基于疏散效率的应急优化问题2

基于疏散效率的展会应急优化问题研究 霍良安 1 黄培清1 程云龙 2 1 上海交通大学 安泰经济与管理学院 上海 2 重庆邮电大学 移通学院 重庆 摘要 摘要 鉴于展会人员流动的可控性高 密度大等特点 本文重点研究展会应急疏散优化问题 引入了 疏散效率的概念 提出了基于疏散效率的展会应急道路网络优化模型 从展会管理者的角度 考虑应 急疏散效率和待疏散人群的路径选择行为 以路网用户均衡作为下层模型 在资源有限的情况下 建 立使应急疏散负效用最小化为上层目标的应急路网双层规划模型 决定是否增设相应的应急通道 如 何分配路网中待疏散人群的流量 优化应急疏散网络 将待疏散人群及时疏散到安全地带 减少应急 事件造成的损失 关键词 应急管理 疏散效率 双层规划 展会 Research about Optimization of Exhibition Emergency Problem Based on Evaluation Efficiency HUO Liang an 1 HANG Peingqing 1 CHEN Yunlong 2 1 Antai College of Economics Management Shanghai Jiaotong University Shanghai China 2 Coll ege of Mobile Telecommunications Chongqing University of Posts and Telecom Chongqing China Abstract In view of characteristics of exhibition people flow is controllability and high density in this paper we focuses on research about optimization of exhibition emergency evacuation problem and the concept of evacuation efficiency is introduced then the optimization model of emergency evacuation road network is proposed From the perspective of exhibition managers emergency evacuation efficiency and route choice behavior of evacuating population were considered In the case of limited resources this paper puts forward a bi level optimization model of emergency evacuation road network based on evacuation efficiency in which user equilibrium problem as a lower level model and minimize the disutility of the emergency evacuation as a up level model The manager will decide whether additional the corresponding emergency access and consider how to allocate the flow of people in road network to be evacuated and optimize the network of emergency evacuation evacuate people to safe areas in time to reduce the losses caused by the emergency incident Keywords emergency management evacuation efficiency bi level programming exhibition 1 1 引言引言 随着社会经济快速发展 特别是我国加入 WTO 以后 展会如雨后春笋般迅速发展起来 成为一个新兴的展会产业 但多数企业家和学者 主要关注的是如何提高展会效益 办展策略 和 运用展会功能等方面 而相对展会应急管理关注 甚少 进而导致展会应急事件发生以后应对不力 给人民生命和财产带来巨大的损失 如 2004 年 北京市密云县举办迎春灯展 因人员拥挤 踩踏 造成 37 人死亡 37 人受伤 2006 波兰南部卡托 维兹举办的 鸽子 2006 展览会 展馆屋顶突然 倒塌 至少 66 人死亡 60 多人受伤 2006 年中 国出口商品交易会琶洲展馆二期 E 区 底板地沟 大梁倾塌 致使 1 人死亡 3 人受伤 可见 在关注展会效益的同时 我们必须高度重视展会 安全问题 做好展会突发事件的应急管理 特别 是事件发生以后人员的应急疏散 应急疏散是应对大型突发灾难性事件 防 止和减少人员伤亡的重要措施 美国 9 11 事 件之后 世界各国都加大了对应急疏散管理的投 项目资助 国家自然科学基金项目 上海社哲项目 2008BJB032 作者简介 霍良安 1981 男 博士研究生 陕西旬阳人 研究方向 应急管理 E mail huohuolin 入和研究 突发事件所引起的恐慌 并由此导致 的人员之间相互推挤 踩踏是众多群体行为中最 具灾难性后果的一种 经常导致人员严重死伤 这样的惨痛例子不胜枚举 如何避免这类群体踩 踏事件的发生不仅是各国政府高度关注的问题 也是消防安全和应急救援管理部门也面临着公共 场所的安全评估 人群紧急疏散指挥管理 群体 控制的措施与方法等重大课题 1 目前 关于应 急疏散问题的研究主要集中在两个方面 路网应 急疏散理论 计算机仿真应急疏散研究 路网应急疏理论 早在 20 世纪 70 年代 Houston 2 提出用于估算疏散时间的简单统计 Aggregate 公式 又称为疏散率模型 Dissipation Rate Model 是最早用于疏散分 析的模型 随后 Voorhess 3 Sheffi 4 5 Louisiana Power 0 a x Step 2 在给定的情况下利用 GA 算法求解上 n a x 层规划 6 7 得到路段的修复变量以及疏散 a y 负效用 n TC Step 3 返回下层模型 8 9 用 F W 算法求解 路段疏散流量 a x Step 4 如果或计算结束 否 n aa xxNn 则 令 返回 Step2 n aa xx 1 nn 4 算例 算例 节点 1 为应急事件发生地点 节点 9 为疏散 的最终安全点 即只有一个 OD 的交通网络问题 如图 4 1 图中实线表示常态下的交通路段集合 虚线为应急通道集合 相应 xij ijijij txt 4 0 008 0 的在图中所示 路网参数见表 4 1 另假设 0 ij t B 90 万元 待疏散人群数量为 100 万人 012 2 1 0 5hhh 1 5 132 87 456 9 16 19 18 262024 1714 1832 图 4 1 展会应急网络 应急通道参数如下表 1234 i j 1 5 2 6 4 8 5 9 0 ij t 13182016 ij 30262527 ij l 2111 表 4 1 应急路网参数 按照上述算法计算各个路段的待疏散的流量 如表 4 2 总的应急负效用为 4 7839e 004 管理者需要打开应急通道 1 5 5 9 进行紧急疏 散 18 23 123456789 1036034300000 20090270000 3000009000 40000270700 5000002702730 60000000036 7000000070 80000000034 9000000000 表 4 2 各路段分配流量 5 结论结论 本文研究的是关于展会应急疏散问题 由于 展会自身的特点 一旦应急事件发生 展会管理 者完全有能力控制应急疏散人群 管理者首先考 虑待疏散个体路径选择行为 在一定的约束条件 下 考虑是否打开应急通道 待疏散个体 在得 到管理者的决策信息以后根据路网用户均衡决定 自己疏散路线 进而是系统的应急疏散效率达到 最优水平 研究结果可以为展会管理者在应急疏 散决策时提供决策支持 特别是像即将举办的世 博会这样的大型展会 及时调整应急疏散策略 减少人员伤亡和经济损失 展示我国的综合实力 本文考虑的是待疏散需求是确定的 下一步作者 将考虑待疏散需求不确定情况的应急疏散效率问 题 使研究进一步完善 参考文献 参考文献 1 刘小明 胡红 应急交通疏散研究现状与展望 J 交通运输工程学报 2008 8 3 108 121 2 Hans J Sell T Evacuation risk an evaluation M U S Environment a Protection Agency Washington 1974 3 Voorhees Evacuation times assessment for the Diabo Canyon nuclear power plant Pacific Gas 16 3 2530 2537 6 Louisiana Power a method of identifying optimal independent routes J Surcharov L J Proceedings of Urban Transport V Urban Transport and the Environment for the 21st Century Southampton WIT Press 2000 555 564 12 Cova T J Johnson J P A network flow model for lane based evacuation routing J Transportation Research Part A 2003 37 1 579 604 13 张江华 刘治平 朱道立 多源点突发灾害 事故应急疏散模型与算法 管理科学学报 J 2009 12 3 111 117 14 陈岳明 萧德云 路网应急疏散问题建模及其 应用的进展 J 科学技术与工程 2008 8 17 4946 4952 15 Kai N MichaelS A cellular automaton model for freeway traffic J J PhysI l992 2 12 2221 2229 16 Fukui M Ishibashi Y traffic flow in 1D cel1u1ar automaton mode1 including cars moving with high speed J J Phys SocJpn 1996 65 6 1868 1870 17 Rckert M Nagel K Schrckenbeg M Two lane traffic simulations using cellular automata J Physical A 1996 231 4 534 550 18 Simon P M Gutowitz H A Cellular automaton model forbid directional traffic J Physical Review E 1998 57 2 2441 2444 19 Wolfrnan D Cellular automata for traffic simulations J PhysicalA 1999 263 4 438 451 20 Sorensen J H Vogt B M Mileti D S Evacuation an assessment of planning and research R Washington DC OakRidge National Laboratory 1987 21 Southworth F Chin S M Network evacuation modeling for flooding as a result of dam failure J Environment and Planning 1987 19 11 1543 1558 22 Franzese O Han L D Traffic modeling framework for hurricane evacuation C TRB The 80th Transportation Research Board Annual Meeting Washington DC TRB 2001 591 597 23 BardJF Practical Bi level Optimization M The Netherlands Kluwer Academic Publis hers 1998 24 Friesz T L Cho H J Mehta NJ etal A simulated annealing approach to the network desig