì)算每條規(guī)劃路線的運(yùn)輸路線里程，同時(shí)在平臺(tái)端進(jìn)行GIS可視化展示，供司乘人員綜合決策分析，具體頁(yè)面見(jiàn)圖9。

圖9 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)路線規(guī)劃比對(duì)分析

3.3 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃平臺(tái)應(yīng)用測(cè)試

目前，該平臺(tái)集成路網(wǎng)要素4 500 余萬(wàn)，危險(xiǎn)化學(xué)品常用運(yùn)輸路線數(shù)據(jù)11 000 余條，2 000 萬(wàn)業(yè)務(wù)專題POI 數(shù)據(jù)，已構(gòu)成T 級(jí)別危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避數(shù)據(jù)，平臺(tái)經(jīng)試用在500 用戶并發(fā)壓力情況下，服務(wù)器CPU平均使用率不超過(guò)60%，內(nèi)存使用未超過(guò)70%。

通過(guò)危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸路線規(guī)劃平臺(tái)[14]為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃功能，使其能夠及時(shí)掌握車輛運(yùn)行路線及沿途風(fēng)險(xiǎn)情況，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃統(tǒng)一管理，保障行車安全，減少突發(fā)環(huán)境事件影響。

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要結(jié)合危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸業(yè)務(wù)需求，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃算法和技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)運(yùn)輸路線規(guī)劃進(jìn)行了探討和分析，同時(shí)設(shè)計(jì)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃平臺(tái)并進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試，平臺(tái)基于不同影響因素進(jìn)行危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸路線規(guī)劃，通過(guò)設(shè)置自定義的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)類型和繞路里程參數(shù)，進(jìn)行路線規(guī)劃和分析，對(duì)原有運(yùn)輸路線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高運(yùn)輸效率，保障行車以及周邊環(huán)境安全。日后研發(fā)人員將致力于對(duì)運(yùn)輸路線規(guī)劃算法持續(xù)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，并依托大數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)為決策人員科學(xué)規(guī)劃運(yùn)輸最優(yōu)路線提供支撐。