突發(fā)事件下疏散車流OD分布研究

覃媛媛，申慧芝，曾紅丹

(1.廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西　柳州　545616；2.南寧振桂工程信息咨詢有限公司，廣西　南寧　530022)

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突發(fā)事件下疏散車流OD分布研究

覃媛媛1，申慧芝1，曾紅丹2

(1.廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院，廣西柳州545616；2.南寧振桂工程信息咨詢有限公司，廣西南寧530022)

覃媛媛(1988—)，碩士研究生，研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理。

摘要：突發(fā)事件下疏散車流的OD分布與常態(tài)下車流的OD分布不同，為了實(shí)現(xiàn)疏散車流合理分配，文章對突發(fā)事件下疏散車流的OD分布進(jìn)行研究，分析了應(yīng)急疏散車流OD分布的特性及影響因子，綜合影響因子(背景交通流的OD分布、疏散道路網(wǎng)絡(luò)及周邊道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、疏散區(qū)域出口擴(kuò)散能力、主要疏散通道容量等)OD分布預(yù)測值，考慮影響因子的影響系數(shù)，確定疏散車流OD分布，避免了運(yùn)用傳統(tǒng)交通OD分布預(yù)測結(jié)果的偏差。

關(guān)鍵詞：疏散車流；突發(fā)事件；OD分布；OD反推；Transcad

0引言

城市突發(fā)事件的發(fā)生嚴(yán)重威脅著人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全，而突發(fā)事件影響范圍內(nèi)的人流、車流需要通過道路交通進(jìn)行疏散。要實(shí)現(xiàn)人流、車流的快速疏散，首先需要對突發(fā)事件影響范圍內(nèi)的交通生成量與交通分布量進(jìn)行預(yù)測，為

道路交通應(yīng)急預(yù)案、疏散交通流的合理分配作準(zhǔn)備。傳統(tǒng)的交通分布模型是在居民OD調(diào)查、機(jī)動車OD調(diào)查、車流量調(diào)查等調(diào)查的基礎(chǔ)上，對城市或調(diào)查區(qū)域范圍內(nèi)各交通小區(qū)的交通分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與預(yù)測而得。如果直接采用傳統(tǒng)的方式對突發(fā)事件下疏散車流OD分布進(jìn)行預(yù)測，一方面調(diào)查財(cái)力、人力、物力和調(diào)查時(shí)效都無法滿足疏散交通應(yīng)急方案生成的需要，達(dá)不到快速疏散交通流的目的；另一方面未考慮疏散車流的分布特征，不能很好地與突發(fā)事件下疏散車流實(shí)際OD分布相符合。鑒于以上情況，本文充分考慮調(diào)查時(shí)效與疏散車流分布特點(diǎn)，對疏散車流OD分布進(jìn)行預(yù)測。

1應(yīng)急疏散車流OD分布特性

常態(tài)交通流出行與出行目的、出行交通方式、出行費(fèi)用等因素相關(guān)，傳統(tǒng)的交通流分布主要考慮交通分布與土地利用、交通小區(qū)間費(fèi)用大小，運(yùn)用增長率法、綜合法(常用重力模型法)等方法來進(jìn)行預(yù)測。但是突發(fā)事件下的應(yīng)急交通流與常態(tài)交通流不一樣，疏散流OD分布影響因素頗多，除了考慮城市土地利用，還與突發(fā)事件所處區(qū)位、突發(fā)事件性質(zhì)、突發(fā)事件大小、避難所位置、住所等情況有關(guān)。突發(fā)事件發(fā)生后，突發(fā)事件點(diǎn)的交通走向以逃生為主，大多數(shù)人流、車流為由突發(fā)事件點(diǎn)駛向安全地點(diǎn)(避難所、家庭住宅等)的出行；若有傷亡者，存在由突發(fā)事件發(fā)生地駛向鄰近醫(yī)院的出行。在避難所、醫(yī)院等確定的情況下，突發(fā)事件影響范圍內(nèi)(事件點(diǎn)至安全點(diǎn)的范圍)疏散車流的OD分布情況，一般與背景交通流的OD分布、疏散道路網(wǎng)絡(luò)及周邊道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、主要疏散通道容量、疏散區(qū)域出口的疏散擴(kuò)散能力以及疏散車輛的配備情況等影響因子有關(guān)。疏散車流在事件影響程度不是很大的情況下，往往會形成與背景交通流相近的分布情況，而在疏散過程中，需要考慮疏散時(shí)間問題，體現(xiàn)在車流會選擇快速路、主干路、次干路等級較高、疏散能力強(qiáng)的道路以及出入口疏散能力強(qiáng)的方向出行。

2應(yīng)急疏散車流OD分布預(yù)測

2.1問題描述

應(yīng)急疏散車流OD分布實(shí)質(zhì)是研究應(yīng)急疏散點(diǎn)到其他各個(gè)區(qū)域之間的車流量，即應(yīng)急疏散點(diǎn)作為交通小區(qū)的發(fā)生點(diǎn)，其他安全交通小區(qū)作為應(yīng)急疏散車流的吸引點(diǎn)間的交通量。與常態(tài)交通下各交通小區(qū)的發(fā)生與吸引相互平衡不太一致，應(yīng)急車流只有一個(gè)發(fā)生點(diǎn)而有N個(gè)吸引點(diǎn)。車流量分布與背景交通流、疏散區(qū)域出口的疏散擴(kuò)散能力以及主要疏散通道容量等有關(guān)，由于不同因素影響各個(gè)交通小區(qū)的發(fā)生吸引強(qiáng)度，也會導(dǎo)致不同的影響因素下得到的應(yīng)急疏散車流OD分布不同。因此，要綜合各因素進(jìn)行考慮，首先分別計(jì)算出不同影響因素產(chǎn)生的應(yīng)急疏散車流OD分布預(yù)測，再分析不同影響因素的權(quán)重，最后得到應(yīng)急疏散車流的OD分布，見圖1。

圖1　應(yīng)急疏散車流OD分布預(yù)測流程圖

2.2應(yīng)急疏散路網(wǎng)交通小區(qū)劃分

應(yīng)急疏散交通分布預(yù)測之前，必須對疏散路網(wǎng)進(jìn)行交通小區(qū)劃分。突發(fā)事件交通小區(qū)有三類：(1)應(yīng)急疏散點(diǎn)的交通小區(qū)，包括應(yīng)急疏散點(diǎn)鄰域范圍內(nèi)的道路；(2)應(yīng)急疏散范圍內(nèi)的交通小區(qū)，根據(jù)應(yīng)急疏散范圍內(nèi)道路進(jìn)行劃分；(3)虛擬交通小區(qū)，在應(yīng)急疏散范圍邊緣對外聯(lián)系通道建立虛擬交通小區(qū)。

假設(shè)突發(fā)事件疏散路網(wǎng)如圖2所示，圖中黑點(diǎn)位置為突發(fā)事件所在點(diǎn)，對疏散區(qū)域進(jìn)行交通小區(qū)劃分，劃分結(jié)果見圖2。其中，編號1的交通小區(qū)是應(yīng)急疏散點(diǎn)小區(qū)，編號2～5的交通小區(qū)為應(yīng)急疏散范圍內(nèi)的交通小區(qū)，編號6～23的交通小區(qū)為應(yīng)急疏散范圍邊緣對外聯(lián)系通道建立的虛擬交通小區(qū)。

圖2　應(yīng)急疏散路網(wǎng)交通小區(qū)劃分示意圖

2.3OD反推模型

突發(fā)事件發(fā)生后，在沒有交通管制的情況下，突發(fā)事件點(diǎn)到各個(gè)交通小區(qū)的OD分布，與常態(tài)下該突發(fā)事件點(diǎn)到各小區(qū)背景交通流高峰時(shí)段的發(fā)生吸引強(qiáng)度密切相關(guān)，可以認(rèn)為在沒有考慮路網(wǎng)疏散能力的情況下應(yīng)急疏散車流的OD分布與背景交通流的OD分布相一致。

由于背景交通流的OD分布調(diào)查費(fèi)時(shí)費(fèi)力，即使城市過去有進(jìn)行居民出行OD調(diào)查，但研究的交通小區(qū)劃分和居民出行調(diào)查的交通小區(qū)劃分很可能不一致，調(diào)查數(shù)據(jù)也難以使用。OD反推是交通流分配的逆過程，可以快速獲得研究的交通小區(qū)間OD分布，因此，可以利用路段的交通流及交通阻抗來進(jìn)行OD反推。背景交通流通常通過道路交通采集系統(tǒng)獲得。

(1)

(2)

式中：

Oi——交通小區(qū)i背景交通流發(fā)生量，pcu/h；

Dj——交通小區(qū)j背景交通流吸引量，pcu/h；

fij——交通小區(qū)i到為交通小區(qū)j的交通阻抗；

K、α、β、γ——待定參數(shù)。

交通小區(qū)的OD反推結(jié)果，可以聯(lián)立上式進(jìn)行求解，但是過程比較繁瑣，交通專業(yè)分析軟件可以克服這一缺點(diǎn)。TransCAD軟件具有基于結(jié)構(gòu)化模型建立的OD反推模塊，利用TransCAD進(jìn)行OD反推操作簡單方便。一般來說，突發(fā)事件的交通小區(qū)異于常態(tài)交通小區(qū)，因此不具備初始OD矩陣。TransCAD的“Multipath”命令基于重力模型原理，可以通過路網(wǎng)路阻函數(shù)來計(jì)算初始OD矩陣qij。

獲得路段交通量和初始OD矩陣后，運(yùn)用“Planning→O-D Matrix Estimation”命令可反推車流OD，OD估算時(shí)一般選用用戶平衡法。

通過Transcad獲得背景交通流OD反推矩陣qij后，那么應(yīng)急疏散流的OD分布結(jié)果如式(3)、式(4)所示：

(3)

(4)

式中：

q1ij——考慮背景交通流OD分布影響因素，交通小區(qū)i(突發(fā)事件點(diǎn))至交通小區(qū)j的應(yīng)急疏散車流OD分布量，pcu/h；

Pi——交通小區(qū)i(突發(fā)事件點(diǎn))應(yīng)急疏散車流發(fā)生量，pcu/h；

其余符號含義同前述公式。

2.4疏散流OD分布

(1)若不考慮背景交通流OD分布對應(yīng)急疏散車流產(chǎn)生的影響，那么疏散車流很可能會選擇疏散區(qū)域出口擴(kuò)散能力強(qiáng)(對疏散車流吸引強(qiáng)度大)的交通小區(qū)方向行駛。交通小區(qū)的吸引強(qiáng)度主要是其周邊路網(wǎng)的容納疏散交通流的能力，通過計(jì)算交通小區(qū)周邊3個(gè)交叉口圍合而成的路網(wǎng)剩余通行能力得到。路網(wǎng)剩余容量是指路網(wǎng)除去背景交通流后余下的通行能力。那么，疏散車流的OD分布為：

(5)

式中：

q2ij——考慮疏散區(qū)域出口擴(kuò)散能力影響因素，交通小區(qū)i(突發(fā)事件點(diǎn))至交通小區(qū)j的應(yīng)急疏散車流OD分布量，pcu/h；

Ej——疏散區(qū)域出口所在交通小區(qū)j的周邊各交叉口圍合而成的路網(wǎng)的剩余容量，pcu/h；

其余符號含義同前述公式。

(2)在疏散過程中，駕駛員選擇疏散方向時(shí)，會考慮影響區(qū)域范圍內(nèi)疏散通道的容量，疏散通道容量越大，選擇該疏散通道駛出危險(xiǎn)區(qū)域的速度就越快。在影響區(qū)域范圍內(nèi)考慮道路容量時(shí)需要考慮疏散時(shí)間的快慢，因而要考慮交通阻抗。則應(yīng)急疏散車流OD分布如式(6)、(7)所示：

(6)

Fj=Gjfij

(7)

式中：

q3ij——考慮疏散通道的容量影響因素，交通小區(qū)i(突發(fā)事件點(diǎn))至交通小區(qū)j的應(yīng)急疏散車流OD分布量，pcu/h；

Fj——疏散通道(所在交通小區(qū)j)的疏散車輛強(qiáng)度，pcu/h；

Gj——疏散通道(所在交通小區(qū)j)的剩余容量，pcu/h；

其余符號含義同前述公式。

那么，綜合考慮上述因素以及各個(gè)因素的影響程度，應(yīng)急疏散車流的OD分布結(jié)果為：

(8)

式中：ω1、ω2、ω3分別為背景交通流OD、疏散區(qū)域出口疏散擴(kuò)散能力及主要疏散通道容量對疏散流的OD分布的影響系數(shù)。

3算例

圖3為某城市道路網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)交叉口1發(fā)生突發(fā)事件，需要向四周安全區(qū)域疏散2 000pcu交通量。運(yùn)用TransCAD軟件搭建疏散路網(wǎng)，疏散路網(wǎng)交通小區(qū)一共劃分為16個(gè)交通小區(qū)，編號4為突發(fā)事件交通小區(qū)，編號1、2、3、5為疏散區(qū)域內(nèi)的交通小區(qū)，編號6～14為疏散區(qū)域?qū)ν馐枭⑼ǖ赖奶摂M交通小區(qū)。

圖3　疏散路網(wǎng)交通小區(qū)劃分圖

圖4　OD反推結(jié)果圖

交通小區(qū)號67891011121314q1ij8213121723859111793548q2ij1207050208015016030050q3ij8050303010020019030020q'ij891031461537113711714143

4結(jié)語

本文在綜合考慮突發(fā)事件下疏散車流OD分布特性的情況下，分別計(jì)算背景交通流、疏散區(qū)域出口的疏散擴(kuò)散能力及主要疏散通道容量等因素影響下疏散車流到各交通小區(qū)的OD分布，綜合各影響程度，得到疏散車流OD分布結(jié)果。與傳統(tǒng)OD分布預(yù)測方法相比，考慮了疏散OD的影響因素，因而疏散OD分布結(jié)果更準(zhǔn)確，更符合實(shí)際，可操作性高。

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Study on OD Distribution of Traffic Evacuation under Emergencies

QIN Yuan-yuan1，SHEN Hui-zhi1，ZENG Hong-dan2

(1.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou，Guangxi，545616；2.Nanning Zhengui Engineering Information Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530022)

Abstract：OD distribution of evacuation traffic under emergencies is different from OD distribution of normal traffic，therefore，in order to achieve the reasonable distribution of evacuation traffic，this article studied the OD distribution of evacuation traffic under emergencies，analyzed the characteristics and influencing factors of evacuation traffic OD distribution under emergencies，combined OD distribution prediction values of influencing factors(OD distribution of background traffic flow，evacuation road net-work and surrounding road network structure，diffusion capacity of evacuation area exits，capacity of main evacuation channels，etc.)，considered the impact coefficient of influencing factors，and then de-termined the evacuation traffic OD distribution，which avoided the bias of prediction results by using the traditional traffic OD distribution.

Keywords：Traffic evacuation；Emergencies；OD distribution；OD matrix estimation；Transcad

收稿日期：2016-02-05

文章編號：1673-4874(2016)02-0081-05

中圖分類號：U491

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.02.019

作者簡介