第1章 绪 论11 疏散分类
有关疏散的研究所涉及的内容十分广泛,大致可以按照如下的方式进行划分 (Liu,2007):
(1)从疏散范围上
,可以将疏散分为建筑物内部疏散(如大型商场、体育场馆等)、运输工具内部疏散(飞机、轮船等)、居住社区疏散(Neighborho
dEvAcuAtion)和区域疏散(RegionAlEvAcuAtion).
(2)
按疏散所采用的交通方式而言,可以划分为步行疏散 (如商场、运输工具等范围内的疏散)、机动车疏散(如大范围的区域疏散),以及采用其他种类交通工具的疏散(如采用飞机、轮船等方式进行的疏散). ticeEvAcuAtion)
(3)
按疏散发生时有无通知,可以分为有通知疏散(No和无通知疏散(NoＧNoticeEvAcuAtion),前者主要针对诸如台风、洪水等可以大致预测发生地点和发生时间的灾害,此时的疏散也可以称之为“灾前疏散”;后者则主要针对恐怖袭击,以及有毒物质运输过程中的泄漏等灾害,由于这些类型的灾害很难预测发生的地点和时间,因而其疏散往往是在没有通知的情况下发生的,此时的疏散也可以称之为“灾中疏散”或“灾后疏散”.
此外,根据发生的灾害类型不同,相应导致的疏散具有不同的特点.例如,由于恐怖袭击所导致的疏散,伴随着受灾区域人员的恐慌与混乱;由于飓风侵袭引发的疏散问题,则一定程度上可以认为受灾人员能够理性地服从疏散管理者的指挥和安排.又如,地震、洪水等灾害所导致的疏散,常常伴有路网的局部甚至大面积损毁,而对于毒气泄漏、恐怖袭击等灾害,则相对而言,路网基础设施较为完好.总而言之,疏散的根本目的在于采用某种交通工具(包括步行)将人、物从危险区域转移到安全区域.
12 道路交通应急区域疏散内涵及其特点
道路交通应急区域疏散是疏散问题的一种,其核心问题是如何在有限的道路网基础设施通行能力条件下,以及有限的安全时间范围内,以最快、最安全的方式,将受灾区域内的人员借助机动车辆转移到安全地点(避难所).其特点在于:
1灾害类型为对一定区域道路网交通正常运行产生不利影响的非常规突发事件;
2疏散空间为一定空间范围内的区域道路网络;3疏散的对象界定为机动车辆,即受灾人员通过乘坐机动车辆转移到安全地点;4研究的目标是在灾害发生前或发生后的一定安全时限内,疏散路网没有遭到完全物理性破坏的情况下,通过合理预测时变的疏散交通需求,寻求各种疏散交通管理控制策略的最佳组合,从而最大限度地提高疏散效率,减少人员伤亡及财产损失.
此外,区域疏散的交通管理控制措施总体上可以分为需求管理控制措施和供应管理控制措施.需求管理控制措施主要是指分阶段、分优先级地对整个受灾区域内各个疏散小区进行有计划、有步骤的疏散,从而在一定程度上控制疏散交通需求量在时间跨度上的分布,同时对加载到路网的疏散交通需求进行有效的路径诱导,以期在空间上对其进行合理分流,避免造成严重的交通拥堵;供应管理控制措施主要考虑如何对现有疏散路网基础设施进行管控,从而最大限度地利用现有的道路资源服务于区域疏散,其主要措施包括:疏散路网的优化再设计(主要包括逆行车道的设置、路肩及某些专用车道的开放等)、关键交叉口的流向冲突管理,以及关键疏散通道上的信号配时调整等.
13 道路交通应急区域疏散研究思想的发展历程
从道路交通应急区域疏散问题建模的思想演变来看,疏散交通的建模逐渐从经典图论中的各种网络流问题和常规交通规划需求预测领域的静态交通分配问题过渡到动态交通分配问题,从而导致了疏散交通的研究从规划层面逐渐向实时管理与控制的实践层面过渡,而疏散交通管理措施的建模从单一的路径诱导和预先规划走向多种管理措施的集成化和实时化.
从交通分析的角度考察由于自然灾害和人为灾害所导致的区域疏散建模问题,国外始于20世纪70年代末期.早期的工作主要围绕在飓风的疏散问题(UrＧ bAnik,2006).而后,人们又开始关注人为灾害的疏散建模问题,尤其是1979年3月28日,美国宾夕法尼亚州的三里岛核事故发生后,核电站周围区域的疏散问题倍受关注(CorpsofEngine
rsetAl,2007).从美国 “911恐怖袭击事件”发生后,针对人为灾害所导致的疏散问题的研究逐步引起政府、高校及科研机构的重视.
Lewis(1985)首次描述了飓风所导致的疏散交通需求预测的一般方法.如图1Ｇ1所示.该方法与城市交通需求预测的方法是相对应的,并提出了疏散交通规划的一些关键问题,包括疏散交通形式(EvAcuAtionTrAf
icPAt
erns)预测、疏散交通需求估计、疏散清空时间估计和交通控制方法.
图1Ｇ1 Lewis(1985)提出的疏散交通建模框架
Southworth(1991)针对区域疏散建模进行了综述,指出区域疏散的建模过程应分为以下5个阶段:1疏散交通需求预测子模型(包括疏散总人口数预测和疏散交通机动化程度预测);2疏散响应时间子模型(经常称为疏散交通加载率);3疏散终点选择子模型;4疏散交通路线分配子模型;5疏散方案设定、分析和修正.
为了反映疏散需求和网络条件的动态特性,BAr
et
等 (2000)提出了另外一个疏散交通建模框架.他们提出了一个动态飓风疏散建模的框架,包括了建模需求的定义、模型框架的定义和一般的操作方法.首先,根据建模的任务是最优化疏散系统的性能,定义了模型的功能需求,这要求模型能够存储和分析飓风信息,反映道路系统的改变和仿真管理策略,以及确定交通需求的改变(包括动态出行生成、出行分布和路线选择).建模的框架主要是基于以下的方法:1在理想条件下,也就是被疏散者行为能够被完全控制的情况下,可以通过优化得到最小的疏散时间;2当基于疏散终点选择、疏散交通方式选择、出发时间选择和路线选择而得到的用户最优疏散时间一定程度上超过了系统最优疏散时间时,须提出应急管理策略来使得用户最优的选择向系统最优的疏散形式过渡,从而减少总体疏散时间;3更新道路网和 OD数据来反映管理策略介入所导致的改变,重复以上三步,直到预期的疏散时间和系统最优疏散时间相差在一定可接受的范围内为止.该框架既适用于事前疏散规划建模,也适用于实时疏散管理建模.
FrAnzese和 HAn(2001)提出了另一个飓风疏散的建模框架,称为事故管理决策辅助系统(nietMAAgetDcsodSyt.在该框架中,飓风
IcdnnemneiinAisem,IMDAS)疏散的分析被分为3个步骤:1根据所面临的灾害,将疏散区域划分为紧急响应区、保护区和预警区;2确定处于紧急疏散区的人口数,包括常住居民、旅游者和一些临时的人口;3基于行为分析估计实际疏散的人口数,这一步骤包含出发时间估计、终点选择和车辆的使用率估计.这三步输出的是一个动态 OD表,该 OD表
连同疏散网络一起输入到交通模型中 ,来估计疏散的性能 (疏散清空时间等 ).其交通模型与美国橡树岭国家实验室开发的 OREMS疏散交通模型 (RAthiAndSolAnki,1993 )是一致的 .该交通模型能够评价和对比不同的路径分配方案、终点选取方案、交通控制策略、交通管理策略、被疏散者响应率和疏散出发时间 .该系统使用了一个疏散出发时间曲线来代表短时的交通需求分布 .OD表就是按照这些疏散交通加
载曲线确定的 ,从而产生了基于时间变化的交通需求 .
Liu等(2006 )指出的疏散规划对于应急准备来说是非常重要的 .然而 ,对于未来交通疏散情景却很难给出合理的预测 ,因为对于疏散情况来说 ,其特点是高度动态和不确定的 ,所以有效的实时疏散交通管理对于最大限度利用交通系统和减少生命财产损失是至关重要的 .鉴于此 ,作者提出了一个基于实时交通管理的模型参照自适应控制 (ModelReferenceAdAptiveControl,MRAC)建模框架 (图1Ｇ2),该框架结合了动态网络建模技术和自适应控制技术 .在该框架中 ,疏散交通网络被视为一个动态的系统 .系统的状态可以通过现存和紧急安置的数据采集装置的检测数据来获取 .在系统中 ,预先植入了一个动态交通分配 (DTA)模型 ,动态预测基于系统最优目标的预期交通状态 .该模型为自适应控制提供了一个参照点 ,将预期要达到的交通状态 (系统最优 )和通过检测数据获取的当前路网交通状态输入到自适应控制模型中 ,从而产生实时的交通控制策略 .这些控制策略最终将引导交通流向预期的交通状态过渡 .在该框架中 ,由于预测是短期行为 ,以及基于最新的交通检测数据 ,尤其是自适应控制可以容忍甚至消除预测的误差 ,因而 DTA预测的误差可以被最小化 .该框架包含了三个主要的部件 :预先设定的 DTA模型、自适应控制模型和真实世界的交通状态模型 .
图1Ｇ2 区域疏散建模框架 (Liu等,2006 )
Liu等(2007)提出了一个区域疏散的集成控制系统框架,该系统能够同时执行不同的控制措施,包括交通路线诱导 (TrAf
ic Routing)、逆行车道设置 (ContrAＧFlow)、分阶段疏散(StAgedEvAcuAtion)和关键疏散通道的信号控制(EＧ vAcuAtionCor
idorSignAlControl).该系统具有双层控制框架,网络层将交通分配到不同的疏散通道上,选择路段,实现逆行车道操作及标定不同疏散小区的疏散先后顺序;通道层将网络层的决策作为输入,从而标定问题严重的控制点,并且沿着主要的疏散通道实现最优的信号配时.
14 道路交通应急区域疏散所涉及的研究内容
道路交通应急区域疏散有关的研究问题十分广泛,概括而言,主要涉及灾害相关、行为相关、需求相关、路网相关、管理相关,以及信息相关六个方面(图1Ｇ3).
图1Ｇ3 道路交通应急区域疏散所涉及的研究问题
灾害相关的研究往往作为区域疏散研究的背景,提供了灾害情景的模拟和再现,同时建立灾害时空演化规律,为疏散的建模与分析提供基础输入.路网相关的研究则主要包括:灾害影响区域(亦即疏散区域)的范围划定、疏散区域的交通小区划分、疏散路网的健康程度估计等.行为相关的研究往往服务于需求相关的
研究 ,目的是更加准确地估计被疏散者在面临灾害、疏散指令时的行为反应 ,以便确定相应产生的交通需求及需求的时空分布规律 .需求相关的研究涉及疏散时刻选择、疏散终点选择及疏散路径选择等多个方面 ,是区域疏散交通管理研究的核心内容和前提 .管理控制策略相关的研究涉及疏散交通流的路径规划与诱导、疏散逆行车道的设置、分阶段疏散策略的制定、关键信号交叉口和信号控制通道的信号控制策略调整 ,以及交叉口流向冲突管理等 ,是区域疏散交通管理研究的核心内容和直接目的 .信息相关的研究则融合于其他五项研究之中 ,如灾情信息的获取与发布、路网健康程度信息及监控、人员行为信息的捕捉、疏散交通流的时空分布信息、借助信息化的疏散指令发布及管理控制策略信息的发布与执行 .研究内容的详细分类见图1Ｇ4.
图1Ｇ4 道路交通应急区域疏散研究内容的详细分类
这些研究可以进一步归类为 :背景相关、需求相关、供应相关及手段相关 .灾害相关的研究为道路交通应急区域疏散提供了必要的背景 ,但其相关研究不仅仅限于疏散问题 ,实际上灾害学已经成为独立的一门新兴学科 (李树刚 ,2008 ).需求相关的研究包含了行为相关和需求相关本身 ,作为区域疏散 “求”的一方而存在.供应相关包含了路网相关以及管理控制策略相关 ,旨在最大限度地提升疏散效率 ,作为区域疏散 “供”的一方而存在 .信息相关则是一种手段相关的研究 ,融合于其他研究之中 ,发挥着信息获取、策略执行等功能 .
15 本章小结
鉴于疏散研究所涉及的内容十分广泛 ,本章首先对疏散问题进行了分类 ,从而引出本书的研究重点 ,即道路交通应急区域疏散 .在描述道路交通应急区域疏散的内涵及特点基础上 ,阐述了道路交通应急区域疏散研究思想的发展历程 ,并提炼了道路交通应急区域疏散所涉及的研究内容 .
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