基于GIS的危险化学品道路运输路线规划研究_吴宏立.pdf

安 全 与 防 灾 2023 NO.2 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯基于GIS的危险化学品道路运输路线规划研究吴宏立 1 刘威栋 2 汪源 2(1.北京华油信通科技有限公司;2.中国石油运输有限公司 北京 100000)摘要：由于危险化学品本身具有易燃、易爆等危险特性，需运输危险化学品的种类越来越多，需求量逐年递增，由此引发的运输风险随之上升。该文主要是在对近年来危险化学品运输路线规划方法研究基础之上，结合运输业务特点以及环境敏感受体固有属性，通过搭建危险化学品道路运输路线规划平台集成路线规划分析算法，进行自定义标注路线、路线规避数据集成、运输路线风险评估等功能应用，确保危险化学品运输及环境保护安全。关键词：GIS 危险化学品 环境敏感受体 Dijkstra 算法 路线规划中图分类号：U492.3+1文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)02-0103-07Research on Road Transportation Route Planning of Hazardous Chemicals Based on GISWU Hongli1 LIU Weidong2 WANG Yuan2(1.Beijing Huayou Communication Technology Co.,Ltd.;2.China Petroleum Transportation Co.,Ltd.,Beijing,100000 China)Abstract:As hazardous chemicals themselves have inflammable,explosive and other dangerous characteristics,more and more types of hazardous chemicals are transported,and the demand increases year by year,resulting in increased transportation risks.Based on the research of hazardous chemicals transportation route planning methods in recent years,combined with the characteristics of transportation business and the inherent attributes of environmentally sensitive receptors,this paper builds a hazardous chemicals road transportation route planning platform to integrate route planning analysis algorithms,and carries out self defined route labeling,route avoidance data integration,transportation route risk assessment and other functional applications to ensure the safety of hazardous chemicals transportation and environmental protection.Key Words:GIS;Hazardous chemicals;Environmentally sensitive receptors;Dijkstra algorithm;Route planning随着我国化学工业的发展和经济建设的需要，危险化学品需求量不断增加，而道路运输是危险化学品的主要运输方式。由于危险化学品性质不稳定性，在道路运输环节一旦发生事故就会对周边生态环境造成极大破坏。因此，对危险化学品运输路线的合理规划，是降低风险的有效措施之一，为了有效降低危险化学DOI：10.16661/ki.1672-3791.2204-5042-0356作者简介：吴宏立（1979），男，本科，工程师，研究方向为地理信息软件在石油危化品运输道路规划中的应用。103 2023 NO.2科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 安 全 与 防 灾SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯品运输风险隐患，在充分了解危险化学品运输业务的基础上，应用GIS空间分析技术1研发危险化学品道路运输路线规划算法和平台2，为危险化学品运输路线规划提供支撑，保障运输安全，降低交通事故引发的突发环境事件影响。1 危险化学品道路运输路线规划现状与方法研究危险化学品运输路径规划是指按照某规划参数指标规划一条起点到终点的最优路线。随着路径规划技术的发展，其研究也开始偏向于如何解决耗时最短、花费最少等问题，相应的，最短距离路线规划问题就成为了危险化学品运输最短时间问题、运输成本最低问题。相对危险化学品道路运输路线规划，根据事前对运输周边环境及风险信息掌握情况，主要分为以下3种：（1）静态结构化危险化学品运输环境下的路线规划；（2）动态已知危险化学品运输环境下的路线规划；（3）动态不确定危险化学品运输环境下的路线规划。近年来，我国虽然加大了对危险化学品道路运输的监管力度，但是现有危险化学品运输监管水平仍然不能满足业务发展需求，缺少运输路线多参数规划、风险量化评估以及指标分析，实际规划情况都是简单按照道路运输距离、运行经验，人工进行划定，线路风险底数不清，应急处置缺少数据支撑。因此，如何通过规划路线来提高运输安全系数、降低突发环境事件影响是危险化学品运输过程中的关键问题。Shorys在1981年就针对危险化学品运输问题展开了研究。MAHMOUDABADI A3将运输风险视为动态变量，并且提出一种基于混沌原理开发出的混沌模式来解决危险物质的配送中心和路径规划问题。TOUMAZIS I等人4提出了危险化学品运输路线规划模型，将事故概率和事故后果考虑为时变参数，其中事故后果等于人口密度和时变参数加权，目的在于找出最佳出发时间和最优路线组合。上述危险化学品运输路线规划方法研究中，道路风险值为路径规划决策条件，在对事故风险进行评价时，往往采用的是对事故后果进行评估的方法。在风险值的计算过程中，考虑了危险化学品事故的发生率、影响面积、周边暴露人口和风险因素的不确定性。前期路径规划算法研究偏向如何解决危险化学品运输路径短、运输综合成本低等问题，但随着路线规划技术的发展以及生态环境保护观念的变化，危险化学品道路运输路线规划分析越来越倾向于如何规避风险，来降低危险化学品运输突发环境风险事故率。因此，路线规划算法5研究是危险化学品道路运输路线算法研究中的一个重要组成部分，通过对近年来危险化学品道路运输路线规划算法进行研究，常用的经典路线规划算法有Dijkstra算法、Lee算法、Floyd算法、A*算法、双向搜索算法、蚁群算法6等。根据危险化学品运输实际应用需求，研发人员也会对上述经典算法进行改进，除上述经典算法外，也提出一些其他算法，如神经网络算法、遗传算法、模糊理论算法等，可有效解决路径规划中存在的效率低下、规划实时性不高等问题。2 危险化学品道路运输路线GIS规划探讨与分析上述道路运输路线规划现状与方法研究中主要集中于模型构建和算法优化，缺乏可视化手段对规划路线进行展示，GIS7作为一门新兴交叉学科，以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态地理信息。GIS在危险化学品运输路线规划分析和处理问题过程中利用了危险化学品运输业务空间位置数据和属性数据，并通过GIS空间数据库8将二者联系在一起，综合路线规划管理、分析和利用，重点在于危险化学品运输路线规划空间分析，通过构建空间分析模型来分析空间数据。危险化学品道路运输路线规划支持基于标准化地理空间数据9功能，其方式主要有3种：推荐模式、距离最短、路线最优。推荐模式：该模式会优先考虑危险化学品常用运输路线，基于司乘用户行车经验，选择常用路线进行导航。距离最短：该模式表示导航结果为危险化学品运输距离最短的运输路线。104安 全 与 防 灾 2023 NO.2 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯路线最优：该模式会根据自定义危险化学品运输风险规避参数，不同条件，多因素约束，进行危险化学品运输路线最优调整。在GIS地图路径规划管理器中的路网数据源下生成临时数据源，路线规划结果路线会展示在当前地图中。地图中灰色路线为危险化学品运输路线规划结果，会在行驶引导窗口显示每条路线的详细信息，包括路线名称、里程、转弯方向等信息，路线规划结果展示如图1所示。3 危险化学品道路运输路线GIS规划设计与应用平台采用动态类计算方法，提供实时动态最优危险化学品运输路线，通过自定义路线风险规避参数类型以及风险影响距离从而给出危险化学品运输最优路线。采用B/S架构10模式，通过IE、Google Chrome、Firefox等主流浏览器进行访问，对海量空间数据建立空间索引优化，节省数据处理、分析、规划时间，提升数据利用效率。其核心规划算法是在Dijkstra算法11基础上进行优化，使用广度优先搜索为评价指标，基于危险化学品图2 危险化学品道路运输路线规划平台架构图1 危险化学品运输GIS可视化路线规划结果展示105 2023 NO.2科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 安 全 与 防 灾SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯运输路网，计算危险化学品运输过程中某一节点到另一节点的道路权重值，进行路径规划分析，通过自定义路线风险规避参数类型以及风险影响距离从而给出危险化学品运输最优路线，保障出行及周边环境安全。平台整体架构分为数据层、设施层、服务层、应用层、用户层这5个层次，具体架构见图2。图5 危险化学品道路运输路线风险评估图4 危险化学品道路运输备选路线审批管理图3 危险化学品道路运输风险自定义标注路线106安 全 与 防 灾 2023 NO.2 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯3.1 危险化学品道路运输路线规划平台设计根据危险化学品运输路线规划业务需求分析，具体平台功能见图2。3.2 自定义标注路线危险化学品道路运输风险自定义标注路线见图3。3.2.1 备选路线审批管理对用户自定义的危险化学品运输路线规划路线进行路参数确认以及路线审核管理，备选路线审核参数主要涉及运输路线编号、起终点名称、运输路线里程、路线类型等参数。对审核通过的路线规划路线，通过点击审批路线变更备选路线确认按钮，将最新规划路线要素自动更新至危险化学品道路运输路线规避数据库。具体页面见图4。3.2.2 路线规避数据集成路线规避数据集成涉及的有基础地理数据、环境风险数据、运输路网数据这3种。通过对数据进行分析，将数据集成到危险化学品道路运输路线规避数据库，以接口方式提供服务，通过自定义接口参数可将路线规划规避所涉及的风险要素在前端进行可视化展示。3.2.3 运输路线风险评估基于平台内置的运输路线风险评估模型12，以环境敏感受体为评估基础，筛选评估路段，依据环境敏感图7 危险化学品道路运输绕行距离路线规划图6 危险化学品道路运输风险规避路线规划107 2023 NO.2科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION 安 全 与 防 灾SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯受体等级，确定危险化学品运输环境风险路段等