大型活動(dòng)散場(chǎng)人群疏散城市擺渡車開行方案模型

劉 暢，左忠義，孟子悅

(大連交通大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧大連 116028)

隨著物質(zhì)生活水平逐漸提高，人們對(duì)文化娛樂活動(dòng)的要求越來(lái)越高，各類大型文體活動(dòng)正頻繁地出現(xiàn)在人們的日常生活中。但大型活動(dòng)散場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的人群聚集，大量私家車所帶來(lái)的交通擁堵，給城市交通的疏散能力帶來(lái)了一定的考驗(yàn)。開行城市擺渡車可以引導(dǎo)人群采用公交方式出行，減少私家車出行量，并以最快速度將活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)人群疏散到周邊交通樞紐(公交樞紐站、軌道交通車站)，避免活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)人群堆積發(fā)生意外。崔洪軍[1]研究了大型活動(dòng)散場(chǎng)時(shí)觀眾離開活動(dòng)場(chǎng)所的客流規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上確定了觀眾到達(dá)停車場(chǎng)的流量分布規(guī)律。張和生[2]提出一種精確估計(jì)路段平均行程時(shí)間的估計(jì)方法。陳茜[3]為了研究大型活動(dòng)消散過(guò)程中交通流分布狀況，分析了大型活動(dòng)中突發(fā)事件對(duì)交通流分布的時(shí)空影響特征。甘勇華[4]借助legion仿真軟件建立仿真系統(tǒng)，運(yùn)用openCV工具對(duì)大型活動(dòng)行人步行特征參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，仿真分析了亞運(yùn)會(huì)開幕式散場(chǎng)行人交通運(yùn)作狀況和公共交通服務(wù)水平等情況。郭雩[5]利用調(diào)查問(wèn)卷的方法對(duì)地鐵突發(fā)事件下不同人群的安全意識(shí)及疏散行為特性進(jìn)行初步的調(diào)查分析研究，以供人員疏散研究和制定合理有效的應(yīng)急疏散方案參考。以往對(duì)大型活動(dòng)散場(chǎng)人群疏散的研究較少，本文提出一種在活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)與周邊交通樞紐間開行城市擺渡車的疏散方案，并建立考慮擺渡車開行成本與乘客體驗(yàn)的最優(yōu)擺渡車開行方案模型。

1 開行擺渡車數(shù)量模型的建立

1.1 模型建立的思路

軌道交通線路固定，當(dāng)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)距離軌道交通車站較遠(yuǎn)時(shí)，軌道交通對(duì)客流的吸引能力不足。而常規(guī)公交夜間停運(yùn)早且運(yùn)量有限，交通管理部門為了盡快將活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的人群疏散開，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)交通秩序，避免導(dǎo)致周邊交通癱瘓，可在活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)與距離最近的交通樞紐或軌道交通站點(diǎn)間開行城市擺渡車，觀眾可憑演出門票免費(fèi)乘坐，減少私家車出行數(shù)量。

擺渡車的概念來(lái)源于飛機(jī)場(chǎng)，它是連接機(jī)場(chǎng)內(nèi)候機(jī)廳和遠(yuǎn)機(jī)位飛機(jī)的唯一通道，是旅客自候機(jī)廳到遠(yuǎn)機(jī)位飛機(jī)的通行工具。城市擺渡車是應(yīng)用于城市的使用新能源車輛開展短途接駁的公共交通工具，是城市公交系統(tǒng)的子系統(tǒng)，是大型公交的延伸。城市擺渡車采用低速、綠色、節(jié)能、環(huán)保的電動(dòng)車，是一種慢行交通方式。但在實(shí)際中，由于缺乏對(duì)城市擺渡車開行的研究，且國(guó)內(nèi)在這方面的應(yīng)用較少，不能很好地把握開行擺渡車的數(shù)量。多開行擺渡車，可以更快將活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的人群疏散完畢，但是城市擺渡車的租賃費(fèi)用就會(huì)增多，因此需要綜合考慮大型活動(dòng)散場(chǎng)時(shí)乘客候車的時(shí)間成本與擺渡車租賃費(fèi)用之間的關(guān)系，以總成本最小為目的來(lái)決定開行擺渡車的數(shù)量。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出城市擺渡車開行方案模型，以期有助于大型活動(dòng)散場(chǎng)后的客流疏散。

1.2 模型建立的基礎(chǔ)

本文所涉及的符號(hào)含義如下所示：

B(t)——t時(shí)刻候車人數(shù)；

β——單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)擺渡車泊位的人數(shù)；

df——距離出入口最遠(yuǎn)的觀眾離場(chǎng)時(shí)間；

dc——距離出入口最近的觀眾離場(chǎng)時(shí)間；

Az——出入口對(duì)應(yīng)的疏散觀眾總?cè)藬?shù)；

γ——將乘客的平均候車時(shí)間轉(zhuǎn)換為乘客候車成本的經(jīng)驗(yàn)折算系數(shù)，設(shè)為每人0.5元[6]；

c——每位司機(jī)的一次性支出費(fèi)用，參考大連市場(chǎng)價(jià)格定為50元；

δ——單位時(shí)間內(nèi)每輛擺渡車的租賃費(fèi)用，參考大連市場(chǎng)價(jià)格定為每小時(shí)180元；

λ——單位時(shí)間內(nèi)每輛擺渡車的平均運(yùn)能；

μ——擺渡車從活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)到城市軌道交通站點(diǎn)所需時(shí)間；

L——城市擺渡車行駛路線長(zhǎng)度；

lε,ε=1,2,…,n——擺渡車行駛路線上各等級(jí)路段的長(zhǎng)度；

vk——擺渡車不同路況下在各等級(jí)道路上的行駛速度；

t1——擺渡車到達(dá)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間；

t2——活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)人群疏散完畢的時(shí)間；

x——開行城市擺渡車的數(shù)量；

w——每輛擺渡車的滿載人數(shù)；

c(x)——租賃x輛擺渡車時(shí)的總成本。

1.3 模型假設(shè)

擺渡車開行數(shù)量受多種因素的影響，在建立模型時(shí)，需要對(duì)外部的環(huán)境進(jìn)行理想化概括。因此，作出如下假設(shè)：

①據(jù)交通心理學(xué)研究表明，人們的出行距離若在1 km以內(nèi)，多數(shù)人會(huì)選擇步行；當(dāng)出行距離超過(guò)1 km，機(jī)動(dòng)化交通方式就成為多數(shù)出行者的選擇[7]，故本文將研究范圍定為活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)周邊1 km內(nèi)沒有軌道交通站點(diǎn)。

②演唱會(huì)觀眾可憑演唱會(huì)門票免費(fèi)乘坐擺渡車，以此鼓勵(lì)觀眾采用公交出行，減少私家車數(shù)量。

1.1臨床資料:選取2016年1月至2017年6月我院的肢體功能障礙腦梗死患者70例進(jìn)行分析,共有男性68和女性52例,均是49至76歲患者,平均67.9±7.8歲;合并疾病:49例高血壓、12例冠心病、10例呼吸系統(tǒng)疾病、6例糖尿病。所有患者均符合1995年全國(guó)第四屆腦血管病學(xué)會(huì)制定的腦梗死診斷標(biāo)準(zhǔn),排除合并認(rèn)知障礙、精神病及有精神病家族史的患者。將患者分成對(duì)照組和觀察組,使用不同護(hù)理方式,兩組都有60例患者,其一般性資料對(duì)結(jié)果不產(chǎn)生影響。

③開始疏散后，城市擺渡車行駛線路實(shí)行交通管制，不允許社會(huì)車輛駛?cè)胫敝寥巳菏枭⑼戤叀?/p>

④道路環(huán)境暢通，無(wú)交通事故的發(fā)生，活動(dòng)結(jié)束后即接到出車命令，隨后擺渡車車隊(duì)以最快速度到達(dá)活動(dòng)場(chǎng)地。

⑤可租賃的擺渡車數(shù)量x足夠多，且車型一致，運(yùn)能相同。

⑥場(chǎng)館外部有場(chǎng)地供擺渡車停放，車輛的滿載率w一定，超過(guò)滿載率即出發(fā)，乘客上下車時(shí)間忽略不計(jì)。

⑦擺渡車將乘客運(yùn)送至活動(dòng)場(chǎng)地最近的城市軌道交通車站后返回活動(dòng)場(chǎng)地繼續(xù)疏散人群。

⑧活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)需要疏散的人群數(shù)量足夠多，擺渡車到達(dá)活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)前候車人數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)。

1.4 模型建立

在建立擺渡車開行方案模型時(shí)，主要考慮乘客和城市擺渡車租賃費(fèi)用出資方的雙重利益。其中，以乘客總候車成本最小為乘客的目標(biāo)函數(shù)，以擺渡車租賃費(fèi)用最小為出資方的目標(biāo)函數(shù)，建立模型。

1.4.1 觀眾到達(dá)擺渡車泊位的時(shí)間分布規(guī)律

(1)

1.4.2 擺渡車行駛時(shí)間

通過(guò)公式(2)可求得擺渡車在前往活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)所花費(fèi)時(shí)間。

(2)

將城市擺渡車行駛路線上的路段按道路等級(jí)分為快速路、主干路、次干路和支路，將路段的平均行程速度劃分為5個(gè)等級(jí)(表1)，1級(jí)表示運(yùn)行最暢通，5級(jí)表示運(yùn)行最擁堵[8]。結(jié)合擺渡車發(fā)車時(shí)間段路況，根據(jù)表1數(shù)據(jù)可得擺渡車在不同等級(jí)路段上的行駛速度。

表1路段平均行程速度等級(jí)劃分km·h-1

擁堵等級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)快速路>60(50,65](35,50](20,35]≤20主干路>45(35,45](25,35](15,25]≤15次干路>35(25,35](15,25](10,15]≤10支路>35(25,35](15,25](10,15]≤10

1.4.3 擺渡車單位時(shí)間運(yùn)能

擺渡車將乘客運(yùn)送至活動(dòng)場(chǎng)地最近的城市軌道交通車站后返回活動(dòng)場(chǎng)地繼續(xù)疏散人群，擺渡車單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)能取決于每小時(shí)可在活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)與軌道交通車站往返次數(shù)λ。

(3)

1.4.4 候車乘客數(shù)量

圖與t關(guān)系示意圖

(4)

于是，

(5)

1.4.5 乘客候車成本及租賃擺渡車總成本

根據(jù)模型基礎(chǔ)中γ和δ的定義可得，在擺渡車疏散現(xiàn)場(chǎng)人群的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)乘客候車總成本為γB(t1)+γB(t2-t1)，擺渡車租賃總費(fèi)用為δ(t2-t1)x，司機(jī)一次性支出總費(fèi)用為cx，將(4)(5)代入，得到乘客候車成本及租賃擺渡車總成本為：

(6)

1.4.6 模型求解

(7)

2 案例分析

將大連市體育中心體育館舉辦演唱會(huì)后散場(chǎng)為研究對(duì)象，對(duì)建立的擺渡車開行方案模型進(jìn)行可行性檢驗(yàn)，得出最優(yōu)擺渡車開行數(shù)量。經(jīng)調(diào)查，體育場(chǎng)建筑面積7.2萬(wàn)平方米，擁有1.8萬(wàn)個(gè)座位，除去遮擋區(qū)坐席，演唱會(huì)當(dāng)天現(xiàn)場(chǎng)上座率達(dá)到70%，現(xiàn)場(chǎng)觀眾共有1.26萬(wàn)人左右。共開放3個(gè)出入口使用，分別對(duì)應(yīng)演唱會(huì)A區(qū)、B區(qū)、D區(qū)的二層看臺(tái)及地面一層，如圖2所示。每個(gè)出入口對(duì)應(yīng)疏散4240名觀眾，下面以A區(qū)為例進(jìn)行計(jì)算。

圖2 大連市體育中心體育館演唱會(huì)坐席示意圖

假設(shè)每個(gè)出入口對(duì)應(yīng)的觀眾采用擺渡車出行比例為60%，即每個(gè)出入口有2520名觀眾乘坐擺渡車。由于乘客基數(shù)過(guò)大，將擺渡車泊位同樣按照坐席區(qū)域分成3個(gè)部分，觀眾步行至各區(qū)域?qū)?yīng)的擺渡車泊位，A區(qū)擺渡車泊位客流量為Az=2520。經(jīng)過(guò)實(shí)地觀察，演唱會(huì)于22∶10結(jié)束，從第一名觀眾離場(chǎng)至觀眾離場(chǎng)完畢共持續(xù)約45 min，計(jì)算可得β=56 人·min-1。

如圖3所示，距離大連體育中心體育館最近的公交場(chǎng)站為大連公交客運(yùn)集團(tuán)有限公司汽車二分公司同德路客運(yùn)站停車場(chǎng)，所停放車輛滿足擺渡車使用需求，市內(nèi)行駛時(shí)可滿足滿載w=100人。根據(jù)公式(3)，結(jié)合表1數(shù)據(jù)計(jì)算可得，t1=15 min，線路上各路段具體行駛時(shí)間如表2所示。

圖3 公交場(chǎng)站—大連市體育中心體育館行駛路線示意圖

運(yùn)行路線長(zhǎng)度/km道路等級(jí)運(yùn)行速度/km·h-1運(yùn)行時(shí)間/min西北路5.40主干路408.1松江路2.70次干路305.4金榮路0.50支路201.5合計(jì)8.60——15.0

如圖4所示，距離大連市體育中心體育館最近的軌道交通車道為華北路地鐵站。根據(jù)公式(3)，結(jié)合表1數(shù)據(jù)計(jì)算可得μ=10 min，路線上各路段具體行駛時(shí)間如表3所示。將μ=10 min代入式(4)計(jì)算可得λ=5 人·min-1。

表3 大連市體育中心體育館—華北路地鐵站行駛時(shí)間

圖4 大連市體育中心體育館—華北路地鐵站行駛路線示意圖

根據(jù)式(7)求解得出活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)A區(qū)的擺渡車最佳開行數(shù)量為17輛。

3 結(jié)論

本文建立的模型能夠在考慮擺渡車租賃成本的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮乘客候車成本因素，提出大型演出散場(chǎng)后開行擺渡車疏散人群緩解現(xiàn)場(chǎng)交通擁堵的最優(yōu)數(shù)量。研究結(jié)果具有較強(qiáng)的實(shí)用性，減少了私家車出行數(shù)量，降低發(fā)生交通擁堵概率，同時(shí)考慮了成本因素，避免盲目設(shè)定擺渡車開行數(shù)量造成成本過(guò)高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。