（计算机应用技术专业论文）基于灾害演进技术的交通疏散系统设计与实现.pdf

浙江大学硕十学位论文摘要 摘要 全球城市化进程跟随全球经济的快速发展而日益扩大，城市的交通问题也日 益凸显：交通拥挤；事故频发；交通瘫痪。但是这些并不是威胁人民生命安全和 财产罪魁祸首，由自然灾害而引发的交通突发事件才是造成城市安全隐患和风险 的根源。因此对灾害交通突发事件的研究越来越受到人们的重视。 本文首先对当前应急疏散领域的知名系统展开调研，如o r e m s 、e t i s 、 t r a n s c a d 、s w a r m 和t e d s s 。安装并使用它们的主要功能，同时分析它们的优缺 点，为本文的交通应急疏散系统的框架的搭建奠定了坚实的理论基础。 第三章提出灾害演进的模型和算法，灾害演进是交通应急疏散系统的数据基 础。灾害演进技术也是本文的创新点之一：与以往的灾害应急系统相比，本系统 具有更快的灾害响应时间。以往的系统必须事先输入灾害的所有数据，然后针对 数据展开分析，从而得出疏散策略。但是灾害演进技术则更为智能，只要通过灾 害爆发时的初始数据，就能够进行自动演算，对灾害尚未爆发的地区进行疏散。 基于语义的发布订阅模型也是本文的一个特点，灾害数据的快速传递是系 统快速响应时间的保障。交通信息在具备语义之后，发布可以更加实时且精确。 信息接收端对感兴趣的数据进行订阅，发布订阅引擎根据这些订阅可以发布第 一时间获得的交通信息。无需更多人工干预，只需要预先定义好一些发布订阅 规则。 最后，本文提出应急疏散系统的总体框架：灾害演进，灾害动态展示，灾害 数据传递，道路路网分析，疏散资源设置，辅助信息指导，交通应急疏散七大信 息模块。在实现了系统之后，通过暴雨洪涝的实例来测试分析。测试的结果表明， 由于提前获得了灾害数据，应急疏散提前展开充分利用了疏散资源，得到了最优 路网结构，有效达到了疏散的目的。 关键词智能交通，交通疏散，灾害演进，发布订阅 浙江人学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t h r a p i dg l o b a l e c o n o m i c g r o w t h , g l o b a l u r b a n i z a t i o n d e v e l o p m e n t u n p r e c e d e n t e ds p e e d su p h o w e v e r , t r a f f i cp r o b l e m sb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s ： t r a f f i cc o n g e s t i o n ；f r e q u e n ta c c i d e n t s ；t r a f f i cg r i d l o c k a l lo ft h e s ed on o tc a u s eaf a t a l b l o wt op e o p l e sl i v e sa n dp r o p e r t y t h em e t r o p o l i st r a f f i cp r o b l e m sc a u s e db yn a t u r a l d i s a s t e r sl e a dt om e t r o p o l i sp r o b l e m so fs e c u r i t yr i s ka n dr i s k t h e r e f o r e ，p e o p l ec a r e m o r ea b o u tt r a f f i ci n c i d e n t sc a u s e db yn a t u r a ld i s a s t e r s f i r s t l y , w ed ol o t so fr e s e a r c ha b o u tf a m o u st r a f f i cs y s t e mi na r e ao ft r a f f i c e v a c u a t i o n , s u c ha so r e m s 、e t i s 、t r a n s c a d 、s w a r ma n dt e d s s a f t e rw es e t u p t h o s es y s t e m s ，w eu s el o t so ff u n c t i o n s t h e nw ea n a l y z et h ef u n c t i o no ft h o s et r a f f i c s s y s t e ma n dg e tm e r i t so ft h o s es y s t e m s a tl a s tw ec a l lm a k eg o o du s eo ft h o s eb a s i c r e s e a r c h e sa n ds e tu po u rf r a m e w o r ko ft r a f f i ce v a c u a t i o ns y s t e mb a s e do nd i s a s t e r e v o l u t i o n i nc h a p t e r3 ，w ep r o p o s et h em o d e la n da l g o r i t h mo fd i s a s t e re v o l u t i o n d i s a s t e r e v o l u t i o ni st h ed a t ab a s eo ft r a f f i ce v a c u a t i o ns y s t e m a f t e rw em a k em o d e lo ff l o o d ， e a r t h q u a k ea n dh u r r i c a n e ，w ea l s or e s e a r c hs o m ea l g o r i t h mf o rt h o s ed i s a s t e rm o d e l s d i s a s t e re v o l u t i o ni so n ek e yp o i n to ft h i sp a p e r d i f f e r e n tf r o mo l dd i s a s t e r e v a c u a t i o ns y s t e m ，t r a f f i ce v a c u a t i o ns y s t e mb a s e do nd i s a s t e re v o l u t i o nt e c h n o l o g y h a sm o r eq u i c kr e s p o n s et i m e o l dd i s a s t e re v a c u a t i o ns y s t e mh a st ot y p ei n l o t so f i n i t i a l i z a t i o ni n f o r m a t i o n , t h e nm a k ea n a l y s i sa n dr e t u r ns o m ee v a c u a t i o np o l i c i e s b u td i s a s t e re v o l u t i o no n l yn e e d sal i t t l ei n i t i a l i z a t i o ni n f o r m a t i o n , s u c ha sd i s a s t e r s o u r c ei n f o r m a t i o n ，t h e ni tc a nc a l c u l u sb yi t s e l s oo nt h e s ed a t a , w ec a nm a k e e v a c u a t i o np o l i c i e sm o r eq u i c k l ya n dd od i s a s t e rw a r n i n ga n dp r e - d i s a s t e re v a c u a t i o n p u b l i s h s u b s c r i b em o d e lb a s e do ns e m a n t i ci sa l s oo n ek e yp o i n to ft h i sp a p e r t r a f f i ci n f o r m a t i o np a c k a g i n gb ys e m a n t i cb e c o m e sm o r er e a l t i m ea n da c c u r a t e i n f o r m a t i o ns u b s c r i b e rm a k e ss u b s c r i p t i o no ns o m ei n f o r m a t i o nw h i c hi ti si n t e r e s t e d i n t h e n ，t h ee n g i n eo fp u b l i s h s u b s c r i b er u ns o m em a t c h i n ga l g o r i t h mt os e n dt h e 浙江火学硕上学位论文 a b s t r a c t r e q u i r e di n f o r m a t i o nt oi n f o r m a t i o ns u b s c r i b e r o n c ew ed e f i n es o m er u l e ，w e c a ng e tt h ei n f o r m a t i o nw ei n t e r e s t e di nw i t h o u tm a n u a li n t e r v e n t i o n a tl a s t ，w ep r o p o s em a i nf r a m e w o r kw h i c hc o n t a i n ss e v e nm o d e l s ，s u c ha s d i s a s t e re v o l u t i o n ，d i s a s t e rd y n a m i cd i s p l a y ，d i s a s t e rd a t at r a n s f e r ，r o a dn e t w o r k a n a l y s i s ， e v a c u a t i o nr e s o u r c es e t ,a n c i l l a r yi n f o r m a t i o ng u i d a n c ea n dt r a n s p o r t e m e r g e n c ye v a c u a t i o n a f t e rf i n i s h e dt h i ss y s t e m ，w eu s ef l o o dt om a k et e s ta n a l y s i s a n dt h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tb e c a u s eo fg e t t i n gd i s a s t e ri n f o r m a t i o nm o r eq u i c k l y ， t r a f f i ce v a c u a t i o ni s s e t u pm o r ee a r l ya n dm a k ef u l l u s eo fe v a c u a t i o nr e s o u r c e f i n a l l y ，w eg e tt h eo p t i m a lr o a dn e t w o r ks t r u c t u r ea n de f f e c t i v e l ya c h i e v et h ep u r p o s e o ft h ee v a c u a t i o n k e y w o r d si n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o n , t r a f f i ce v a c u a t i o n ，d i s a s t e re v o l u t i o n ，p u b l i s h | s u b s c r i b e 浙江大学硕士学位论文 图日录 图目录 图1 1 大城市灾害应急步骤2 图1 2 基于灾害演进的应急疏散系统架构5 图2 1o r e m s 运行界面lo 图2 2 e t i s 运行界面一1 1 图2 3 t r a n s c a d 运行界面12 图2 - 4 s w a r m 运行界面13 图3 1 有规则和无规则结构1 7 图3 2 杭州地形网格2 8 图3 3 暴雨洪涝演进算法流程一2 9 图3 - 4 暴雨洪涝的多源和泄洪算法流程3 1 图3 5 暴雨洪涝演进效果3 2 图3 - 6 地震演进算法流程3 4 图3 7 地震的移动震源层叠算法流程3 6 图3 8 地震实际演进效果3 7 图3 - 9 飓风演进算法流程3 9 图3 1 0 近源和远源算法流程4 1 图3 1 1 飓风的实际演进效果4 2 图4 1 发布订阅模型4 4 图4 2 暴雨洪涝事件的规范r d f 图4 5 图4 3 订阅图模式s e l 4 6 图4 - 4 订阅图模式s e 2 o 4 6 图4 5 索引结构图4 6 图4 6 信息推送总量信息实际接收量柱状关系图4 9 图4 7 本体库基数信息匹配率折线关系图4 9 图5 1 基于灾害演进的交通应急疏散系统总体架构o 一5 2 图5 - 2 u d i g 运行界面5 3 图5 3 系统模块关系：一5 5 图5 - 4 灾害演进模块架构5 7 图5 5 灾害动态演进模块的流程5 9 图5 - 6 灾害数据传递模块架构6 0 图5 7 道路路网分析模块的流程6 1 图5 8 疏散资源设置模块架构6 2 图5 - 9 辅助信息指导模块架构6 3 图5 1 0 应急疏散模块的流程6 4 图5 1 1 应急交通动态疏散6 8 浙江大学硕1 ：学位论文 表目录 表目录 表3 1 暴雨洪涝计算域来源17 表3 2 暴雨洪涝的模型参数1 8 表3 3 地震震级描述2 l 表3 _ 4 地震计算域来源2 2 表3 5 地震的模型参数一2 2 表3 - 6 飓风等级描述2 5 表3 7 飓风计算域来源一2 5 表3 8 飓风的模型参数2 6 表5 1 系统开发环境5 4 表5 2 暴雨洪涝模型基本属性6 5 表5 3 受灾点疏散情况统计6 8 表5 4 疏散资源点利用统计6 9 v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签名： 签字同期：年月日签字日期：年月日 浙江人学硕十学位论文第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 上世纪以来，全球经济蓬勃发展，城市化进程不断加速，城市规模伴随着人 口和财富的增长而急剧增长。同时，各类重大灾害频发，导致原本已经脆弱的城 市交通系统不断遭到了严重的打击，作为城市发展的一个重要代表物交通系 统，安全隐患和风险在不断加大。城市的交通问题也越来越突显，无法预计的灾 害引发的突发事件不仅造成了人员伤亡、经济损失，也造成了城市交通系统的长 时间瘫痪。 全球范围内飓风造成的影响可见一斑。2 0 0 3 年，韩国东南部爆发的飓风“鸣 蝉”造成近百人死亡，损失达上亿美元；2 0 0 5 年，美国休斯敦爆发的飓风“丽 塔导致4 0 0 万居民撤离；2 0 0 6 年，中国浙江、福建省爆发的飓风“桑美 导 致4 0 0 万人受灾，因灾死亡1 0 4 人、失踪1 9 0 人，直接经济损失1 1 2 5 亿元； 2 0 0 8 年，缅甸爆发的强热带风暴“纳尔吉斯 导致2 3 3 万人死亡，3 7 万人失踪。 地震也是极其频繁的，全球每年发生地震约5 0 0 万次，对整个社会有着很大 的影响。对于我们来说，印象最深刻的就是2 0 0 8 年5 月1 2 日发生的四川汶川地 震，造成6 8 1 0 9 人遇难，3 6 4 5 5 2 人受伤，失踪1 9 8 5 1 人，紧急转移安置1 5 0 0 6 3 4 1 万人，累计受灾人数4 5 6 1 2 7 6 5 万人。在此之前，2 0 0 4 ，摩洛哥发生6 5 级地震 造成6 2 8 人死亡，9 2 6 人受伤，1 5 万多人无家可归；2 0 0 4 ，印度尼西亚的苏门答 腊岛发生9 级大地震造成超过2 8 万人失踪和死亡，引发海啸波及多个国家；2 0 0 5 ， 巴基斯坦发生7 8 级地震死亡7 9 ，0 0 0 ，伤亡6 5 ，0 3 8 人，3 3 0 万人无家可归。 全球各地的台风海啸造成暴雨洪涝灾害也是数不胜数。2 0 0 5 年登陆我国的 台风“海棠”、“麦莎”、“泰利 、“达维 、“龙王”造成直接经济损失近2 0 0 多亿 元，紧急转移和安置1 8 l 万人，1 1 4 6 万人受灾，近3 0 人死亡；2 0 0 6 年8 月在闽 浙两省交界处登陆的超强台风“桑美 造成近2 5 0 人的重大人员伤亡，经济损失 超过1 0 0 亿；2 0 0 7 年1 0 月，台风“罗莎 致使杭州部分地区严重内涝，创历史 记录的1 9 1 3 毫米日降水量使得主城区有5 3 3 处道路积水，最大水深达1 5 米， 主城区洪涝面积达8 2 1 9 8 千公顷，受灾人口超过2 1 万人。 1 浙江太目士论立l $ 绪论 如何在以上灾害爆发情况下，以最短的时间制定出交通疏散的策略，尽可能 疏散人群，减少灾害对人员的伤害以及财产的损失是一项非常复杂但是重要的 工作。此时针基于灾害演进的交通疏散系统就显得极为重要。 1 2 研究动机和意义 12 1 研究动机 在由灾害引发的突发交通事件时，交通应急疏散作为一项既系统又综合的工 作，涉及到了社会经济发展的方方面面。因为缺乏成熟的交通应急疏散系统的支 持，我国城市交通系统经常面临严峻的考验，而无法得到应急疏散。政府、企业 以及各种科研机构都应该加强交通应急疏散知识和系统的支援，建立起科学、技 术、管理、政策、法规的标准。因此，需要高度重视灾害的突发事件，针对其做 必要的科学研究，加强安全科技研究，从而解决城市交通安全中的关键科学与技 术问题。保持经济发展，促进社会稳定，保障人民安居乐业。 城市交通系统会随着应急疏散等交通系统的建立而得到强化。城市突发灾害 具有破坏性、突发性、意外性、连锁性和复杂性等特性，因此应对城市特大灾害 引起的交通事件要做以下步骤( 如图i 一1 ) ； 1 ) 灾害预警 2 )灾害演进分析 3 ) 灾害数据传递 4 )交通应急疏散 5 ) 灾后抢救 刨1 _ 1 人城市灾害廊急步骤 浙江大学硕_ l 二学位论文第1 章绪论 灾害演进分析、灾害数据传递和交通应急疏散是应对城市特大灾害所引起的 交通事件的核心内容，是所有步骤中的重中之重。 以往的灾害应对系统，需要大量的人力和时间成本来完成对灾害的预测【1 1 】， 往往因为人员配备不足或者得出预测的时间过长而导致结果已经不具备时效性， 所以针对灾害预测必须要有一套自动演进的模型和算法来实现快速而精确的预 测。 灾害的数据由灾害演进获得后，如何将数据快速而准备地送达到数据接收端 也是以往希望所没有实现的或者说没有全面实现，针对数据匹配传递，我们采取 基于语义的发布订阅模型和算法，能够实现更对的数据匹配，从而达到数据传 递的精确性。 以上的两个模块都是交通以及疏散系统的基础，在此基础上，结合道路路网， 使用合适的疏散算法，来实现人员疏散，应急抢救，灾后重建。 灾害属于自然因素，因为无法预知，所以无法避免，解决的途径就是通过灾 害演进分析后的数据来进行宏观调控，再加之高效的交通疏散算法能够尽快地疏 散和诱导人群车辆，减少人员伤亡和经济损失。因此，开展“基于灾害演进技术 的交通疏散系统设计与实现”的研究对于城市应对重大事故有着重要的现实意 义。 1 2 2 研究意义 针对灾害引发的突发交通事件来说，由于大城市原本拥挤不堪的交通系统的 因素，往往造成大量的人员伤亡和巨大的经济损失。做好灾害突发交通事件的研 究，有利于抢险救灾，有利于交通指挥，有利于社会安全，有利于经济发展，有 利于保护人民财产和生命安全。我国城市化进程越来越快，大城市的数量不断增 加，又因为我国幅员辽阔，各类灾害频发，迫切需要研发出一套针对各类灾害特 征的智能交通应急疏散系统，解决大城市管理决策者针对突发的自然灾害的难 题，在短时间内实现人员疏散；同时可以提升政府决策水平，提高政府公众形象。 基于灾害演进技术的交通疏散系统设计与实现是大城市面对突发灾害事件 威胁的最好解决办法，可以作为大城市应急平台的一个重要组成部分进行研究。 研究各类灾害的特性，建立灾害模型，设计符合实际的行之有效的高效算法，模 拟灾害的演进，提供应急疏散所需要的重要数据，将数据进行语义封装，在传递 3 浙江大学硕上学位论文 第1 章绪论 中使用基于语义的发布订阅模型来实现数据的精确匹配和按需匹配，为交通应 急疏散、预案模型设计、交通仿真评估等交通应急等功能打好基础。在和银江集 团的合作下，依托浙江省交通厅的良好支持，开发原型系统，刻不容缓。 1 3 研究内容和主要贡献 1 3 1 研究内容 对国内外优秀的应急疏散系统研究进行调研，深入分析了它们的优缺点，获 取了突发灾害事件发生情况下，面向大城市交通应急疏散的具体需求。在此基础 上进行功能提升后，提出基于灾害演进技术的交通疏散系统总体设计方案。主要 内容包括以下四个方面： 第一，灾害特性分析以及建模 第二，灾害演进算法以及优化 第三，灾害数据信息发布订阅 第四，基于灾害演进数据的交通疏散策略以及算法 研究的首要任务是对灾害的特性进行分析，针对特定的灾害( 暴雨洪涝、地 震、飓风) ，分析其不同特性，针对不同的灾害根据已经分析得到的特性，建立 模型，模型要符合灾害特征已经实际情况。 模型建立之后，就可以在模型基础之上研究算法应用，因为针对各类灾害建 立了不同模型，因此不同灾害模型的算法应用也各不相同。但是算法的主要要求 就是以模型为基础符合实际灾害演进过程。 灾害演进模型和算法实现之后，即获取了所需的灾害数据，如何将灾害数据 传递到数据接收端也是一项繁琐而重要的工作，数据传递必须具有高度匹配和精 确匹配。 以上的内容主要是为基于灾害演进数据的交通疏散策略和算法做数据准备。 在实际的紧急情况下的疏散过程中，由于交通流量急剧增加，灾害的破坏，交通 管理等因素影响，疏散算法必须考虑以上因素，而实现受灾人员的快速安全地撤 离。 基于灾害演进技术的应急疏散系统架构如图1 2 所示： 4 浙江大学硕上学位论文 第1 章绪论 图1 - 2 基于灾害演进的应急疏散系统架构 基于灾害演进技术的应急疏散系统架构，主要分为三大模块： 1 )灾害演进模块 2 )灾害数据传递模块 3 ) 应急疏散模块 本文主要以这三个模块和核心，展开研究和分析，最终实现基于灾害演进的 应急疏散系统。 1 3 2 主要贡献 针对当前的各类疏散系统而言，对于灾害的反应时间远远不足，主要原因是 因为需要大量的人力来分析获取灾害数据，输入至当前系统进行分析，才能够得 5 浙江大学硕j j 学位论文 第1 章绪论 出并不一定准确的数据，但是数据的时效性却很低。另外数据获得之后，进行的 传递工作不具备智能功能，需要人为干预。而本文提到的基于灾害演进的疏散， 首先针对各类灾害分析之后，对各类灾害建立模型，在导入一定真实数据的情况 下，进行算法分析，率先得出已经发生的灾害后续动作以及数据，同时将数据进 行语义封装，实现数据传递的高匹配率和高精确度，因此“基于灾害演迸技术的 交通疏散系统设计与实现”具有以下特征： 其一，提出灾害演进的概念。做了传统的交通疏散系统所没有做的重要前提 工作，灾害演进减少了交通疏散系统等待数据的时间，突出了系统对突发灾害事 件的响应，能够有效的提高疏散能力，为疏散提供更多可能的时间，提高疏散效 率。 其二、在灾害模型基础上，提出了灾害演进算法。能够在g i s 系统中更加 直观地体现灾害未来发展趋势。不但能够预测未来的数据以及走势，更能用图形 化的直观演化过程为高层决策者提供指导依据。该方法完善了高层参与的交通预 案建模。 第三、应用了基于语义的发布订阅模型来实现灾害数据传递。灾害数据在 灾害演进算法计算之后，能够快速而准确地传递给应急疏散系统的数据接收端。 因此相对于当前的其他系统来说，更具智能型，高效性。 1 4 文章结构 本文的结构按照一下内容安排。第一章为绪论部分，主要阐述研究背景、动 机、意义等，以及研究内容和主要贡献；第二章为应急疏散系统研究，主要从国 内外应急疏散的研究现状出发，介绍当前流行的一些应急疏散系统，之后结合技 术和产业化背景进行分析；第三章为灾害演进的模型和算法，是本文应急疏散系 统中的数据基础，通过对各类有代表性的灾害进行建模后，通过一定符合实际的 经典算法来获得灾害数据；第四章为数据传递模型与算法，上一章产生的灾害数 据如何在短时间能够传递到数据接收端，并且实现高匹配和高效率；第五章为应 急疏散系统设计与实现，结合以上章节的研究和基础数据配合一定路网【1 0 】结构， 实现由灾害引发的突发交通事件的针对性应急疏散，介绍主要模块及系统实现。 本文的第三章、第四章、第五章为文章核心部分，主要的模型设计，算法设 计以及系统设计与实现，在后面章节再详细展开。 6 浙江大学硕j ：学位论文 第1 章绪论 1 5 本章小结 本章介绍了研究的背景、动机和意义，同时针对全文的研究内容以及主要贡 献进行简要介绍。主要目的就是为了让读者对应急疏散领域有一个较好的了解， 熟悉本文将要阐述的基于灾害演进的应急疏散系统创新点和应急疏散的理论基 础。 7 浙江火学硕士学位论文第2 章应急疏散系统研究 第2 章应急疏散系统研究 2 1 国内外应急疏散的研究现状 为了应对紧急的交通突发事件，保证人民生命财产安全，国内外的应急疏散 领域都进行了各方面的研究与系统开发。 2 1 1 国外现状 交通应急疏散1 1 】【2 】系统在智能交通领域一直是重要课题和系统研制的目标。 当前研究的方向主要有： 1 )基于静态和动态交通流的交通网优化 2 ) 宏观基础的应急疏散策略制定 3 ) 应急疏散模块的优化以及仿真【1 8 1 作为城市化发展最发达的美国，在遭遇了各类代表性灾害之后，早在三十年 前就已经着手智能交通的应急疏散系统f 1 】冈研究。美国在应急疏散上已经做了很 多前瞻性非常强的工作。8 0 年代初，弗吉尼亚州核电站为了应付灾害爆发性极 强的核电站爆炸突发事件而开发的应急据测支持系统t e d s s t ”】，该系统能够在 核电爆炸突发事件一旦爆发的情况，根据一些简单容易获取的实时数据，在短时 间内提供应急疏散计划，确定核电爆炸覆盖范围，迅速确定最佳的疏散路径，从 而保障了弗吉尼亚卅l 核电站工作人员以及附近居住者的安全。另外还有一款在智 能交通的仿真领域非常出名的计算机仿真模拟1 8 】软件o 砌m s ( o a kr i d g e e v a c u a t i o nm o d e l i n gs y s t e m ) 。它是由美国联邦公路局委托美国能源部橡树岭实 验室和丹尼尔交通咨询公司合作开发，主要用途是针对突发事件根据他自定义的 路网模型和数据来模拟应急交通疏散。使用者可以根据路网模型和数据有该软件 分析得出道路服务水平及其时空分布、运行状况的特征参数、瓶颈路段和各类道 路设施的疏散时间。 交通疏散往往和灾后救援问题绑定在一起，实际上，交通疏散的大部分工作 就是为了能够获得进行灾后救援所需的交通数据。早期的应急疏散系统把大部分 精力投入到了提高灾后救援效率的问题之上。早期的应急疏散系统更加偏重于疏 浙江大学硕上学位论文第2 章应急疏散系统研究 散策略的制定，从宏观上达到应急疏散的最优化。而后期的应急疏散则在早期应 急疏散系统的基础之上进行深入研究，发现救援的瓶颈在于无法在短时间内获得 大量灾后救援所需要的交通数据，而导致应急疏散系统到达了一个瓶颈期。即宏 观交通疏散策略达到一个相对最高优化度的地步。此时后期交通应急疏散的研究 方向就可以得到快速发展。 早期的疏散研究的重点是暴雨洪涝、地震、飓风等灾害发生时，对人员继续 宁疏散疏散，研究灾难环境下个体行为特征和群体行为特征，包括社会力模型、 元胞自动机模型等。 近几年，疏散研究的重点逐渐转向大城市【1 2 】中灾害6 1 的特征研究，研究重点 由后及前了，其中重点是根据灾害演进等手段获得的数据基础上研究疏散路径规 划，在有限时间内从灾难区疏散尽可能大的人流。 2 1 2 国内现状 国内疏散系统研究的主要中坚力量主要集中在清华大学、中科院自动化所和 香港城市大学。 清华大学的公共安全研究中心在2 0 0 5 年建立了“突发公共事件应急 实验 室，重点研究针对突发公共事件的应急疏散。在针对各类突发事件进行分类研究， 其中的关键技术有“人员疏散与避难组织。通过对于人群的行为特性建立模型， 然后对人群模型进行模拟【9 1 疏散行为，通过已有的灾害数据相结合，然后确定人 群行为，决定的应急救援力量的行进路线，确定人员疏散的范围、路线和疏导策 略，尽可能避免雍堵阻塞，保证人员生命安全。 中科院自动化所的研究课题是则更加偏于理论，结合智能系统和复杂系统的 堤路，结合智能机协调理论，代理控制方法为基础理论来分析人工交通系统的建 模、分析和控制与管理，提出了平行应急管理系统。 香港城市大学的研究课题是主要是从优化应急疏散系统的角度出来，提出了 时变的动态网络流模型，以总体疏散时间最小为目标，同时优化疏散计划中的疏 散时间、疏散路线及疏散目的地分配方案。 国内现在的其他研究方向还集中在一些有实力的交通应用软件公司，如为 2 0 0 8 年北京奥运会和2 0 1 0 年世搏会提供应急交通系统的整体方案，主要针对大 型会场可能带来的交通疏散问题进行研究，针对性很强地来综合指挥交通情况， q 斯江 学顿学位论空 第2 章应急疏散系统研究 丌展实时准确的信息互动。这些企业往往跟一些高端研究所，高等院校相结合 实现产学研一体的团队。 2 2 应急疏散的系统介绍 2 2 1o r e m s o r e m s ( o a kr i d g ee v a c u a t i o nm o d e l i n gs y s t e m ) 是美国联邦公路局委托美 国橡树蛉国家实验室和月尼尔交通咨询公司合作丌发的专门用于突发事件应急 交通疏散1 3 】1 4 3 的一款仿真软件。它是基于w i n d o w s 的应用软件，主要应用于分析 和评估大量交通紧急撤离，而进行的疏散时间估计研究，同时可以指定撤离计划。 o r e m s 的设计目标是采用最新的交通模拟软件来设计模型实现更加快速的计算 和演化。o r e m s 运行实例如图2 + l 所示。 图2 - 】o r e m s 运行界面 o r e m s 软件的基本特点有： 1 )大量交通网络的建模，覆盖应急疏散的所有区域 2 ) 在不需要详细路由计划下，决定最优疏散 3 )分析最优疏散路径 4 )分析交通疏散中交通流的瓶颈 5 )能够指定高效的可变的交通控制策略 6 )能够评价交通流速率以及其他道路要素 浙江大学碗i 学位论文 第2 章应喜疏散系统研究 2 22 e t l s e t i s 是美国运输部与联邦紧急事件管理局( 简称f e m a ) 合作开发的飓风疏散 工具，如图2 2 所示。该软件是针对美国东南部登陆佛罗旱达的飓风所造成交通 搁塞问题而设计的。它整合天气信息，疏散百分率和旅行者占有比率等基本信息 对事故的实时数据的模型上进行运行。 # = = 一娶甚多 1 = i 酽一o 3 馨2 一 酗2 - 2 e t i s 运行界面 e t i s 作为一个交通运输部与紧急事件监控者，还规划了未束发展： i )开发一个可用于回答问题和评估相关的货物流通模块 2 )指定一个参考数据库柬收录来自各个国家的交通灾害事件 3 ) 丌发了个试验版本的用户界面，允许用户访问，检索和利用从多 个分散的数据和进行监测和评估政策柬源 2 2 31 t a n s c a d t r a n s c a d 是一个用于交通数据管理和分析的系统软件。t r a n s c a d 是唯一 的一个将g i s 同规划模型和物流应用程序充分结合起来的软件包。t r a n s c a d 系 统以崭新、实用的方式保存、接收、分析、可视化各种类型的交通信息以及相关 的地理数据。 t r a n s c a d 软件是交通运输领域专业技术人员日常工作的辅助工具，是交通 运输部门决策数据管理的工具。t r a n s c a d 软件具有多种功能，既能用于数字地 图、地理信息数据库可管理、图表显示等，又可作为复杂的交通分析、运筹学和 数据统计模型的工具，同时t r a n s c a d 可处理各种类型的交通数据和运输模式， 是建立交通信息和决策支持系统的理想工具。 蜥 j 。学论立 第2 章m 急兢散系统e t r a n s c a d 的系统界面如图2 - 3 所示 刿2 - 3 t r 卸s c a d 】互行界面 t r a n s c a d 还包括了很多组件： 1 )完整的地理信息系统( g i s ) ，供用户分析和绘制相邻区域、城市、 州、国家和世界范围内的交通运输系统。 2 ) 功能集合，可演示、编辑和分析用户数据。 3 )内置关系数据库管理组件，具有内部数据和用户数掘连接的强大功 能。 4 ) 分类j 二具，可分析、解释、制作高效运输图表和表述地图。 5 )综合应用程序集，用于交通规划、行驶路线和配送物流。 224s w a r m s w a 丌n 【2 6 】平台是一个支持人工生命建模 3 0 l 的面向对象模拟平台，是在美国 桑塔费研究所开发和研制的。s w a r m 的思想就是独立的a g e n t 能够进行独立的思 考，进行互动，从而就可以研究多个体互动是而形成的复杂行为。通过s w a r m 以支持模拟实验的分析、显示和控制，即用户可以使用s w a r m 提供的类库构建 模拟系统使系统中的主体和元素通过离散事件进行交互。s w a r m 的系统运行如图 2 - 4 所示。 浙k 学碰l 学位论i 第2 章 急疏散系统日恍 |i ! ii j ii i i： i i l1 i l l ll l l i i l 删2 4 s w a r m 巧行界面 s w a r m 的主要结构分为四个部分： 1 )s w a r m 个体模型 2 ) s w a r m 监控模型 3 ) s w a r m 模拟主体 4 ) s w a r m 模拟环境 个体模型：s w a r m 的系统主要是由许多紫个个体模型组成，能够对应互动事 件中的单个个体。能够产生动作并影响自身和其他个体的个实体。模拟包括几 组交互的个体。 监控模型：柬监控个体模型的对象，为了驱动数据收集。即从模型中将数据 读出，并画 图表，对观察工具的配置，例如生成哪娄图表，输出是观察结果。 模拟主体：它包括一系列规则、刺激和反应。可以在模拟运行过程中建立和 释放s w a r m 可用柬建赢描述多层次的动态出现的模型。 模拟环境：可以不设计特定模型，让s w m m 自动柬模拟环境。 23 技术应用 我国在智能交通领域的探索还停留在初步阶段，技术的应用还远谈不上，但 是的确出现了大量的研究机构和公司投入大量人力物力的现象。从传统的单一应 急疏散系统到现在种类繁多的智能交通软件，可以预见在不远的将来，我幽的智 能交通领域肯定会技术应用层出不穷。 目前国内在交通疏散领域的研究主要有两大主要阵营： 1 3 浙江大学硕1 ：学位论文第2 章应急疏散系统研究 传统的研究机构进行独立的理论研究，提高应急疏散领域的理论i j 驱导向； 此类的研究机构主要集中在一些知名院校，如清华大学、香港城市大学、上海交 通大学、浙江大学等。 新兴的公司结合高校等研究机构进行相关领域的软件研发，在国家政策允许 和支持的条件下，结合传统研究的理论，面向市场研发：此类的公司以刚在创业 板上是的银江股份为例，二十一世纪，智能交通成为世界瞩目的新焦点。浙江银 江交通技术有服公司致力于智能交通领域相关应用技术的系统集成、新产品的开 发及市场推广，i t s 项目的策划、设计与工程实施，国际智能交通领域的先进技 术及产品的引进与普及等。浙江银江交通技术有限公司经过几年来的不断努力， 取得了丰硕的技术创新成果，完成了上亿元产值的智能交通工程项目的和产品推 广。 2 4 本章小结 本章主要介绍国内外应急疏散领域的研究现状，然后针对当前比较流行且热、厂，纷f 门的系统进行介绍，主要介绍了o r e m s 、e t i s 、t r a n s c a d 、s w a r m 、t e d s sj 。ri 等应用软件，分析各类软件的特点。最后对应急疏散领域的技术应用进行总结概 括o7 1 4 浙江大学硕上学位论文第3 章灾害演进的模型与算法 3 1 研究内容 第3 章灾害演进的模型与算法 传统的交通疏散中很少考虑大范围的自然灾害以及此类自然灾害下的“极 限”交通问题。在经历了大量自然灾害，造成不可预计的人员伤亡和经济损失之 后，我们迫切需要一种新的交通疏散和救援策略来针对自然灾害的突发交通事件 【2 7 】作出高效而快速的响应。 本章的重点就是研究各类自然灾害，主要是暴雨洪涝、地震以及飓风的特征， 分析其实际演进中的属性，建立灾害模型以及在该模型上应用的算法，实现自然 灾害的计算机模拟运算。 3 2 算法准备 灾害演进的算法都必须基于灾害在实际中的具体体现，因此针对灾害演进的 算法，需要进行典型灾害调研和特征的归纳总结。这样才能保证灾害模型和算法 的实用性。 3 2 1 各类灾害归纳总结 当前自然灾害中出现最为频繁的当属暴雨洪涝、地震和飓风灾害。 暴雨洪涝的介绍： 是指一定时间内强度很大的雨。如果川、时降雨在1 6 毫米以上，或者1 2 小时降雨在3 0 毫米以上，或者2 4 小时降雨在5 0 毫米以上，都称暴雨。暴雨， 特别是大范围持续性的暴雨和集中的特大暴雨、往往会引起严重的洪涝灾害，使 人民的生命财产遭受巨大损失。 地震的介绍： 地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生的震波，从而在一定范围内引起地 面振动的现象。地震( e a r t h q u a k e ) 就是地球表层的快速振动，在古代又称为地动。 它就像海啸、龙卷风、冰冻灾害一样，是地球上经常发生的一种自然灾害。大地 振动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起 浙江人学硕 ：学位论文第3 章灾害演进的模型与算法 巨大的波浪，称为海啸。地震是极其频繁的，全球每年发生地震约5 5 0 万次。 飓风的介绍： 大西洋和北太平洋东部地区将强大而深厚( 最大风速达3 2 7 米秒，风力为 1 2 级以上) 的热带气旋称为飓风，也泛指狂风和任何热带气旋以及风力达1 2 级 的任何大风。飓风中心有一个风眼，风眼愈小，破坏力愈大。 总结以上的灾害，