（管理科学与工程专业论文）突发事件应急交通疏散策略的研究.pdf

摘要 摘要 各类突发事件日益增加的影响和加速的城市化进程突显了城市应急交通疏 散研究的重要性，也引起了各国政府和相关组织的广泛关注。半个多世纪以来， 很多国家都纷纷建立了自己的应急管理体系，我国也初步建立了突发事件应急 管理体系。但是，从总体上来讲，我国对突发事件应急管理的基础能力，特别 是对突发事件交通疏散问题研究还相当薄弱。同时，在研究领域，应急交通疏 散也已成为了研究热点之一。目前，国外发达国家和地区已经对其相关问题进 行了大量的研究，而国内尚处于起步阶段。 本文基于目前研究现状，以实现安全、迅速、有序疏散为目标，对应急交 通疏散策略进行了研究。全文采取定量和定性研究相结合方法，在现有相关研 究基础上，首先根据应急交通疏散研究的需求，对突发事件类别和等级进行了 重新划分，对突发事件下应急交通疏散特征进行了分析；其次，通过对交通需 求预测“四阶段法”的灵活修正和改进，提出了应急疏散交通需求预测流程， 构建了突发事件影响区域内出行产生量计算模型，并结合车辆疏散方式，将出 行产生量转化为标准汽车需求量。同时，借鉴运输问题的数学模型对应急疏散 交通需求分布进行分析，获得了交通需求分布o d 矩阵；再次，以b r p 模型为基 础，综合考虑突发事件下道路通行能力的随机性和道路的运行时间可靠度，对 路段和路径运行时间进行分析，提出预算疏散时间的概念，将预算疏散时间、 交叉口延误和i t s 设置情况相结合构建了疏散路径选择模型，同时以总疏散时 间最小为目标，建立了应急疏散交通流静态分配模型和基于动态行驶时间的动 态分配模型，并对模型进行了分析；然后，明确了应急交通疏散下交通组织的目 标和原则，分别对路段、交叉口的交通组织策略、起讫点和影响区域内的交通 组织策略、不同等级灾害事件下交通组织策略进行了研究。最后，在上述理论 和方法研究的基础上，基于t r a n s c a d 仿真软件，对一个虚拟案例进行了仿真实 验研究，根据仿真输出结果对路径选择合理性、交通分配合理性及拥挤路段进 行了分析，证明了相关理论和方法的可行性。 关键词：突发事件，应急交通疏散，应急交通需求，疏散路径选择，t r a n s c a d a b s t r a ( 玎 a b s t r a c t 1 1 1 ci n f l u e n c eo ft h ei n c r e a s i n ge m e r g e n c ya n dt h ea c c e l e r a t i n gu r b a n i z a t i o n p r o c e s sh a sa t t r a c t e de x t e n s i v ea t t e n t i o no fv a r i o u sc o u n t r i e sa n do r g a n i z a t i o n , a n d a l s oe n t a i l sg r e a ti m p o r t a n c eo ft h et r a f f i ce v a c u a t i o n d u r i n gt h er e c e n t5 0d e c a d e s ， m a n yc o u n t i e sh a v ee s t a b l i s h e di t so w ne m e r g e n c ym a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dc h i n a h a si n i t i a l l ye s t a b l i s h e de m e r g e n c ym a n a g e m e n ts y s t e m , b u tt h eb a s i ce m e r g e n c y m a n a g e m e n tc a p a c i t yi s s t i l l q u i t ew e a k , e s p e c i a l l yf o rt h et r a f f i c e v a c u a t i o n m e a n w h i l e t h et r a t 五ce v a c u a t i o nh a sb e c o m eah o tr e s e a r c ht o p i c 田1 ed e v e l o p e d c o u n t r i e sh a dd o n eal o to fr e l a t e dr e s e a r c h e sa tp r e s e n t , b u tc h i n as t i l li nt h es t a r t s t a g e o nt h eb a s i so ft h ec u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o na n dt a k e st h es a f e ，r a p i da n d o r d e r l ye v a c u a t i o na st h eg o a l ，m a i n l ys t u d i e st h es t r a t e g yo ft h ee m e r g e n c yt r a f f i c e v a c u a t i o n f i r s t l y , c h a p t e r2m a k e san e wd i v i s i o no fe m e r g e n c yc l a s s i f i c a t i o na n d l e v e la n da na n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ee v a c u a t i o nt r a f f i cf l o w s e c o n d l y , b a s e do nt h ef o u r - s t a g em e t h o do ft r i pf o r e c a s t , c h a p t e r3p u t sf o r w a r dap r o c e d u r e o ft r i pf o r e c a s tt h a tc a l lb eu s e dt oa n a l y z et h et r a f f i ce v a c u a t i o n a n ds o m ea n a l y s i s m o d e l st i t l eb u i l tf o rt h et r i pd e m a n da n dd i s t r i b u t i o nf o r e c a s to fe v a c u a t i o n t h i r d l y , c o n s i d e r i n gt h er a n d o m n e s so fr o a dc a p a c i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft r a v e lt i m e ，t h ec h a p t e r 4m a k e sa na n a l y s i so ft h et r a v e lt i m eo fr o a d ，c o m e su pw i t ht h ec o n c e p to f b u d g e t a r ye v a c u a t i o nt i m ea n dc o n t r i b u t e sb u d g e t a r ye v a c u a t i o nt i m e 、i n t e r s e c t i o n d e l a ya n di t ss e t t i n g st or o u t ec h o i c em o d e l m e a n w h i l e ，t w ot h e o r e t i c a lm o d e l s 砌 f o u n d e d , o n ei sas t a t i ct r a f f i ca s s i g n m e n ta n dt h eo t h e ri sad y n a m i ct r a f f i c a s s i g n m e n tw h i c hi sb a s e do nd y n a m i cl i n kt r a v e lt i m e t h e n , c h a p t e r5d i s c u s s e s m a n y u s e f u lt r a f f i co r g a n i z a t i o ns t r a t e g i e sf o re v a c u a t i o n , s u c ha st h es t r a t e g yo fr o a d a n di n t e r s e c t i o na n ds oo n f i n a l l y , b a s e do nt h er e s e a r c h e sa b o v ea n db yu s i n g t r a n s c a ds o f t w a r e ，c h a p t e r6p e r f o r m sa ns i m u l a t i o ne x p e r i m e n to nac a s eo f v i r t u a lr e a l i t y , w h i c hp r o v e dt h ef e a s i b i l i t yo fr e l a t i v et h e o r ya n dm e t h o d k e y w o r d s ：e m e r g e n c y , t r a f f i ce v a c u a t i o n , e v a c u a t i o nt r a v e ld e m a n d ，r o u t ec h o i c e ， t r a n s c a d i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 一虢缈搴 掣三三三翌【 年月 日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 妒p 第1 章绪论 第1 章绪论 近年来，世界各地突发事件频繁发生，除传统的火灾、地震、洪水、等自 然灾害引起的突发事件外，骚乱、恐怖袭击、疾病传播、生态灾难等新型事件 也不断出现，这些灾难性事件给人类造成了极大的危害，其带来的生命和财产 等各种损失也是难以估量的。 随着城市化进程的发展，我国已经进入一个高风险时期，并将在未来相当 长的时间内处于高风险时期，各类突发事件频繁而至，造成了巨大的人员伤亡 和经济损失，我国平均每年因自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全 事件造成的非正常死亡人数超过2 0 万人，经济损失达数千亿元。 面对各类无法避免的突发事件，我们能做的就是最大限度地控制和减轻事 件危害，保护公众，保护环境，这就要求我们必须做好突发公共事件的应急交 通疏散工作，以保证突发公共事件一旦发生时就能迅速、有效地采取应急交通 疏散和救援措施，尽可能的将所有或更多受灾人员安全有序的疏散到安全区域 或避难场所，减少或避免突发公共事件对周围公众可能引起的危害，保护公众 的健康与安全。 本章分析本文的研究背景与意义，介绍国内外应急交通疏散研究现状，在 这基础上提出了课题的研究内容和技术路线。 1 1 研究背景 1 1 1 国际背景 从上世纪中叶以来，人类社会突发事件越来越多，全球范围内严重的“天 灾人祸”制约了社会经济可持续发展、生命安全和身体健康。联合国曾于1 9 8 9 年1 2 月2 2 日通过了第4 4 2 3 6 号决议，将2 0 世纪最后十年定为“国际减灾十年”， 但十几年过去了“天灾人祸”却没有远离。 近几年来，世界各大城市突发事件频繁发生，如2 0 0 1 年美国的“9 1 l ” 恐怖袭击事件和炭疽白色粉末生物恐怖事件，2 0 0 3 年s a r s 危机，2 0 0 4 年印度 第1 章绪论 尼西亚大海啸，2 0 0 5 年的法国巴黎群乱，2 0 0 6 年的英国伦敦爆炸、2 0 0 7 年的印 度安得拉邦连环爆炸等。各类自然灾害和人为事件都造成了巨大的人员伤亡和 财产损失。表1 1 为近几年来世界各地灾害情况。 表1 1 灾害情况统计表 时间 地点 事件名称伤亡及损失情况 2 0 0 2 墨西哥湾飓风丽丽5 0 万人紧急疏散 2 0 0 3 韩国东南飓风鸣蝉百余人死亡，2 万多人无家可归，损失达上亿美元 飓部 风2 0 0 5 休斯敦飓风丽塔4 0 0 万居民撤离 2 0 0 5 新奥尔良飓风卡特里娜死亡1 8 0 0 人左右，损失高达1 2 0 0 亿美元 2 0 0 8 缅甸强热带风暴2 3 3 万人死亡，3 7 万人失踪 “纳尔吉斯” 2 0 0 4 摩洛哥6 5 级 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 印度苏门9 级超过2 8 万人失踪和死亡，苏门答腊岛引发海啸波及 地 答腊岛多个国家 震 2 0 0 5伊朗克尔6 5 级 超过6 0 0 多人死亡，9 0 0 多人受伤，3 万多人无家可 曼省归 2 0 0 5 巴基斯坦7 8 级死亡7 9 0 0 0 ，6 5 0 3 8 人受伤，3 3 0 万人无家可归 2 0 0 1 美国贸易恐怖袭击3 0 0 0 多人夕匕亡 恐中心 怖2 0 0 2 印度尼西爆炸2 0 0 多人死亡 事亚 件2 0 0 4 俄罗斯劫持人质3 0 0 多人死亡，一半以上足儿童 2 0 0 6 印度盂买爆炸1 7 4 人死亡，4 6 4 人受伤 1 1 2 国内背景 纵观近2 0 年来的城市化进程，中国已经进入城市化稳定发展阶段。“十六 大”报告提出了全面建设小康社会、实现新型工业化等一系列新的社会经济发 展目标，我国的城市发展将进入全面加速期，城市化发展速度加快，城市规模 日益扩大，尤其是大城市，人口不断增多，城市功能日趋复杂。随着城市化进 程的快速发展，我国进入了一个高风险时期，并将在未来相当长的时间内处于 高风险时期，安全隐患和风险不断加大，各类突发事件也在频繁发生，如2 0 0 8 年1 月的雪灾，几乎席卷了我国南方的大部分地区，受连续暴雪冰冻天气的影 响，京广线瘫痪，京珠高速关闭，航班延误，部分地区连续停电、断水、封路、 2 第1 章绪论 农作物受损此次雪灾造成直接经济损失达1 5 1 6 5 亿元，因灾死亡1 2 9 人， 失踪4 人，紧急转移安置1 6 6 万人：农作物受灾面积1 7 8 亿亩，成灾8 7 6 4 万亩， 绝收2 5 3 6 万亩；倒塌房屋4 8 5 万间，损坏房屋1 6 8 6 万间口1 。2 0 0 8 年5 月1 2 日四川汶川大地震，造成死亡6 9 1 9 7 人，失踪1 8 2 2 2 人，直接经济损失高达8 4 5 1 亿【3 】。此外2 0 0 6 年“桑美格美”等多起热带风暴，2 0 0 5 年吉林中石化工厂 爆炸事件，2 0 0 4 年的禽流感、重庆井喷事故和氯气泄露事故，2 0 0 3 年s a r s 疫 情爆发，1 9 9 8 年长江中下游大规模洪涝灾害等等都造成了巨大人员伤亡和经济 损失。 突发事件无法避免，我们能做的是尽最大努力控制和减轻突发事件带来的 危害，保护公众，保护环境，这就要求我们必须做好突发事件的应急交通疏散 研究工作，以保证突发公共事件一旦发生时就能迅速、有效地采取应急交通救 援措施，将受灾人员安全有序的疏散到安全区域或避难场所，减少或避免突发 公共事件对周围公众可能引起的危害，保护公众的健康与安全。 1 2 研究意义 面对各类突发事件，我国政府意识到了建设应急指挥体系，制定各类突发 事件应急疏散预案的重要性。国务院于2 0 0 6 年1 月8 日颁布了国家突发公共 事件总体应急预案：l ，明确了各类突发事件分级分类和预案框架体系，规定了国 务院应对特别重大突发事件的组织体系、工作机制等内容，并且各省市、地方 也纷纷建立各项应急预案，初步形成了突发事件应急管理体系但是从总体上 来讲，我国对突发事件应急的基础能力，特别是对突发事件交通疏散问题研究 还相当薄弱。本文通过对突发事件应急疏散策略的研究，有效地处置可能发生 的突发事件，安全、迅速、有序的将受灾人员转移至安全区域或避难场所，及 时控制突发事件造成的各种危机局面，以应对万一可能发生的突发事件，把突 发事件对社会、经济造成的不良影响和损失降低到最小程度，对于确保公众和 环境的安全，保障社会稳定和经济的发展有重要的现实意义。 应该指出的是，应急交通疏散是应急预案的重要组成部分之一，对于应急 交通疏散策略的研究有助于完善应急预案，反过来，完善的应急预案又可以更 好指导应急交通疏散，对于应急管理体系的完善、城市应急能力和应急水平提 高具有重大的借鉴意义。 3 第1 章绪论 1 3 国内外研究情况 1 3 1 国外研究情况 自“9 1 1 ”事件以后，国外对应急交通疏散越来越重视，开展了丰富的研究， 降低了救援响应时间，不断推进着突发公共事件的应急救援技术向前发展，其 研究经验值得我国借鉴。从国外相关研究内容来看，对突发公共事件下应急交 通的研究主要集中在两个方面，分别是突发公共事件下的交通需求预测研究与 突发公共事件应急交通疏散路径选择研究，以下针对这两部分内容分别进行阐 述。 1 突发公共事件交通需求预测研究 突发事件下交通需求随时间变化的特点，很多学者提出了不同的应急交通 需求预测方法，主要有两个步骤：( 1 ) 预测总的应急交通疏散需求量；( 2 ) 预测应 急交通需求( 受灾人员) 离开疏散人员聚集点进入路网的时间。 对于总应急交通疏散需求量的预测，目前主要有基于专家判定的经验法( 参 与率法) 、城市交通规划四阶段模型中用于预测交通生成的方法、l o g i s t i c 回归模 型、人工神经网络模型和危险生存模型h 1 。 b i n gm e i 分别应用l o g i s t i c 回归模型和三种人工神经网络( a n n ) 模型预测了 飓风应急交通需求 5 】。这三种人工神经网络( a n n ) 模型包括基于贝叶斯的概率 神经网络( p n n ) 模型、学习矢量量化( l v q ) 神经网络模型和反向传播神经网络 ( b p n n ) 模型。通过研究发现，人工神经网络( a n n ) 模型预测应急交通需求的结 果与其他方法预测的应急交通需求结果极其相似。在有相同的前期预测信息条 件下，l o g i s t i c 回归模型和反向传播神经网络( 8 p n n ) 的预测结果略比学习矢量量 化( l v q ) 神经网络模型和反向传播神经网络( b p n n ) 模型的预测结果好。 h a o q i a n gf u 根据风险生存分析理论，将考虑协变量随时间变化而变化的 c o x 比例风险回归模型和分段指数模型应用于飓风疏散研究领域1 。他认为当飓 风到来时是否疏散是随着时间推移的一系列二元选择，由此构建了序次l o g i t 模 型和次序互补的l o g l o g 模型。每一个模型都是一个关于家庭社会经济特征、 飓风的特性、政府命令( 如是否发布疏散命令) 的函数，用来预测在飓风登陆之前， 每个时间段内住户疏散的概率。通过研究对比发现，序次l o g i t 模型能够根据不 4 第1 章绪论 同的环境因素，为飓风疏散预测动态的应急交通需求，而且其预测结果比当前 常用的疏散参与率方法与反应曲线相结合预测的应急交通需求结果更合理、更 准确。 对于应急交通需求离开疏散人员聚集点进入路网的时间的预测方法主要有 s 型行为反应曲线( s c u r v e s ) 盯儿引。s 型行为反应曲线是目前研究得比较热门的 应急交通需求加载函数，已经广泛用于飓风疏散研究，同时也集成在不同的应 急交通疏散软件包中喳儿引。行为反应曲线有2 个关键参数，即系统中一半出行量 加载到路网所需要的时间和人们对灾害的反应( 快速，中等及慢反应) 参数。前者 确定疏散时间的范围，后者决定应急交通需求加载到路网中的快慢程度。这些 参数一般都是根据历史调查数据来标定。 以上预测应急交通需求的方法各具优劣，具体应用可根据当地实际情况选 用。实践中，很多紧急条件下的应急交通需求都是通过静态网络中所预测的总 应急交通疏散量与预测的应急交通需求离开居民集结点进入路网的时间的百分 比，来确定时变的应急交通需求。 2 突发公共事件交通疏散路径选择模型 应急疏散路径选择及其相关内容，作为疏散预案的重要组成部分，国外的 相关机构和学者进行了大量的研究，欧美一些国家，特别是美国起步较早，研 究也较为成熟。 s i n u a n y s t e m , z 呻1 运用基丁行为的微观交通仿真模型，在放射性危险事件紧 急撤退的情况下，对行人、车辆保有量、交叉口行程时间和路径选择变化对路 网疏散时间的敏感性进行了研究，认为行人与道路交通的相互作用对路网疏散 时间的影响较大。 p i d d n 们在地理信息系统中通过一个基于目标( o b j e c t e d o r i e n t e d ) 的微观模拟 器，开发出紧急疏散规划空间决策支持系统，用于评价紧急撤退规划或方案。 这个系统能帮助个体车辆找到通往目的地的不拥堵路线。但是，这个系统没有 考虑车辆的相互影响 y a m a d a n 运用最小成本流问题来对区域行人撤退至避难所进行交通分配。 y a m a d a 给出了最短路撤退规戈0 ( t h es h o r t e s te v a c u a t i o np l a n , s e p ) 的定义，即全 部撤退者撤离至所有避难所的行程总和的最小化。这种方法也适用于简单路网 情形，即在最短路网行程距离的假定下，路网中每个车辆均行驶至距其最近的 第l 章绪论 撤退区域出口撤离。但是，在复杂路网中分配车辆到离其最近的撤退出口容易 引起严重的交织和拥堵。同时，这种方法在实践中也很难实现，因为撤退管理 者必须将有关最近出口和最短路的信息传达给所有的司机，并且所有的被撤离 者都自愿服从这种撤退方案。 c a m p o s n 纠提出了一种k 一最短路方法来确定最优的独立撤退路径。在此方 法中，个人选择的路径如果具有更大的通行能力和更短的行程时间，则是较优 的。最优撤退路径通过每条连通路径的起点和终点之间路段的最大容量和行驶 时间之比来确定。 b a t t y n 3 1 对节日集会的紧急疏散研究中，模拟了紧急撤退时小范围的车辆行 为是如何逐渐演变为大规模的群体行为的，同时演示了交通控制措施是如何在 紧急撤退时缓解交通拥挤，以提高交通安全。 t h o m a sj c o v a 和j u s t i ne j o h n s o n 4 1 提出了一个基于车道( 1 a n e b a s e d ) 的网络 流模型，用于选择在复杂路网中进行紧急撤退的最优路径。模型认为交叉口车 流交织和冲突是导致撤退拥堵的主要原因。模型的主要目标是使撤退车辆通过 距离其最近的路线出口撤离到疏散区域，同时通过控制或改变交叉口车道的通 行状态，减少撤退车流在交叉口的交织点和冲突点，从而减少紧急撤退情况下 交叉口的延误。但是该基于车道的网络流模型，着重考虑交通流在交叉口的相 互作用对疏散效果的影响，而不是以精确的最短路径来衡量撤退效果，并且没 有限制紧急疏散的时间。因此，模型的输出结果对诸如车辆数量和车道容量这 些输入变量的敏感性较低，这有利于紧急疏散的短期规划和预案制定。c o v a 研 究的模型能够为紧急疏散规划提供技术支持，但还需要在实践中进行更深入的 研究和发展。 f a n gy u a na n d l e ed h a n n 引用v i s s i m 模拟了田纳西州核电站的紧急交通疏 散，详细论述了进行路网疏散仿真的模型建立、步骤、数据准备和仿真结果。 在研究中，他们运用动态交通分配模型选择疏散路径，并以基于最短行程时间 考虑的最优目的地选择模型来进行交通疏散，与静态交通分配和静态目的地选 择方法相比，总体疏散时间缩短了5 8 a 他们的研究表明，在紧急交通疏散中运 用动态交通分配模型选择疏散路径，并且以基于最短行程时间考虑的最佳目的 地选择模型来进行交通疏散，对于缩短总体疏散时问，效果要显著优于静态交 通分配和静态目的地选择方法。 y i n gl i u 提出了一个双目标综合优化疏散模型，用于在应急疏散仿真平台上 6 第1 章绪论 生成最优的初始疏散方案。该模型的优化目标分为两个层次，即最高目标是将 疏散期间的所有有利因素最大化，最低目标是减小整个系统在疏散过程中的行 程时间和等候时间。该研究具有较高的实用价值，有助于规划者在各种情况下 较快得到优化的疏散方案n 引。 1 3 2 国内研究情况 国内相关机构和研究学者对应急交通疏散及其相关内容研究较晚，但也取 得了一定的成果。 温丽敏n 刀博士以有毒物质泄漏为例，对人员疏散和组织技术进行了研究。 研究主要包括以下成果：以毒物负荷准则划分危险分区，提出了根据毒物浓度和 人员接触毒物时间，确定人员疏散范围的原则和方法：运用遗传算法建立人员 疏散路径选择模型：提出徒步疏散和车辆疏散两种疏散方式选择模型。在路径 选择模型研究中通过引入路径当量系数和毒物危害惩罚系数，把疏散路径的选 择转化为求解理想模式下静态最短路的数学规划问题，对在紧急状态下交通流 特性没有考虑，与实际情况下的紧急疏散有一定的差距。 张培红和岳丽红对应急疏散空间进行网络优化，进而利用网络流原理和最 优化理论，建立多目标应急疏散系统及疏散路线全局优化的数学模型，并通过 对一民用住宅建筑物应急疏散性能的实例研究，进行关于最优应急疏散路线的 动态模拟分析n 引。 刘丽霞n 钔等运用最短路和相异路算法，通过对道路网络基本信息的修正和 对相异度计算的改进，将产生的最优路径和相异路径应用于应急疏散的路径选 择之中，并应用实例对算法进行了验证。 卢兆明啪1 等提出了基于时变动态流的网络优化模型，该模型以最短疏散时 间为目标函数，同时对疏散路径、疏散目的地以及疏散开始时间进行优化。并 以此优化模型为基础，初步建立了基于g i s 的大规模应急疏散系统。该系统可 以模拟优化各种灾害条件下最优应急疏散策略，为政府有关部门在城市建设和 城市防灾规划中的决策提供科学依据，也可用于城市应急规划设计和实时应急 管理指挥。 蒋光胜利用应急疏散仿真软件o r e m s 对2 0 0 8 年奥运会突发公共事件整个 疏散过程进行了模拟，得到了总体疏散时间、平均疏散速度等，可以为决策者 7 第l 章绪论 提供决策支持的关键参数，并对仿真结果作了分析位。 高明霞，贺国光考虑交叉口延误和通行能力等因素，将交叉口分方向延误 和通行能力作为节点权重，用点权网络表示疏散涉及到的道路网，建立了点权 交通网络中的最小费用流模型，描述城市内事故地点至接收点的人群及其产生 的车流的疏散路线问题；设计了求解这种最小费用流的最小费用路径算法，通 过求解点权交通网络中的最小费用流，得出事故地点至安全接收地点的最佳疏 散交通路线及相应的疏散流量池】。 近两年来北京工业大学结合北京2 0 0 8 奥运交通需求与规划，做了许多相关 的研究：许焱做了奥运交通紧急事件管理系统规划研究并提出了系统框架的开 发方法，从组织机构、道路、人员、车辆等角度研究了建设奥运交通紧急事件 管理系统的基础条件。利用智能交通系统框架开发软件t u r b oa r c i l i t e c t u r e 开发 了奥运交通紧急事件管理系统的体系框架，制订了交通阻塞、轻微交通事故、 严重交通事故和奥运专用车辆故障等紧急事件的处理预案。但缺少对突发事件 的应急交通疏散的深入研究。 当前，国内对突发公共事件的研究主要集中于生产安全事故领域，多停留 于有关疏散目的与原则的定性研究，理论深度不够。有关部f 1 3 针对性地制定 了一些事故应急救援对策或预案，但是实践表明这些预案的内容不完整，缺乏 技术性、实用性和可操作性。对于应急交通的研究尚处于探索阶段，对疏散行 人车辆的行程路径选择、疏散时间的估算、疏散方案效果评价的研究较少；对 应急交通缺乏技术性的规划和决策支持系统，特别是其中关于疏散路网的交通 需求、分配、路径选择与优化、拥挤延误、疏散时间的研究，比较匮乏。 综上所述，我国在应急交通疏散方面的研究仍需要进一步深入和完善，通 过提升应急能力、手段来满足实际的应急需求，通过建立定量化的应急交通决 策辅助支持体系来提高应急方案的可操作性。当前国内在交通应急方面建立了 一系列的调度指挥系统，如：黑龙江省公路交通应急调度指挥系统、河北省交 通应急通信指挥调度系统、江苏省交通应急指挥中心基础平台、上海市公路应 急指挥系统等，为我国在应急交通疏散技术方面提供了一定的研究基础。同时 国外的研究也为我国开展突发公共事件交通应急疏散提供了丰富的经验。 1 4 研究的技术路线和主要内容 8 第1 章绪论 1 4 1 研究技术路线 本文采用的技术路线如图11 所示。 冈1 1 研究技术路线 第l 章绪论 1 4 2 研究的主要内容 本论文的研究内容主要包括以下6 部分： 1 国内外研究现状的综述 通过大量相关文献的查阅，从应急交通疏散下交通需求预测和疏散路径选 择两方面，对国内外应急交通疏散研究现状进行了总结和评述，特别是对美国 的相关机构和学者对应急交通疏散的研究历史进行详细的分析，同时，回顾总 结我国在应急交通疏散方面所取得的成果。在此基础上，确定了本论文的主要 研究内容和研究思路。 2 应急交通疏散特征分析 根据突发事件的可预知程度，将突发事件分为两类：可预警突发事件和非 可预警突发事件，然后根据突发公共事件对城市交通的影响程度以及应急交通 疏散的可控性、严重程度和影响范围，对突发事件进行等级划分，最后对可预 警突发事件交通疏散特征和不可预警突发事件交通疏散特征进行分析。 3 应急交通疏散下交通需求分析 首先根据交通需求“四阶段法”提出应急疏散下交通需求预测流程；然后 在应急疏散特征和出行产生预测模型分析基础上，提出突发事件影响区域内出 行产生量计算模型，并结合车辆疏散( 出行方式) 方式，将出行产生量转化为 标准汽车需求量，从而获得应急疏散的交通需求量：接着借鉴运输问题的数学 模型对应急疏散交通需求分布进行分析，求出交通需求分布o d 矩阵，并根据改 进的应急交通需求时变曲线函数给出时变应急交通需求量分布o d 矩阵；最后， 分析静态交通分配和动态交通分配优缺点，提出其适用范围。 4 应急交通疏散路径选择的研究 首先对应急疏散路径选择原则进行分析；然后根据道路条件状况( 路面状 况、几何线形、坡度、道路等级等) 、应急车道设置、路肩设置、连接道数量、 i t s 设施设置、交叉口密度等因素，对应急疏散路径进行初步筛选：紧接着以 b r p 模型为基础，综合考虑突发事件下道路通行能力的随机性和道路运行时间 可靠度，对路段和路径运行时间进行分析，提出预算疏散时间的概念，并结合 l o 第l 章绪论 预算疏散时间和交叉口延误、i t s 设置情况等因素构建疏散路径选择模型；最后， 以总疏散时间最小为目标，建立应急疏散交通流静态分配模型和动态分配模型， 并对模型进行分析。 5 应急交通疏散下交通组织策略研究 在明确应急交通疏散下交通组织的目标和原则的基础上，分别对路段、交 叉口的交通组织策略、起讫点和影响区域内的交通组织策略、不同等级灾害事 件下交通组织策略进行了研究。 6 应急交通疏散虚拟案例仿真 选取t r a n s c a d 软件作为应急交通疏散仿真平台，对虚拟案例进行仿真。首 先，对选取虚拟案例仿真的原因进行分析，对虚拟案例仿真问题进行详细阐述， 给出虚拟路网图及相关假设；然后，利用t r a n s c a d 的运输问题程序获得应急交 通需求分布o d 矩阵，并根据应急疏散路径选择相关理论，确定应急交通疏散路 径；最后，应用t r a n s c a d 软件中的交通分配程序将疏散车辆分配到各条路径上， 并根据输出结果对交通分配合理性和拥挤路段进行分析。 第2 章应急交通疏散特征分析 第2 章应急交通疏散特征分析 应急疏散交通特征研究是应急疏散策略的重要组成部分也是其基础。由于 突发事件具有突发性、偶然性和高危害性等特点，使得应急疏散交通特性与日 常交通特性相比在交通需求、车流跟驰特性、疏散车流o d 分布、驾驶员生理和 心理特性等方面有很大的不同，因此，应该基于应急交通疏散特征研究应急交 通疏散策略。 对于需要交通疏散的突发事件来讲，现有研究成果中对突发事件的分类分 级不能满足对应急交通疏散特征的分析。因为同种类别不同等级下的突发事件， 以及不同类别同等下的突发事件产生的疏散车流的交通特性没有明显的规律可 言。因此，本文首先根据突发事件的可预知程度，将突发事件分为两类：可预 警突发事件和不可预警突发事件，然后根据突发公共事件对城市交通的影响程 度以及应急交通疏散的可控性、严重程度和影响范围，对突发事件进行等级划 分，最后对应急交通疏散特征进行了分析。 2 1 突发事件 2 0 0 6 年1 月8 号国务院出台的国家突发公共事件总体应急预案对“突 发公共事件”作了定义：指突然发生、造成或者可能造成重大人员伤亡、财产 损失、生态环境破坏和严重社会危害，危及公共安全的紧急事件啪1 。 2 1 1 突发事件分类 预案根据突发公共事件的发生过程、性质和机理，将突发公共事件分 为4 类： 1 自然灾害，主要包括水旱灾害、气象灾害、地震灾害、地质灾害、海洋 灾害、生物灾害和森林草原火灾等； 2 事故灾害，主要包括工矿商贸等企业的各类安全事故，交通运输事故， 公共设施和设备事故，环境污染和生态破坏事件等： 3 公共卫生事件，主要包括传染病疫情，群体性不明原因疾病，食品安全 第2 章应急交通疏散特征分析 和职业危害，动物疫情，以及其他严重影响公众健康和生命安全的事件； 4 社会安全事件，主要包括恐怖袭击事件，经济安全事件和涉外突发事件 等。 对于需要交通疏散的突发事件来讲，上述内容对突发事件的分类分级不能 满足对疏散车流交通特性的分析，因为同种类别不同等级下的突发事件，以及 不同类别同等级下的突发事件产生的疏散车流的交通特性没有明显的规律可 言。因此，为了系统的分析疏散车流的交通需求、车辆跟驰特性、o d 分布、驾 驶员生理和心理特性等特性，将突发事件根据可预知程度进行重新分类盼劓，即 分为可预警突发事件( 如：飓风、热带风暴等) 和非可预警突发事件( 如：毒气泄 漏、恐怖袭击、地震等1 。 可预警突发事件是指有关部门在其发生之前，通过各种监测技术、手段等 对其危害严重程度、影响范围及变化趋势等做出前瞻性预测的突发事件。可预 警突发事件具有一定的预警时间，应急指挥部门可以充分利用该段时间制定或 者完善相应的应急预案。 不可预警突发事件是那些不可以被事先预测的突发事件，与可预警突发事 件相比，它具有突发性、偶然性和高风险性。非可预警突发事件发生下，灾害 发生处短期交通需求量非常大，交通管理部门如何合理配置交通流量，使短时 期内交通压力得到分散，以保证在最短时间内或安全时间内将受灾居民疏散到 安全区域或避难场所至关重要。 2 1 2 突发事件等级划分 国家突发事件的分级标准仅停留于定性描述，对交通疏散应用意义不大。 因此为了便于对于应急交通疏散进一步研究，需要根据突发公共事件对城市交 通的影响程度以及应急交通疏散的可控性、严重程度和影响范围进行重新划分。 参考国家突发事件的分级标准，将突发事件划分为如下四个等级：一般( i v 级) 、较大( i i i 级) 、重大( i i 级) 、特别重大( i 级) 四个等级。具体划分如下： 一般突发事件( i v 级) ：针对较严重的突发公共事件造成的小范围区域的疏 散，可能或正在进行的疏散为半径不足4 公里，或者需要或正在疏散人员不超 过4 万人，需要区级或县级应急交通指挥中心进行应急疏散的交通组织，只需 要事件影响范围内部分道路的几条车道作为疏散道路，例如：一栋大厦内的人 第2 章应急交通疏散特征分析 员疏散。 较大突发事件( i l l 级) ：针对较严重的突发公共事件造成的小范围区域的疏 散，可能或正在进行的疏散为半径4 公里以上不足7 公里，或者需要或正在疏 散人员数量4 万人以上不足7 万人，需要区级应急交通指挥中心进行应急疏散 的交通组织，事件影响范围内的部分道路作为疏散道路，例如：化工厂的爆炸 造成的疏散等。 重大突发事件( i i 级) ：针对严重突发公共事件造成的局部区域的疏散，可 能或正在进行的疏散为半径7 公里以上不足1 0 公里，或者需要或正在疏散人员 数量7 万人以上不足1 5 万人，需要有市级应急交通指挥中心进行应急疏散的交 通组织，事件影响范围内的局部区域的所有道路都要为疏散车辆所用，例如：大 型活动遭受的重特大事件而造成的局部区域的疏散。 特别重大突发事件( i 级) ：针对特别严重的突发公共事件造成的整个城市 或较大区域的大疏散，可能或正在进行的疏散为半径1 0 公里以上，或者需要或 正在疏散人员达1 5 万人以上，需要由国家级或省级应急指挥中心进行应急疏散 的交通组织，所有的道路都要为疏散车辆所用，疏散交通严重影响正常社会交 通的运行例如：城市遭遇飓风、洪水、地震等自然灾害而引起的疏散。 表2 1 突发事件划分等级标准 级别一般较大重大特别重大 ( i v 级) ( i i i 级)( i i 级) ( i 级) 分级依据蓝色等级黄色等级橙色等级红色等级 疏散方式步行车辆、步行步行+ 车辆飞机步行+ 车辆飞机 疏敞半径4 公里4 1 0 公里1 0 2 5 公里2 5 公里 疏散人数4 万4 7 万7 1 5 万1 5 万 道路资源部分道路部分道路所有道路所有道路 信号控制i v 级i i i 级i i 级i 级 指挥级别 区级 区县级 市级 市级以上 2 2 应急交通疏散特征分析 应急交通疏散是指根据突发公共事件的需求和要求，在相关部门的统一协 调调度指挥下，采取一定的交通组织和管制措施，以保障受灾人员安全、快速、 有序地疏散到安全区域或指定避难场所的一个过程。应急交通疏散要解决的问 1 4 第2 章应急交通疏散特征分析 题是疏散多少人，疏散到哪里，选择哪条路径进行疏散，以及该过程中如何进 行应急交通资源优化配置等等。由于突发公共事件的发生往往会造成大面积的 地区同时受灾，而各灾区的人口结构和地理特征的不同又造成各灾区受灾程度 不一，且在突发公共事件各个阶段其特点也各不相同，因此需要实时地评估灾 害事件对各地区的危害程度，预测灾害事件发展趋势、态势及影响范围，建立 不同的应急交通疏散策略。同时，我们应该注意到应急交通疏散涉及到卫生、 公安、交通、城管等众多部门，覆盖气象、地质等领域，在应急中，需要做出 关于人员疏散、交通组织与管制、物资调度和通讯指挥等影响整个城市的决策 和行动，覆盖面广。除此之外，由于可预警突发事件和非可预警突发事件的性 质不同，相应的应急交通疏散特征也不同，下面根据这两类突发事件的特点进 行具体分析。 2 2 1 可预警突发事件交通疏散特征 由于可预警突发事件的危害严重程度、影响范围及其变化趋势在其发生之 前的特定时间内，可被有关部门预测出来，因此，应急指挥部门有较为充分时 间制定或者完善相应的应急预案。对于交通疏散预案来讲，可以确定影响区域 的居民是否需要疏散、疏散人口数量、疏散目的地、疏散车辆数、疏散方向及 疏散路径等。即使影响区域内需要疏散的居民较多，可选择的疏散路径有限， 但由于有一段预警时间的存在，可以采取分区域分时段的疏散策略，根据各分 区域居民数量和疏散道路实际情况，合理制定疏散时序，有效避免了因疏散道 路长时间处于饱和或者超饱和状态行驶状态造成的拥挤甚至堵塞，大大减少了 疏散时间。 以飓风、台风和热带风暴等可预警的自然灾害为例，可总结归纳出可预警 突发事件交通疏散特性：需要疏散的居民数即交通需求是确定的：根据疏散路 网的实际情况、疏散交通需求及预警时间，采取相应得疏散策略，使得选取疏 散路径满足单位时间交通需求，疏散道路车流处于未饱和或者近饱和状态；交 通管理部门或相关的灾害管理部门通过各种媒体发布疏散目的地、疏散路径及 实时路况信息，疏散居民可以自由选择疏散路径。 针对可预警突发事件，政府应加大人力和物力用于应急指挥体系建设，特 别是加强和完善突发事件的预防和预警机制。利用先进的科技技术及填密的防 第2 章应急交通疏散特征分析 范机制有效的预防或预测突发事件的发生及其影响范围，选择合理的疏散路径， 及时疏散危险区域人员，将突发事件产生的危害降低到最小。 2 2 2 不可预警突发事件交通疏散特征 与可预警突发事件相比，不可预警突发事件具有突发性、偶然性和高危害 性，因此，其交通疏散具有以下特征乜制： 1 短时交通需求较大 非预警的突发事件，如地震、恐怖袭击和毒气泄漏等，一般都具有极强的 危害性，且影响范围较大，需要疏散和安置居民较多。由于影响范围内的居民 正处于或者即将处于危险中，而且还可能伴有其他突发事件发生，因此，应在 最短时间内或者规定时间内将居民疏散至安全区域或者避难所，导致应急阶段 交通量急剧增加且时间相对比较集中。 另外，由于短时交通需求较大，疏散道路上车流基本为饱和流或者过饱和 流，驾驶员驾驶行为受到了前车约束，基本处于跟车状态，很难找到可接受间 隙，完成超车。 2 道路通行能力在一定程度上会有所降低 在突发公共事件应急交通疏散的过程中，由于道路网