應急疏散路網中關鍵路段的識別研究

馬小龍

摘 要：針對應急疏散路網中關鍵路段的識別問題，提出了對突發(fā)事件下路網中關鍵路段的一種識別方法。首先在道路歷史資料的前提下，找出常態(tài)下容易發(fā)生擁堵的路段集。利用現(xiàn)有的分配模型SO，以系統(tǒng)最優(yōu)為目的，在疏散的前提下進行交通流分配，找出疏散負荷最大的路段集。其次利用現(xiàn)有的Anylogic軟件模擬疏散，討論路段對疏散效率的影響，計算其關鍵度并加以排序。識別出關鍵路段集，為疏散時快速找到疏散網絡中的瓶頸提供依據。

關鍵詞：應急疏散；歷史脆弱性；關鍵路段；關鍵度；交通流分配

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.152

0 引言

隨著經濟的快速發(fā)展，城市的道路也十分迅速。伴隨著城市的越來越龐大，路網越來越復雜，許多問題也相應而生，尤其是在突發(fā)事件應急疏散方面。城市網絡根據發(fā)展程度的不同而呈現(xiàn)出不同的復雜度，當今的我國城市路網復雜程度都是很高的。當路網中一條或多條路段發(fā)生擁堵時，擁堵經過蔓延，導致區(qū)域路網癱瘓甚至整個城市路網癱瘓的時間不足為奇。在應急情況下，總是伴隨著擁堵，甚至個別路段喪失通行能力。這些路段中對路網影響最大的路段往往被定義為關鍵路段。當前對關鍵路段的定義各有不同，尤其是在應急情況下，關鍵路段往往不是常態(tài)下使用最多、承擔流量最大的等條件確定的。出發(fā)點不同，定義也不同，而且在突發(fā)事件應急疏散方面，前人對關鍵路段的研究相對較少。由于疏散需求的特殊性，本文從歷史脆弱性與關鍵度兩個方面提出了一種關鍵路段識別方法。

1 算法介紹

（1）給定研究范圍（影響范圍）。（2）疏散需求的確定，來源于歷史數據。（3）根據路段調查數據，確定潛在關鍵路段集A。（4）保持路網結構不變，對固定OD數據使用TransCAD 軟件進行交通分配（SO），根據其分配結果找出負荷在規(guī)定閾值內的路段集合B，并計算路網清空時間T。取集合A與B的交集組成集合C。（5）取集合C中的元素，在不改變路網結構、交通量等情況下，將取出路段通行能力下降至規(guī)定值，對固定的OD數據實施分配，仿真出降級路網疏散總時間，利用關鍵度計算公式計算出路段a通行能力下降后，疏散路網效率的相對變化Ea。（6）對關鍵度進行排序，選出Ea值最高的路段集，就是所求關鍵路段集。

2 歷史脆弱性

歷史脆弱度閾值的設定。根據歷史數據得到：實際流量/通行能力=飽和度。計算疏散網絡所有道路飽和度，且定性分析，以人的感知確定擁堵度閾值的確切值。超過閾值的路段則為潛在關鍵路段，標記為集合A。

3 考慮應急疏散效率的關鍵度計算

在常態(tài)下，學者們考慮關鍵度往往是從網絡拓撲圖出發(fā)，尋找使用率最高，且被破壞概率最高的路段。但在應急疏散前提下，事件已經發(fā)生，疏散網絡被確定的情況下，路段完全喪失通行能力的情況發(fā)生概率很小?？紤]人為選擇路徑的結果，所以，在疏散情況下應考慮由于擁擠造成的通行能力下降帶來的疏散效率變化。本文認為：路段疏散負荷的大小與通行能力下降后的疏散能力的影響成正相關。計算式如下：

式中：Ca——路段a的關鍵度； ua——路段a負荷與路網平均負荷比值的平方；Ea——路段a對應急疏散效率的影響。

4 Ea的求解

根據上式可知，每次從集合A中選取路段?a降低通行能力，再次配流，再次仿真計算其疏散效率。計算量根據網絡的大小而定。而疏散網絡一般情況下都不是特別簡易的網絡，Ea的求解存在著困難，本文使用軟件TransCAD進行網絡配流，使用Anylogic進行疏散仿真。在疏散網絡確定后，確定通行能力下降百分比。利用仿真軟件TansCAD配流，選擇SO模式。取任意路段a（a∈A），將通行能力降低至預定百分比，仿真求得疏散清空時間Ta。

式中：T——原始疏散情況下路網清空時間；

Ta——路段a降低通行能力后路網清空時間。

5 交通流分配方式的選擇與求解

（1）考慮疏散網絡的特殊性，本文選用wardrop第二原理（SO），以盡可能最小化疏疏散總時間為目標，竟可能減少道路網絡清空時間以及特定時間內盡量多的疏散危險區(qū)的群眾。疏散目標與系統(tǒng)最優(yōu)的目標保持一致。（2）對SO模型轉化，使其可以用UE方法求解。本文用W-F方法對模型進行求解。（3）本文在求解SO模型時，加入了對擁堵因素的考慮，將其中的阻抗函數根據擁堵經驗進行了修改，使其能夠更加細膩的刻畫現(xiàn)實狀態(tài)。

ta=ta0+tay

式中：ta0——路段上車輛的平均自由行駛時間；tay——路段a的擁擠阻抗。

1）ta0可查表得到。2）路段a的擁擠阻抗與路段流量的大小正相關，可用歷史數據得到其流量阻抗關系圖。

6 結束語

本文針對應急情況提出一種簡易的關鍵路段識別方法。由于路網其自身的復雜性，個人選擇路徑的不確定性等條件下，計算量異常巨大，可以說計算是當前無法解決的難題。所以本文的絕大工作是用軟件完成的。疏散情況不同于常態(tài)交通，在交通流分配方面存在著一些現(xiàn)有分配模型無法刻畫的問題，借用常態(tài)的分配模型并不能嚴格的刻畫疏散情況下的交通流，還需要改進。在仿真中發(fā)現(xiàn)，網絡過于龐大，單個路段無法對整體效率產生決定性的影響，故此方法不適合過大的道路網絡。在疏散的中心擁堵區(qū)，無論增加或者減少路段的通行能力，無法對擁堵產生影響，所以疏散應該著眼于可影響區(qū)，而不是擁堵區(qū)。

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