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分类号U491单位代码10618密级学号2120950081专业硕士学位论文应急交通疏散路径优化方法研究研究生姓名：曾柯导师姓名及职称：任其亮教授申请专业学位类别工程硕士学位授予单位重庆交通大学论文提交日期2015年4月25日专业领域名称交通运输工程论文答辩日期2015年6月6日2015年6月10日 重庆交通大学学位论文原创牲声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究王作所。取得的成果除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发。已在文中Ｗ明确表或撰写过的作品成果对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。Ａ学位论文作者签名：續珠資日期；又）５年月日＾重庆交通大学学位论文胀权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向。国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权重レ１、庆交通大学可ッ将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可＾１采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务（包括但不限于泊编、、）。复制发行，、信息网络传播等同时本人保留在其他媒体发表论文的权利学位论文作者签名：指导教师签名￣５＾吃；曰曰期：２年６月曰曰期俾Ｍ？？？．本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社ＣＮＫＩ系列数据库中全文发布Ｉ并按《中国优秀博硕±学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权ｆｒｆ？〇学位论文作者签名；常巧指导獅签名：曰期：■＾５年月曰曰期：＾月曰７３ StudyonthemethodofrouteoptimizationinemergencytransportationevacuationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengKeSupervisor：Prof.RenQiliangChongqingJiaotongUniversity,Chongqing,China 摘要频繁发生的各种自然或人为因素的突发事件，给人们带来了无法估计的损失。突发事件发生后，只有通过快速、有效的应急疏散响应，才能保证有限时间内的有效疏散。因此提前制定科学、合理的应急交通疏散预案是很有必要的，而应急交通疏散路径是应急疏散预案中重要的组成部分，优化应急交通疏散路径对于提高应急交通疏散效率，保障人民生命财产安全具有重要意义。本文首先通过分析突发事件的特点与分类，确定了本文的研究对象为不可预警的突发事件。通过对国内外应急交通疏散相关理论研究与实践的分析，总结了应急交通疏散路径研究现状的不足与缺陷。从一般路径优化方法出发，指出了应急交通疏散路径优化方法的实质以及研究方向，并对应急交通疏散路径优化中重要影响因素进行了分析，包括突发事件影响范围的分析、被疏散者心理与行为特征分析、应急交通流特征以及应急疏散策略等。基于以上对于应急交通疏散特性以及管理策略的分析，对应急交通疏散路径的系统性优化从两个阶段进行探讨。第一个阶段从建立应急预案角度出发，在充分考虑道路交通环境（等级、线型特征等）、路网结构、道路交通基础设施以及疏散路径可靠性等多方面因素的情况下，分别提出了疏散路径选择与疏散路径指派优化模型，并针对路径选择模型编写了C语言程序，实现了路径选择的可视化操作。第二个阶段是对于突发事件发生后的路径优化，首先分析了被疏散者的路径选择决策特性，建立了被疏散者的路径选择模型；从交通诱导信息对被疏散者的影响机理与作用效果出发，提出如何优化被疏散者的路径选择，避免由于被疏散者选择偏好带来的交通拥堵或疏散道路资源的浪费，从而提高应急交通疏散路网效率，实现疏散过程中的疏散路径优化。最后通过综合案例对本文提出的疏散路径优化方法进行实证分析，结果表明本文提出的方法对指导实际中的应急交通疏散具有一定的实践意义。通过本文的研究，分别提出了突发事件发生前后的应急交通疏散路径优化方法，丰富了系统性的应急交通疏散路径研究，有助于制定更为科学合理的应急交通疏散管理政策与组织措施，为应急交通疏散的规划与管理提供决策与参考。但由于缺乏实际相关数据，文中所建立模型的部分参数值采用经验值，有待深入研究。因此，在今后的研究中，需要结合现实中相关数据，进一步对应急交通疏散路径选择、交通信息诱导作用等内容进行细致的研究。关键词：应急交通，突发事件，可靠性，前景理论，路径选择i ABSTRACTInrecentyears,avarietyofnaturalorman-madeemergenciesoccurfrequently.Ithasbroughtinestimablelossestothepeople.Intheeventofanemergency,onlythroughaquickandeffectiveemergencyevacuationresponsecanensureeffectivenessoftheevacuationwithinalimitedtime.Itisessentialtoformulatescientificandreasonableevacuationplansoftheemergencytransportationinadvance.Thestudyonroutechoicemodelistheveryimportantpartoftheemergencyevacuationpreplan.Optimizationoftheemergencytransportationevacuationrouteisofgreatsignificancetoimprovetheefficiencyofevacuationandprotectthesafetyofourpeople’slifeandproperty.Thispaperanalyzesthecharacteristicsandclassificationofemergencies,anddeterminestheunexpectedeventsastheobjectinthestudy.Afteranalyzingrelatedtheoryandpractice,thedefectsandshortcomingsofstudyonevacuationroutearesummarized.Theresearchpointsouttheessencesanddirectionsofthepathoptimizationintheemergencytransportationevacuationfromthepointofoptimizationmethodforgeneralcase.Italsoanalyzessomeimportantinfluencefactorsthatrespectivelyintheevacuation,suchasinfluencerangeofemergency,psychologicalcharacteristicsandbehavioralcharacteristicsofpeople,emergencytrafficflowcharacteristicsandevacuationstrategyinemergencies,etc.Basedontheanalysisoftheemergencyevacuationcharacteristicsandmanagementstrategy,itdiscussedtheoptimizationofevacuationroutefromtwolevels.Inthefirstlevel,itrespectivelyputforwardtheroutechoicemodelofevacuationandtrafficassignmentmodelsofevacuationfromtheperspectiveofestablishingemergencyresponseplanaftergivingfullconsiderationtotrafficenvironment,trafficnetworkstructure,trafficinfrastructureandthereliabilityofevacuationroute.Then,Clanguagewasusedtovisualizethechoiceofroute.Thenextlevelisthepathoptimizationwhenemergencyhappened.Itfirstanalyzedthecharacteristicsofroutechoicedecisionsbyevacueesandestablishedtheroutechoicemodelsofevacuees.Then,itproposedhowtooptimizetheroute-choicebehaviorofevacueesbyanalyzingthemechanismandeffectthatfrominducedtrafficinformation.Itimprovedtheefficiencyofevacuationnetwork,avoidedthetrafficcongestionandwasteofroadresourcesthatcausedbyevacuees’preference.Finally,anexamplewasproposedtoverifytheoptimizationmethodintheevacuation.Theresultsshowthattheproposedmethodhasacertainsignificancetoguidepractice.ii Throughtheaboveresearch,thethesishasrespectivelydevelopedthepathoptimizationmethodtowarddifferentphaseintheemergencytransportationevacuation.Itnotonlyhelpstoprovideevacuationmanagementpoliciesandorganizationalmeasureswhicharemuchmorescientificandreasonable,butalsoenrichesthesystemicresearchontheemergencytransportationevacuationpath.Atthesametime,itprovidescientificbasisforprogrammanagers.Butbecauseofthelackofpracticaldata,somevaluesofparameterinthethesisaremainlyfromexperience,whichispendingfurtherstudy.Therefore,onthispoint,thisstudywillstartfurtherinfluenceonroutechoicemodelintheemergencytransportationevacuationandtheroleofguidinginformationindetailinfuturestudies.KEYWORDS:Emergencytraffic,Theemergency,Reliability,Prospecttheory,Routechoiceiii 目录第一章绪论...................................................................................11.1研究背景........................................................................................................11.1.1国际背景................................................................................................21.1.2国内背景................................................................................................31.2研究目的与意义............................................................................................41.3国内外研究综述............................................................................................51.3.1国外研究现状........................................................................................51.3.2国内研究现状........................................................................................81.3.3研究现状综述......................................................................................101.4研究内容与技术路线..................................................................................121.4.1研究内容...............................................................................................121.4.2研究技术路线.......................................................................................13第二章路径优化方法概述...........................................................152.1路径优化的基本问题与方法......................................................................152.1.1路径优化的基本问题..........................................................................152.1.2路径优化的基本方法..........................................................................152.2常用的路径优化算法..................................................................................152.2.1经典静态路径优化算法......................................................................162.2.2动态路径优化算法..............................................................................182.3应急交通疏散中的路径优化问题..............................................................192.4本章小结......................................................................................................20第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究.........................223.1突发事件影响区域确定..............................................................................223.1.1突发事件的影响区划分......................................................................223.1.2避难场所的选择..................................................................................243.2被疏散者心理与行为特征分析..................................................................243.2.1影响心理、行为的因素......................................................................243.2.2被疏散者心理与行为特征分析..........................................................25iv 3.3应急交通疏散中的交通流特征..................................................................273.4应急交通疏散管理策略与方案研究..........................................................273.4.1应急交通疏散管理策略研究..............................................................283.4.2应急交通交通分配模型分析..............................................................283.4.3应急交通疏散需求的确定..................................................................303.4.4应急交通疏散预案等级划分..............................................................303.5本章小结......................................................................................................31第四章应急交通预案中疏散路径的优化....................................324.1应急交通疏散路径选择优化......................................................................324.1.1疏散路径的选择原则..........................................................................324.1.2疏散路径的初步选择..........................................................................324.1.3疏散网络优化分析..............................................................................344.1.4应急交通疏散路径选择模型..............................................................354.1.5疏散路径选择模型的编程实现..........................................................404.2应急交通疏散路径指派优化......................................................................494.2.1畅通可靠性..........................................................................................494.2.2基于可靠性的应急交通疏散分配......................................................504.2.3算例分析..............................................................................................574.3本章小结......................................................................................................59第五章基于交通诱导信息的疏散路径优化................................605.1基于前景理论的被疏散者路径选择模型..................................................605.1.1前景理论概述......................................................................................605.1.2基于前景理论的被疏散者路径选择模型..........................................625.2基于交通诱导信息的疏散路径优化..........................................................695.2.1交通诱导信息发布的方式分析..........................................................695.2.2交通诱导信息发布的内容分析..........................................................715.2.3交通诱导信息下的疏散路径优化分析..............................................725.3本章小结......................................................................................................77第六章案例分析..........................................................................786.1重庆市奥体中心基本情况介绍..................................................................786.2案例假设情景一..........................................................................................796.3案例假设情景二..........................................................................................82v 6.4本章小结......................................................................................................83第七章结论与展望......................................................................847.1主要成果......................................................................................................847.2不足之处及展望..........................................................................................84致谢...............................................................................................86参考文献.......................................................................................87在学期间发表的论著及取得的科研成果......................................91vi 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景2005年1月，在国务院第七十九次常务会议中通过的《国家突发公共事件总体应急预案》指出：突然发生且造成或可能造成重大的人身伤亡、财产损失以及[1]严重危害社会和生态环境的事件被定义为突发事件。美国的有关部门定义：凡危害国家、个人和社会安全的，有可能造成严重后果，并要立即处理的事件被称为突发事件。突发事件的特性有：不可预测性、严重危害性、广泛关注性、不易协调性和难以抗拒性。①不可预测性突发事件的发生超出常人的意料。例如2014年元旦跨年夜在上海发生的“12.31”外滩拥挤踩踏事件，事件发生太过突然，最终导致36个鲜活的生命消亡于松散的安全链条上。②严重危害性突发事件的发生经常会扰乱社会公共秩序，威胁的生命及财产安全，同时造成巨大的恐慌，带来严重后果。③广泛关注性突发事件一旦发生，很快便会引起人们的广泛关注，成为焦点。突发事件能激起人们的好奇心，也会成为社会和新闻媒体的炒作对象，给政府的处理工作带来困难并有损政府形象。④难以抗拒性地震之类的自然灾害所带来的突发事件是难以抗拒的。自然灾害的发生带来的危害和损失都是无法估计的。这种情况下只有快速、科学的启动应急救援与疏散预案才能将损失降低至最小。⑤不易协调性一些突发事件是人为造成的，这种情况基本上与失误和利益有关，所以协调的余地较小，难以控制其发展态事。2007年起开始实施的《中华人民共和国突发事件应对法》以及《国家突发公共事件总体预案》等相关规定中，根据不同的性质与机理将事件分为四类：①自然灾害，包括：旱灾、洪水、地震、海啸及森林大火等灾害；②事故灾难，包括：重大交通事故、企业及财产安全事故、公共事故等；③公共卫生事件，包括：严重传染病、不明原因的大众疾病、重大食物中毒或职业中毒以及极大危害公众健1 重庆交通大学硕士毕业论文康的事件；④社会公共、社会安全事件，主要包括：群体性的游行或示威集众，特大火灾、恐怖袭击、金融安全等事件。根据突发事件的影响和特征可以将突发事件进行分类，根据危害性将突发事件分为：特大事件、重大事件、较大事件和一般性事件，根据突发事件的可防可控性将其分为：可防可控事件和不可防不可控事件，根据突发事件的影响范围可分为：世界性事件、国家性事件、区域和地方性事件。为了能够系统的分析事件的交通疏散特征和研究有效的管理策略，本文根据是否能够预测将突发事件分为可预警和不可预两类。由于不可预警的突发事件带来的后果往往相当严重而且无法估计，因此提前制定科学合理的应急交通疏散预案对于减少这一类突发事件的危害具有很重要的意义。1.1.1国际背景近些年全球各处突发事件频频发生，比如美国在2001年发生的“9.11”事件，仅遇难者就高达2996人，经济损失达到2千亿美元；2003年发生在韩国大丘市的地铁火灾事件，198人殒命，146人受伤，298人失联；2004年发生在俄罗斯的人质事件也造成了334人殒命；2005年美国新奥尔良的“卡特里娜”飓风造成了1000多人丧命。各中自然灾害以及人为造成的事件已经给人类带来惨重的后果。图1.1飓风“丽塔”疏散时交通拥堵情况图1.22005年新奥尔良大撤离的车龙突发事件带来的伤亡和损失，一部分原因是由突发事件自身造成的，另一部分原因是由人员的疏忽造成的，比如预警工作滞后、紧急避难场设置不当、紧急疏散工作不到位等。2003年发生在印度的海啸造成约22.6万人丧生，主要原因是沿岸诸国或地区不重视，所以根本没有设立海啸相关的预警系统，以致海啸发生时没有逃生的时间。2 第一章绪论1.1.2国内背景我国地大物博，地质环境多种多样，人口多而密度大，同时也是一个结构复杂、灾害频发的国家。据统计，我国有超过20万人以上的非正常死亡，其死因是由于自然灾害、事故灾难、公共卫生事件等突发性事件导致的，造成数千亿元的巨额经济损失。比如2003年全国范围的SRS疫情、2004年的禽流感，2003年在重庆发生的井喷事故，2005年在吉林中石化工厂发生的爆炸事件，尤其是2006年“碧利斯”等多起强热带风暴导致的飓风、2008年汶川地震及多地的冰冻雪灾、2012年多地暴雨灾害，见表1.1。图1.32008年雪灾导致交通瘫痪图1.42012年北京及其周边受暴雨灾害表1.1近年我国部分突发事件情况统计表时间地点事件名称伤亡及损失超过800人死亡，总损失达135亿元，受灾人数已达741万，2006年7月湖南、广东碧利斯附近68个县674个乡镇受灾安徽、福建、死亡64人，不同程度上的受灾人群达795万，紧急疏散140．82006年7月格美江西等万人广东、广西、死亡80人，失踪9人，不同程度上的受灾人群达1029．52006年8月派比安海南万，造成损失72．3亿元，疏散84．4万人死亡104人、失踪190人，400万人受灾，直接经济损失112．52006年10月浙江、福建桑美亿元69227人遇难，374643人受伤，17923人失踪，直接经济损2008年5月四川512汶川地震失8452亿元人民币3 重庆交通大学硕士毕业论文湖南、广东、广西、重庆等二十个省市出现大到暴雪，其中2008年1月全国多地08年雪灾仅湖北与安徽，就有超过800万人受灾，近万间房屋倒塌，经济损失达11亿元人民币造成湖北、湖南、广东、广西、重庆等11省90市（区、盟）2012年全国多地暴雨灾害399个县（区、市、旗）1044.6万人受灾，50人死亡，42人失踪，124.7万人需应急救助，直接经济损失103.1亿元从地理角度看，我国东边紧挨太平洋的地震带，西边又与喜马拉雅山的地震带相邻，达60%的面积为地震区，且烈度为6-9度，全国23个省会位于7度以上的地震高风险区，同样，在全国人口总数超过百万人的大城市里，接近三分之二的城市处于高风险区，其地震烈度达7度以上，有2亿左右的人口受地震影响，占全国人口的七分之一以上；其次由于我国特殊的地理位置，使得东南地区台风多发，季风性气候明显，内陆更是旱、洪频发；地质结构的复杂多变，一定程度的增加了滑坡、泥石流的概率；另外，我国还有一系列的火山带。近年的高速发展致使生态环境严重被破坏，这些潜在危机爆发的可能性增大。总的来说，我国的自然灾害已经成为世界上种类最多，发生频率最高，破坏性最大的国家之一。从社会的角度分析，我国社会正处在转型期，是发展的关键期，社会矛盾也是最为严重和明显的一个时期。如果在突发事件发生时处置不当，很有可能会引起社会性危机的发生，产生不可挽回的社会动荡。从城市发展的角度分析，逐渐扩大的城市化，私家车屡见不鲜的出现在普通家庭里，与此同时，城市原来的路网已然成型，车辆增长的速度更是远大于新增道路的速度，供需倒置的关系致使城市拥堵发生常态化且日益严重。以重庆市为例，到2013年底为止，主城区有达99万辆的机动车保有量，基础设施建设远低于小汽车的增速，内环以内区域接近全面拥堵临界点。这样的情况下，突发事件所带来的影响和危害已然无法估计。车辆的骤增带来的交通压力，使得道路网络处于瘫痪的边缘。1.2研究目的与意义城市频繁发生的突发事件不仅仅给政府与相关部门敲响了警钟，也对城市的应急交通组织与保障提出了更高的要求。政府随即意识到了建设相关应急指挥体系，制定相关突发事件应急救援和疏散预备方案的重要性与必要性。为提高我国政府的公共安全保障以及突发事件的处置能力，最大程度预防并减少突发事件以及其带来的相关损失，保障社会公众的生命财产与生命安全，促进经济协调可持4 第一章绪论续发展，社会全面稳定，在2006年1月8日，中华人民共和国国务院颁布了《国家突发公共事件总体应急预案》，并随后在次年颁布并实施了《中华人民共和国突发事件应对法》，在该法案中明确提出了要求建立健全的国务院、省、市、县四级突发事件应急预案体系。其中应急交通疏散预案中关键的组成部分是应急交通疏散路径选择，在安全、短时的前提下，在安全区域内尽可能多的转移影响范围内的人员车辆以及效率，是衡量一个预案是否可行的直观标准之一。借助紧急疏散路径，那些处于危险区域的人员能尽快地疏散至安全区域或者避难所，这样便将突发事件所带来的损失减低到最小。因此在应急交通状态下，如何利用现有的应急交通救援设施进行科学有效的交通管理组织，通过快速并且有效的应急交通疏散路径来疏散突发事件中的人员车辆，对保障人民群众的生命财产安全具有重大意义。应急交通疏散路径的优化应该系统的角度进行优化。针对突发事件发生前的疏散路径优化有利于疏散预案的制定，便于管理决策者有针对性的制定应交通管理措施与组织方案；文中分别从疏散路径的选择与路径指派的优化角度进行了研究，建立了路径选择优化模型，基于最短行程质量费用与畅通可靠性建立了疏散路径的交通分配模型，从而为决策者提供了科学的参考与借鉴。针对突发事件发生后的疏散路径优化，被疏散者作为疏散主体，其行为决策特点决定了突发事件发生后的应急交通疏散路网的利用效率。本文从被疏散者的行为决策的角度出发，基于被疏散者的心理及其行为决策特征，将其定义为“有限理性”的人员，借用前景理论建立了被疏散者的路径选择模型，对被疏散者的路径选择决策如何优化进行了相关分析。最后从交通诱导信息的角度分析了疏散过程中的路径优化方法，并基于建立的被疏散路径选择模型对提出的方法进行验证。通过科学合理的交通诱导信息，将大大提高疏散过程中的疏散效率，避免由于被疏散选择偏好造成的疏散拥堵或疏散道路资源浪费。同时本文的研究内容为进一步深入分析在突发事件下的疏散路径优化及其软件的开发利用提供了新的参考和借鉴资料。1.3国内外研究综述1.3.1国外研究现状①理论研究国内外的学者对应急交通应急疏散方面进行了大量的研究。但应急交通疏散路径的选择与优化问题属于不确定条件问题的研究，为相关的理论研究提供大量数据支持比较困难。因此，在交通应急疏散路径的研究领域，常用的方法是通过5 重庆交通大学硕士毕业论文计算机仿真模拟的方式，建立仿真平台对应急疏散的决策行为进行模拟分析。国内外普遍采用的仿真软件有：如由橡树岭国家交通分析实验中心开发的OREMS仿真软件、由KLD联合公司开发的DYNEV软件、PBS&J公司基于web开发的应急交通信息系统软件ETIS以及PTV公司开发的一款基于时间(time-step)和行为(behavioral-based)的微观交通仿真系统VISSIM等。[2]Sinuany-Stern.Z.等，基于疏散行为的微观仿真模型，主要研究了放射性突发事故的应急过程，分析了在突发事件中疏散人流、机动车保有量、行程时间及路径选择对应急事件的敏感度，发现紧急事件中，疏散时间很大程度上受到机动出行和慢行相互作用的影响。[3][4]Dunn等人基于Ford在道路网络通行能力领域的研究成果，得到了一种方法选择应急疏散路径的最大流，以此实现危险区域人群被转移至安全地点，而没有超过路网的承载能力。[5]Pidd对用于应急疏散的决策支持系统进行了研制，并取得了成功。该系统是以基于目标的地理信息系统微观模拟器为基础，辅助个体车辆搜寻路网中运行较为畅通的路径，但没有考虑交通车流自身的相互影响。[6]Yamada以最小成本流的理论为基础，对危险区域的疏散行人进行重新分配，提出了最短路径疏散规划（TheShortestEvacuationPlan，SEP）的定义，即全部被疏散的人群至目的地的行程总和达到最小。[7][8]Campos，Alexander在判断最优疏散路径决策的过程中，分别提出了基于k-最短路的方法。Campos定义了个人选择的路径，即通过OD之间路段的最大容量与行驶时间比值来确定最优疏散的路径；Alexander以行程时间最短和交通拥堵率最低为目标函数，建立了选择模型，并求解验证。[9]ThomasJ.Cova和JustinP.Johnson认为通过控制交叉口的同行状态，可以一定程度的减少由于车流交织与冲突带来的疏散拥堵，从而减少疏散中节点的延误。[10]Russo与Chila通过一种连续的动态交通选择模型来计算应急状态下的交通需求；在动态模型下，允许决策者模拟路径选择的概率跟随时间变化而变化，同时还考虑了事件与被疏散者随时间推移的影响。[11]Daniel等人对基于多式联运的交通应急疏散的方案进行了相应的研究。系统的分析了多通道疏散方案的挑战与优势，建议在大规模的城市疏散时，提供对应规模的多式联运方案。②应用研究1）美国当今世界中，美国十分重视国家自身的应急管理体系建设，并且具备了较为完善的应急管理体系，其主要特点有：（1）组织机构完整，职能明确；（2）十分6 第一章绪论重视对于突发事件的预警管理与建设。其应急管理体系受到美国法治制度的影响，在1950年国会就通过了其制度性立法——《灾难救济法》。美国目前的应急救援依据分级响应原则和属地原则，在联邦、州、县、市和社区五个层次上建立了应急管理系统和响应机构，应急管理系统建设已经相当成熟。不同的管理层次上对应设置了不同的管理机构，在政府层次上，设置国土安全部门及其派出机构；在各州政府均设置相应的应急管理机构；对于州级以下的政府部门，同样设有机构进行应急管理。而且，为了及时更新各类应急信息、保障应急对策更为准确有效，并在各系统之间实现资源共享，美国应急管理部门实施了“e—FEMA”战略，对应急信息体系的层次结构模型进行了改进，使其切实可行。2）俄罗斯“大总统”和“大安全”的特点是俄罗斯应急管理体系所具备的，即总统握有非常广泛的行政权与立法权。在国家层面上，为了形成比较完备的应急管理的体系，设有联邦安全理事会，并下设12个跨部门安全机构，从而保证了应急的联合协调管理。经过几年的建设，俄罗斯的应急管理体系一直向着法制化的方向发展。当有紧急事件发生，当地的州长和市长将会联系地方的应急与减灾部（EMERCOM），请求人力物力的支援。若达到难以单独处理的情况，应急与减灾部（EMERCOM）将会寻求中央的防灾组织或救援单位的帮助。联邦总理甚至可以发动军队来应对国际紧急事件。3）日本“立法先行”是日本应急系统的特点，最高指挥为首相，内阁官员负责联络和协调的工作。它依附于相应的法律和制度，以对策会议（安全会议和防灾会议等）和机构的方式制定相关的对策进行应急，并辅以国土、气象、防卫和消防等部门进行配合。为了降低由灾害引起的损失，日本政府对防灾治灾的研究非常重视，每年有大约400亿日元的经费投入到相关研究中，进行防灾应急方面的工作，并取得了一系列的研究成果，比较典型的有京都大学防灾研究中心、东京大学地震研究所等。而且，高校设置“危机管理”的专业已相当普遍，高水平的应急防灾人才不断踊跃而出。7 重庆交通大学硕士毕业论文1.3.2国内研究现状①理论研究国内对于应急交通疏散路径及相关理论的研究起步较晚，其中在应急疏散路径的选择模型领域研究较少。[12]卢兆明等建立了网络优化模型，模型基于实时变化的动态交通流为理论基础，目标函数为疏散时间最短，并且建立优化模型，对疏散路径选择及开始时间进行了优化改进。在此基础上，提出了大规模的应急疏散系统。此系统依托于GIS技术，通过对应急状态下选择最优疏散策略过程的模拟，提出最优的疏散路径，从而在城建和防灾规划中为政府机构提供相应的参考。此过程同样适用于城市应急管理指挥工作。[13]通过分析火灾影响区域人员疏散开始时间的不确定性因子，张培红，陈宝智在考虑火灾疏散行动能力和的基础上，建立数学模型表征人员在火灾时的疏散行为，能够综合反映出疏散时建筑物的空间疏散特性及其排队现象。[14]刘丽霞等对路网的基本信息进行了订正，改进了相异度计算的方法，在最优路径选择的过程中考虑了相异路径，最后对算法通过实例得以验证。[15]宫建提出了择路模型进行应急交通管理，该模型基于应急条件下的疏散特性，并提出了在应急条件下进行交通分配的模型，对适用范围进行了界定。为了验证合理性，通过北京奥运会期间的疏散时间为例进行了验证。[16]郑长江等分别从用户最优疏散策略（UE）与系统最优疏散策略分析了城市应急交通疏散路径的选择问题，以总疏散距离最短为目标，建立了优化方案，对疏散路径进行优化。[17]张伟的硕士论文对冰雪灾害下的疏散特性进行了研究。在实地调查的基础上，获取了相应的交通流参数，分析了冰雪条件下的交通流特性，最后建立了冰雪条件下各大城市路径选择模型，实现路网的应急疏散。[18]廖梦婕在其硕士论文中分析了大型活动突发事件的交通需求与交通特性，建立了疏散路径车辆的行程时间模型，以费用最小化和流量最大化为依托，建立网络模型进行路径选择。②应用研究1）北京针对北京市交通资源紧张、突发事件引起的人员伤亡和财产损失过高的现状，北京市自奥运会之后建立了现代化交通应急管理指挥系统，以保障城市重大活动的安全有序开展和道路的通畅。交通应急管理指挥系统对全市范围内的重大突发事件下的交通运行状况进行8 第一章绪论处理，统筹协调应急部门的联系与协调工作，并上报相关的信息资源。其功能还包括对应急保障方案进行制定与研究，在社会上进行防灾减灾的宣传指挥工作。该系统的建成，很大程度上增强了交通管理水平，城市的应急指挥工作提高了一个层次，保障了城市经济社会可持续发展和居民的有序出行。2）广州广州市于2006年建立了“智能交通管理指挥系统”，该系统主体位于广州市天河区。该指挥中心具有指挥调度、事故接警、违法抓拍、信息采集和交通控制五大功能。在与110接警中心联动控制的条件下，实现了交警各支队、政府各部门的协调指挥，能够积极调动一切力量和资源应对突发状况。3）重庆为了增强城市突发事件的应对水平，对事故处理作出迅速、准确的判断，重庆市于2012年先后制定了《重庆市突发事件预警信息发布管理办法》、《重庆市突发事件应对条例》、《重庆市基层应急管理规范化建设标准》，并联合各大事业单位、武警部队、公安消防等部门成立了综合救援队伍，进行了救援工作的规划，有利于工作在全市的开展。9 重庆交通大学硕士毕业论文图1.5重庆市主城区应急避难场所分布图1.3.3研究现状综述通过对国内外相关研究、文献总结分析可以看出，国外很早就有针对应急交通疏散路径相关问题的研究，而且取得了一定的研究成果，而目前国内针对应急交通疏散路径相关问题专门的研究较少，其中以北京工业大学的交通工程重点实验室为代表，在该领域研究较多。但考虑到实际应急交通疏散中的影响因素，现10 第一章绪论状研究中仍然存在着一定的不足，主要有以下几个方面：①系统性研究有待加强由于应急交通疏散路径优化的特殊性，其路径优化就不能仅考虑疏散行程时间等较为单一的因素。首先从应急交通疏散路径优化本身来说，不同阶段的应急交通疏散具有自身的特点，例如在突发事件发生前的疏散路径优化侧重有利于管理者进行交通组织与管理，因此应该分别针对突发事件发生的不同阶段进行系统性的疏散路径的优化；其次从疏散路径优化考虑的因素上，应结合应急状态下的不确定性特点，考虑多方面的影响因素的基础之上，着重抓住关键的影响因素对疏散路径的优化进行综合性的分析。②对于被疏散人群的行为特性与心理活动的研究不够深入在实际的应急交通疏散中，应急疏散效率与疏散路网的整体运行效率以及合理有效的利用紧密相关，这就要求在现实的疏散中充分考虑被疏散者在应急状态下的心理与行为特征。由于交通环境的复杂性，被疏散者的路径选择决策很到程度上受到其心理因素的影响，属于风险下的出行决策问题。当前关于路径选择决策方面的研究一般都假定决策者为“完全理性人”，而且仅从疏散时间与疏散距离最短来进行疏散路径的选择，对个体的行为分析不够系统，没有结合社会学、心理学以及行为科学等交叉学科对被疏散者在各种灾害中的行为决策进行更为全面的分析，考虑个体行为决策特征的应急交通疏散路径选择模型较少，无法体现疏散过程中的疏散路径实时优化。③动态化的研究过于局限突发事件的应急疏散中的多种原因导致了应急交通疏散动态研究的必要性。首先由于事件发生地点与扩散方式不一样，事件的威胁可能会随着时间变化而发生迁移，比如爆炸、化学物品泄露等灾难；同时而突发事件的产生机理不同，其相应的波及范围、人员也不尽相同，交通方式和路径选择也要做出相应的调整。现有的动态化研究大多局限于动态更新疏散路网中的车辆数与车辆行为特征，很少有考虑灾害移动方向、危险区范围随着时间推移而扩大，从而对应急疏散造成动态性影响。依据灾害的扩散路径以及扩散方式等来动态的研究应急交通疏散问题将更为合理。④针对性研究的适用性有待加强目前，应急交通疏散的模型与仿真往往都是将不同状况的应急状态归于一个通用的疏散模型来解决疏散问题，部分有针对性的疏散模型仅在特定情况与环境下才能适用。因此建立的模型往往假设存在不合理的地方，局限了其使用，研究应该是将具有相同或类似性质的一类突发事件的应急交通疏散统一到一起进行，抽象出该类突发事件独有的影响因素，进一步建立有针对性、有效的应急交通疏11 重庆交通大学硕士毕业论文散相关的模型与仿真，从而制定出科学有效的应急交通疏散预案。1.4研究内容与技术路线1.4.1研究内容应急疏散中关于突发事件的研究主要两个方面：应急救援与应急交通疏散。本文研究的是城市应急交通疏散中的路径优化方法，不包括应急救援的相关问题。同时城市突发事件中，与其他突发事件相比，不可预警的突发事件具有更为严重危害和影响所都有可能演化为不可预警突发事件的发生地，例如2014年在昆明火车站发生的暴力恐怖袭击事件，造成31人死亡，141人受伤；其次，事件发生时空及其严重程度无法预知，毫无征兆下的不可预警突发事件带来的影响与危害往往难以估计。所以本文将以不可预警突发事件下城市应急疏散路径选择、优化问题作为研究对象进行分析。从制定应急交通疏散预案角度的出发，考虑交通环境多种因素的作用，在考虑被疏散者行为决策特征的前提下，系统性分析应急交通疏散路径优化问题。论文主要内容有以下几个部分：①应急交通疏散特性分析及管理策略研究该部分对应急交通疏散路径优化中的重要影响因素分别进行了总结分析。首先对突发事件的影响区的划分进行了分析，总结了避难场所选择的依据及原则；接着深入分析了突发事件下被疏散者的心理与行为特征、应急疏散交通流特征以及应急交通疏散的管理策略等。通过对这些重要因素的分析，为下一步进行疏散路径的优化提供理论依据与基础。②应急交通预案中的疏散路径优化应急交通预案中的疏散路径优化包括路径选择优化与路径指派优化两方面内容。首先对于对疏散路径的选择优化，充分考虑疏散道路的环境（等级、线型特征等）、路网结构、道路交通基础设施以及可靠性等多方面因素，建立了疏散路径的优化选择模型；并在模型的基础上，运用C语言编程编写了疏散路径的选择实现程序，实现了可视化的路径选择操作。接着，综合考虑道路的通行能力、交叉口处的延误、智能交通设施设置的情况以及行程时间的可靠性对应急疏散的影响，建立了应急状态下的基于可靠性的应急交通分配方法，并提出模型的一般求解算法；最后通过案例进行分析，验证模型的可行性、有效性。③疏散过程中基于诱导信息的路径优化现实生活中，突发事件发生后，尤其是不可预警的突发事件，符合管理者期望的统一强制性路径指派很难实现，因此该部分从被疏散者的路径选择角度对疏12 第一章绪论散过程中的路径优化进行分析。首先，基于被疏散者的路径选择特征，建立了应急状态下的被疏散者路径选择模型；接着总结分析了不同交通诱导信息的作用机理与作用效果，并从优化被疏散者路径选择的角度，提出基于交通诱导信息的疏散路径优化方法，从而提高疏散路网的整体效率与有效利用，实现疏散过程中疏散路径的优化；最后根据建立的路径选择模型对该方法的有效性进行验证，并得出结论，用于指导实际疏散过程中的路径优化。1.4.2研究技术路线分析影响应急状态下的交通疏散路径的因素，然后再结合其特点，对各个阶段的疏散路径给出不同的优化方法。在紧急事情发生前，优化突发应急事件的疏散路径，对影响疏散时间这个因素进行全面考虑，从而在做疏散工作时候，可以把可靠的疏散时间控制到最短，建立出相应的应急疏散模型，包括路径选择模型和指派优化模型。对突发事件发生后的疏散路径优化，以前景理论为基础，参考不确定背景下的风险决策行为研究现状，构建被疏散者在不确定风险下的路径选择决策模型，基于对交通诱导信息的深入分析，提出疏散中的路径优化方法。本论文主要通过以下几个部分进行研究，技术路线具体如下图：13 重庆交通大学硕士毕业论文图1.6技术路线图14 第二章路径优化方法概述第二章路径优化方法概述2.1路径优化的基本问题与方法2.1.1路径优化的基本问题道路交通路径优化属于车辆优化调度的问题，也就是通过对已经出行或者将要出行的车辆进行适当的交通组织，在满足特定的约束条件下（例如路程最短、费用最小等），保障车辆在路网中的畅通、有序，使得道路的运行效率最高。一般来说，求解复杂的道路交通路径优化问题都是将其转化或分解为多个已有相关研究的基本优化问题，进而采用较为成熟的优化理论、方法分析得到满足条件的优化解。常见的基本路径优化问题包括：TSP（旅行商问题）、物流配送车辆路径指派问题等。常见的最优化问题有：最大流与最小费用流问题、最短路问题等。常用的最优化基本方法包括：线型规划法、多目标规划法、动态规划法、遗传算法等。2.1.2路径优化的基本方法路径优化的实质是路网中最短路径的优化问题，借鉴的是最优化问题的解决思路。因此路径优化的基本方法步骤主要分为以下几步进行：①抽象化实际路网，借用图论相关理论来表线路网；②根据约束条件与优化目标，对“路网”结构进行合理的的优化，摒弃一些路段，提高搜索效率，简化计算过程；③结合对应的优化目标与约束条件，标定交通阻抗为最短路径的搜索打下基础。常用的交通阻抗有静态与动态之分，一般通过道路的出行时间、出行的距离、质量以及出行的费用等方法来确定；④用最优化算法搜索最短路路径；⑤将计算得出的最短路径还原到真实路网中。2.2常用的路径优化算法伴随计算机、通信等硬件设备技术的发展，路径优化方法也在不断的更新。路径优化的实现需要通过对路径优化的算法来实现。常用的路径优化算法包括静态的路径优化与动态的路径优化两种类型，它们提供可靠的依据进行最优路径的选择。15 重庆交通大学硕士毕业论文2.2.1经典静态路径优化算法①双标号法双标号法（Dijkstra算法）是由特拉斯在1959年提出的，它是目前普遍认可为较简便、有效的最短路算法。其基本思想是根据节点距离起始点距离递增顺序产生最短距离的路径，搜索最短路的过程是将临时标号点转换为永久标号点的过程。该方法需要求保证网络中所有弧的权值W≥0。ij双标号法的求解过程一般有以下几个步骤：1）网络的初始化，将网络中每一个节点的权重都标号成∞（无穷大），以v表i示不同的节点；同时并对起点赋权值为0，并标号为Pv()。i2）搜寻路网中与节点v所有直接连接的节点v，若满足Tv()>+PvW()ijjiij（其中W表示有向弧()ij,的权值，Tv()表示节点j的权值），则将节点j的ijj权值更替为PvW()+；iij3）搜索网络中所有权重最小的节点，并令其作为当前判断节点；4）重复步骤②、③中的过程，当权重最小节点为目标节点时停止；5）进行反向追踪，获得最短路径。这种标号算法过程简明，能获得最优解；但是这种算法求得的最短路并不是适合实际意义的最短路，往往会受到实际的路网拓扑结构、路网自身的特点等因素的限制，同时算法效率不高，运算占用空间较大。②插点法插点法（Floyd算法）是由弗洛伊德在1962年提出，是一种经典的动态规划算法。其核心的思想是借助图中的权矩阵直接求得图中任意两个节点之间的最短路。该算法求解包括以下几个步骤：1）判断路径(vvv,,)存在与否，若存在，则比较W与W大小，其中数值小ij1ijij1的即表示节点v至节点v中间顶点编号小于等于1的最短路。ij2）插入节点v，判断路径(vv,,K)与(vv,,K)是否是当前搜索到的中间顶2122j点号码小于等于1的最短路；若是，则路径(vvv,,,,KK)就可能是节点v至节点12jiv中间顶点编号小于等于2的最短路。j3）同样的道理，插入节点v在网络中搜索继续，通过n次插入后的比较，求316 第二章路径优化方法概述得最短路径。插点法避免了Dijkstra算法中必须一次变换计算起点的问题，稠密图效果较好，边的权值可正可负，容易理解，且能较容易通过计算机编码实现。但是由于重复的执行算法，计算复杂，不适合针对大规模路网的大量数据的处理。*③A算法*A（启发式搜索）算法是由Hart、Nilsson、Raphael等人首先提出的一种启发[19]式的算法。这种算法适用于有一定约束条件下的问题求解，估计值与实际值越接近，估价函数取值就越合理。计算步骤如下：1）对起点进行标记。2）对比与起点连接的每一个节点的估价函数的大小，标记其中值最小的节点；3）反复步骤2）的计算过程，知道当前节点为目标节点时，停止计算，并对最短路进行记录。*A算法通过对各个搜索位置进行评估得到最好位置，可以大量省略没有意义的搜索，理论上搜索时间是时间较优的；但这种方法是一种类经验的算法，以牺牲路网搜索的完备性要求为代价来提高搜索的效率，正是由于根据使用者的主观意识与经验进行的判断，得出来的结果并不一定是最短的路径。④k最短路算法k最短路算法是最短路问题的衍伸变形，其实根据用户的喜好的道路权值，对路网中的路径进行权值的顺序排列，搜索得到多个起讫点间的备选优化路径，此时得到不仅仅只是最短路，也得到了次最短路，第三或者四最短路等，以最大程度上满足用户对不同路径选择的需求，扩大了其实际的应用意义。这种算法借助的主要是二重扫除算法（double-sweepalgorithm），其算法思想为：从起始节点到顶点j间的第k条最短路为起始点至节点i的第k条最短路的基础之上再加上i至j间的一段弧（其中i和j为邻节点，j为节点i的后节点，最短路的方向为节点i指向节点j）；搜索所有与节点i相邻的弧作为第k条最短路最后一段并进行判断，不管是前向还是后向运算，都要将d取出进行运算，其是作为ij第k条最短路中的最后一段弧被挑选，且在前次运算的向量基础上取出对应的中间点。最后，采用追踪发确定需要的相应路径，记d为起始点至节点i的第m条最mi短路的权重值，则有ddd=+，其中d表示弧(ij,)的权重值，tm≤。mitjijij通过静态路径的优化算法分析可以看出，虽然可求得静态最短路径，却只适17 重庆交通大学硕士毕业论文用于静态交通网络情况。但在实际的应急交通疏散中，路阻是实时发生变化的，这种路阻发变的情况下，以上几种算法的运行结果都是没有办法满足现实的要求。2.2.2动态路径优化算法除了传统的经典路径优化算法以外，也随之出现了更加符合实际条件的动态路径的算法。[20]①改进的Dijkstra算法这种方法首先分析当前节点的行车起点时刻在系统工作时段序列中的次序，通过计算当前节点通过的路段对应的行车时间，从而与其他节点行车时间进行对比，从而确定路径中的下一个节点。这种方法可以同时搜索不同起讫点间的最短路，将车辆到达路段起点的时刻所述时间段在系统工作时段序列中的次序和路段行程时间融入所搜过程，可以用于城市驾驶中的多车多目的地的导航。**②DLite算法、MD算法*[21]*DLite算法与MD*算法都是对D算法的改进。二者都是通过设定静态的最优路径，根据路阻的变化、费用的变化，进行重新搜索与计算。*DLite常用于处理机器人自动化的寻找最优路径的问题。其计算步骤与A*算法类似，开始阶段都需要建立初始最优路径；不同的是，后者的路段费随着时间发生动态的变化，因此对每一个节点的值都进行了更新。由于终点是始终都不会发生变动的，因此这种算法是从末端往前进行搜索计算的，计算中止只需要对发生费用变化的节点权值进行更替。*而MD*算法是在DLite算法基础上进行改进的，算法首先根据出行者选择的*出行起讫点，运用DLite算法获得最优出行路径，即初始最优路径，同时将其发布给出行者；接下来进行节点的移动，判断有没有发生费用函数的变化，以及变化的程度是否超出阀值。若变化在阀值以内，则转到向出行者推荐最优路径，否则需要对发生显著变化的路段费用与原有最优路径之间的关系。这种算法的计算，更为节省算法的运行时间，同时能保证优化结果的质量。③蚁群算法[22]蚁群算法（ACO算法）是一种在图中寻找优化路径的几率型算法。算法模拟蚂蚁的信息交流过程，通过信息素挥发机制与状态的转移策略实现系统信息素的反馈，从而实现快速的全局搜索。在蚁群的最初路径搜索的时间段，不同路径上的初始信息素值是一样的；但是随着蚁群的搜索过程的进行，各条路径上的信息素浓度会发生较大的变化，并产生差异。紧接着蚁群就是通过参考不同路径的18 第二章路径优化方法概述信息素的浓度进行路径的选择性转移的，从而实现随机路径的选择，并获得进入下一个路段的转移概率值。但蚁群算法也存在一些缺陷，例如：大部分时间用于解的构造，搜索时间过长，从其计算的复杂度可以反映出来；算同时算法开始时信息素的作用不明显，[23]算法初期浪费时间较多；执行算法过程中容易产生停滞的现象等，即到达一定程度的搜索之后，所有个体的获得的解趋于一致是，无法进一步对空间进行搜索，更优的解无法获得。当然动态路径优化算法除了以上介绍的几种以外，还有运用遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等其它智能型的动态路径算法。但目前这些算法仍处于摸索研究、不断完善的阶段，算法的效率与稳定性在实际的操作中较难得到保障，对于实际情况中的应急交通疏散路径优化的应用效果有限。2.3应急交通疏散中的路径优化问题通过对一般条件下的路径优化问题的总结分析可以看出，应急交通疏散中的路径优化问题不同于一般条件下的路径优化问题。在应急状态下，疏散路径的优化问题不再仅是求解最短路的过程，路径优化方法也不再局限于求解最短路算法的优化。首先应急交通疏散时分阶段的路径优化问题，针对不同的阶段采取的不同的优化方法；其次对于应交通疏散，除了备选路径的选择，应考虑疏散路径的交通组织难易程度，即需要将疏散交通需求分配道路网中；此外应急交通疏散中对于不确定性因素的控制也是疏散路径优化中应考虑的重要影响因素之一。如下表所示为一般路径优化问题与应急交通疏散中的路径优化问题的对比。表2.1一般条件下路径优化与应急状态下的疏散路径优化问题的对比分析共同点异同点1、疏散路径优化需结合应急交通疏散组织策略等考虑路径选择优化后的交通量1、都是满足特定约束条件下的车辆交通组一般条件下的路径分配问题；织问题；优化与应急状态下2、对不确定性因素（包括道路条件、时2、路径优化的过程都是将复杂的路径优化的疏散路径优化异间条件、心理条件等）的控制作为疏散路问题转化为已有相关基本优化研究问题；同点对比分析径优化的重要影响因素；3、路径优化的最终目的都是保障车辆运行3、疏散路径优化是一种分阶段的路径优的畅通有序，提高路网的运行效率。化问题；疏散路径优化方法不局限于最短路的优化算法，形式多样化。综上所述，在实际的应急交通疏散的路径优化中，除了考虑疏散时间最短作19 重庆交通大学硕士毕业论文为路径优化的重要约束条件，需要针对不同阶段的应急交通疏散的路径优化进行系统性的考虑，更重要的是需考虑控制疏散过程中的不确定性因素，提高疏散时间、疏散路径的可靠性，保障应急交通疏散的整体疏散效率。因此在应急交通疏散中的路径优化问题中应着重注意以下几个因素：①系统性的路径优化：与传统路径优化更偏重与最短路的搜索不同，应急交通疏散的路径优化应该将道路的质量（包括道路线型、横纵坡、道路断面等参数）、路网承载力、道路通行能力等因素考虑到疏散路径的选择当中。由于应急交通疏散的过程包括疏散前的疏散预案制定阶段与疏散阶段，散路径的优化应该是分阶段进行考虑；同时疏散路径的优化应尽量保证系统路网的均衡，充分平衡路网中的负载，避免由于交通需求过于集中而产生交通拥堵，提高疏散路径的可靠性。在应急状态下的路径优化问题更倾向于强制性的疏散路径的选择与路径指派的优化。②与疏散策略相匹配：在应急交通疏散中，疏散策略是应急交通疏散预案中的指导性部分，对于应急交通疏散的最终效果起着至关重要作用。不同类型、严重程度以及影响范围的突发事件应急交通疏散的策略都不同，因此应急交通疏散路径的选择与优化必须结合疏散策略的特点来进行。这样才能保证既有的基础交通设施的得到合理、有力的利用，减少疏散对路网运行的影响，提高其利用效率，同时也可以保证待疏散车辆最短时间内的撤离。③被疏散者的心理与行为决策的影响：在实际疏散撤离中，很难实现强制性的统一安排疏散，加上外界环境的作用因素以及被疏散者的年龄、性别、社会地位存在差异等原因，不同的疏散者会根据自身的不同的出行要求、出行偏好以及掌握的交通信息与经验来决定自己的疏散路径。在应急状态下被疏散者的路径选择行为很大程度上会对整个疏散路网系统造成不利的影响，同时这种由于在应急状态下被疏散者产生的各种不适应心理也会造成其路径选择的不同。因此应急交通疏散中的路径优化问题需要将这种情况考虑到疏散路径的优化中。2.4本章小结本章首先分析了一般情况下的路径优化问题的基本问题与方法，接着从一般路径优化算法的角度分别回顾了具有代表性的静态与动态算法特点以及存在的不足。通过分析应急交通疏散路径的优化目标，将应急交通疏散路径优化与一般路径优化进行对比分析，总结出应急交通疏散中路径优化的特点，最终分别从系统性路径优化、与疏散策略相匹配的路径优化以及考虑被疏散者心理与行为决策特点三个角度提出应急状态下疏散路径优化问题中需要考虑的重要因素及其实质所20 第二章路径优化方法概述在，从而为后文中进行应急交通疏散中的路径优化方法问题研究指明方向。21 重庆交通大学硕士毕业论文第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究根据上一章对应急交通疏散中路径优化问题的分析可知，应急交通疏散中被疏散者的心理与行为特征、疏散策略与疏散方案等都是疏散路径优化中的重要因素。因此本章首先对突发事件的影响区域进行划分，对被疏散者的心理特征进行分析，总结应急交通疏散交通流特征以及应急交通疏散策略、方案，并对现有的应急交通分配模型及其适用性进行分析。3.1突发事件影响区域确定3.1.1突发事件的影响区划分突发事件的影响区域的确定需要根据突发事件的类型、危险级别以及城市的[24]形态与路网结构等因素进行综合确定。一般来说，可以将突发事件的影响范围划分为直接影响区（强制疏散区）、间接影响区（自愿疏散区）以及安全区域（避难场所），三者共同构成了突发事件的紧急疏散区域。直接影响区由于距离危险源过近，会对区域内人员造成直接伤害，此区域的人员必须以最快速度强制性的撤离；间接影响区又称缓冲区，该区域的危险程度相对降低，区域内部人员根据自身情况以及警告信息选择是否撤离；安全区域一般是指避难场所所在的区域，该区域人员的生命财产安全等基本不会受到威胁。不同类型、级别的突发事件影响区域划分都不同。以大型社会活动下不可预警突发事件的影响区划分为例，例如场馆内部发生恐怖袭击事件等。参考大型社[25][26][27]会活动有关定义，结合不可预警突发事件的特点将其突发事件疏散影响区域划分为：①危险区（强制疏散区）；②疏散相对自由区（突发事件或二次突发事件高危区）；③安全区域（避难场所）。如下图所示：22 第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究图3.1大型社会活动突发事件影响区域划分危险区域（强制疏散区）是指大型社会活动举行期间，不可预警突发事件发生时该区域范围内的人员的生命和财产会受到高度直接的威胁范围，该范围内的人员、车辆必须要在最短的时间内离开危险区。对于场馆内部发生的突发事件，危险区往往为场馆内部及其外部广场部分。在应急疏散时，等待疏散的车辆以及用于疏散的车辆停车场应位于该区域内。疏散相对自由区的危害影响程度相对减小，位于相对自由区的被疏散车辆可根据政府及相关应急组织部门发布的信息结合自身情况选择疏散路径。值得注意的是，在某些特殊类型突发事件灾害（如爆炸或化学物品或毒气泄露等事件）的情况下，也有可能转变成危险区。安全区域是指不会受到任何影响和危险的避难区域，该区域的人员的生命财产均可得到保障。安全区域内部往往设置了避难场所，其是被疏散车辆的疏散终点。一般来说，选取避难场所需要根据突发事件的特征（包括时间、地点、影响范围、事件等级以及周边的道路交通状况等）与避难场所的特点（包括避难场所的地点、安全性、配套设施及容量）来综合确定。在国内的应急预案中，大中小学校、公园广场等占地面积大且开阔的地点，常常是被确定的应急避难场所。23 重庆交通大学硕士毕业论文3.1.2避难场所的选择应急交通的避难场所是指利用城市较为开阔的公园、绿地学校等场地，通过科学合理的规范化建设，在突发事件发生时能为疏散人群提供安全且能满足基本生活保障的场地。避难场所的选择应该根据突发事件的类别、影响区域、周边路网结构等进行综合确定。在选择避难场所时应该尽量遵从以下几个原则：①安全性原则：避难点必须位于安全区域，而且场所内部应配备一定的人员进行秩序的维持；②易达性原则：为保证被疏散者能最短时间内到达指定的避难点，避难点周边路网应该四通八达，应以次干道以上道路且为单向两车道或以上的城市道路为主以便将社会车辆隔离；③设施设备完备原则：避难点内部应该配备有完善的设施设备，保障内部人员的基本生活需求，同时应具备完善的信息应急指示系统；④容量限制原则：避难点的选取应该满足应急交通疏散需求，确保足够接受所有被疏散人群，[28]一般以被疏散人群的1.2-1.5倍为宜，避难场所的容量可以根据文献中提供的计算方法计算得到；⑤以人为本的原则：避难点要保证一定的卫生条件，具备一定的服务水平，同时针对不同的季节有相应的人性化措施，如冬季取暖等措施。3.2被疏散者心理与行为特征分析3.2.1影响心理、行为的因素在应急交通疏散中，不同的心理与行为的发生源于主体本身以及外界的环境影响。首先，主体因素是指被疏散这本身在疏散时由于自身个体的身体、心理素质的不同而造成的行为反应上的截然不同。生理与心理的反映直接影响人的疏散行为决策。①生理因素：一般包括视觉因素，听觉因素，嗅觉因素以及肤觉因素。例如突发事故现场由于强光刺激产生的被疏散这无法分辨方向、放缓步伐，甚至是不知所措的行为。②心理因素：心理素质的好坏影响着被疏散者的决策。如经受过良好应急疏散训练的被疏散这相较于没有接受过类似训练的人，对于突发事件的发生更容易保持冷静，从而做出理智有效的决策。相反，心理素质较差的人应急经验缺乏，盲目的从众与恐慌，甚至会做出较为反常的行为，不遵循现场的应急疏散指导，严重影响应急疏散。其次，另一个重要的影响因素是外界的环境的影响，在突发事件发生后，任24 第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究何一个外界因素都有可能改变被疏散者的生理感受，从而致使其行为决策的改变。如外界的粉尘四散、火焰等都会是被疏散这生理上产生不适，从听觉、视觉、嗅觉等方面影响被疏散的行为。总之，导致被疏散者的心理、行为决策的因素较为复杂，只有外在环境、生理与心理三者相互作用时，才会产生相应的行为决策。3.2.2被疏散者心理与行为特征分析在应急交通疏散中，被疏散者的行为是动机的结果。突发事件发生后，大部分人会受到外界刺激并产生惊恐心理，与此同时会产生想尽快逃离这样的刺激性场地的行为动机，这是一种逃生的行为动机。如下图所示，为突发事件状态下人的逃生动机产生过程。图3.2不可预警突发事件被疏散者行为反应示意图根据本文对应急交通疏散的分类，分为可预警应急交通疏散与不可预警的应急交通疏散。在这两种突发事件的应急疏散下，被疏散者具有以下心理特点：①对于可预警的突发事件：这种突发事件的危害程度、影响范围、变化的趋势甚至是发生的时间都可以在发生前通过有关部门的预测得知。因此这一类事件发生前往往有较为充足的时间进行应急疏散预案的公布。在这种情况下，被疏散者会事先了解事件的基本情况以及疏散预案等基本消息，更重要的是在疏散期间，突发事件暂时不会发生，被疏散者不会受到由于突发事件产生的不适应的外界刺激，其心理状态基本处于正常的范围，不会产生较大的波动。②对于不可预警的突发事件：由于不可预警突发事件发生的不可预见性，给被疏散者带来的是瞬间的外界刺激感受甚至是人身的伤害。根据以往针对这种情况下应急疏散中心理、行为的研究结果，总结出在不可预警的应急状态下，被疏散者主要有以下几种心理行为反应：恐慌：突发事件发生后，被疏散者不管是在已知灾害的情况下还是未知的恐惧中都会伴随着恐慌。人在恐慌时，心率会增快，呼吸急促，甚至呈现出非常行为的状态。如果没有很好地心理素质或者没有遇到过类似的情景，很容易导致过激行为决策的产生，影响应急疏散效率。行为趋同：在恐慌的状态下，一般人往往会丧失正确的判断能力。加上由于25 重庆交通大学硕士毕业论文处于群体之中，人们不愿理落单，会潜意识的观察周边环境，然后下意识的跟随大众。紧迫感：相关研究发现，紧迫感的严重程度取决于三种因素：后果判断、时间限制以及疏散的群体规模。这些都会对疏散这的行为造成影响。后果越严重，[28]时间越紧急，疏散规模越大，紧迫感越重。反应延滞：在极度紧张的情况下，会给人带来极大的压力。在这种状态下，人们的反应会相较于平时会有反应迟钝的现象，甚至会使人来不及反应或者完全没有方向感，即使危险迫在眉睫，仍会愣在原地延滞，这是极为危险的。心理学研究中，行为反应是心理活动的具体表现，心理活动主要由大脑的反射活动进行调节变化的，这一系列的活动过程可以用以下这个流程表示：客观环境的刺激→感觉器官→感觉神经→中枢神经→运动神经→效应器官→作出反应。[29]研究表明恐慌、焦虑等不适应的心理与行为特征也会出现一种发生→降低的变化过程：1）焦虑不安的阶段，当突发事件发生后使得个体受到外界一定的刺激，同时感觉到难以把握时，心理平衡状态就会被打破，内心开始积蓄紧张的情绪，甚至会出现不适应的思维或举动的紊乱，并完全打破心理平衡；2）趋于平静阶段，每个人都具备让自身内心保持一定平衡的能力，从而使自身与环境达到平衡与协调。这种情况下，人们会用一定的行动与方法来来控制自身不稳定的心理状态，设法减少焦虑与恐慌等不利情绪，并让自身受到损伤的认知恢复；3）解决问题阶段，这个阶段个人将直指压力危机的来源，并通过努力来消除它的不良影响。随着我国应急交通保障体系的越发完善，越来越多人在日常生活中会经历到一定的应急保障相关知识培训，各省市也相应的颁布了应急预案，对于个别的大型社会活动也会提前制定应急预案并通过制作宣传手册或者其他提前告知的方法让参与者一定程度上的了接应急预案。因此，综合考虑在应急交通疏散的过程中的被疏散者不能属于“完全不理性”的人群。“有限理性理论”（boundedrationality）的出现为解释这种情况下的心理行为的解释打开了方向。有限理性造成的原因包括：一是环境的复杂性，人们面临的不确定的世界，获得的信息也是不完全的；二是人对于事物的计算能力是有限的。鉴于被疏散者在疏散过程中心理变化的特征是趋于稳定的趋势，同时对应急疏散预案有一定的认知。本文定义应急交通疏散中的被疏散者既不属于“理性决策者”也不属于“不理性的决策者”，而属于“有限理性”的出行者。26 第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究3.3应急交通疏散中的交通流特征突发事件状态下的交通流与常态下的交通流也有较大的差异，可预警的突发事件的交通流特征基本是确定的：即被疏散对象确定即疏散交通需求是确定的；疏散策略与选取疏散路径基本上满足单位时间内的交通需求，疏散路网承载力基本满足；相关管理部门通过各种途径发布避难场所、应急交通疏散路径及疏散中的路况信息等，被疏散者根据自身情况自己选择疏散路径。但本文研究的不可预警的突发事件，其突发性、偶然性以及高危害性往往使[15]得其交通疏散更为严峻。不可预警突发事件交通流一般具有以下几个特征：①短时间内产生较大的交通需求不可预警突发事件往往都具有很大的危害（如恐怖袭击、火灾等）。突发事件发生后，短时间内产生大量的疏散需求。这种情况下的应急交通疏散，由于大量待疏散人员处于危险环境之中或者即将面临危险，在最短时间或最佳时间内将被疏散者疏散到安全区域显得更为重要。②疏散车流一直会处在跟车状态，几乎很难超车因为短时间产生的大量交通需求，疏散路径上的车流往往处于饱和流或者过饱和状态。驾驶员受于前车的影响，难以找到可接受间隙进行超车。③驾驶员反应变慢，产生急躁心理根据应急交通疏散状态下人们的心理、行为的分析结果。突发事件发生后，处于危险区域的被疏散者处于没有心理准备的情况下，加上生命、财产受到时刻的威胁，十分容易产生恐慌与急躁心理，同时驾驶的反应判断能力也会受损。④疏散起讫点之间具有较为固定的疏散路径固定的疏散路径有利于交通管理部门科学合理的组织交通。同时通过固定的疏散路径，合理的配置疏散路网上的车流，避免了短时交通压力空间上的聚集，减少了拥堵的可能性。⑤路径的畅通性与可靠性要求更强在不可预警的突发事件下，由于潜在风险的存在，对疏散路径的畅通与可靠性有更严格的要求，只有疏散路径的畅通和可靠才能保障被疏散这及时的撤出危险区域，减少危险引起的严重危害，使损失降到最低。3.4应急交通疏散管理策略与方案研究在应急交通疏散中，应急疏散管理策略是应急疏散方案制定的指导思想，通过对事件的发生地点、影响区域、疏散区域、疏散方式、安全避难区域等基本信息进行确定后，基于应急交通疏散需求制定交通疏散预案，选择合理的应急交通27 重庆交通大学硕士毕业论文疏散路径，实施应急交通组织措施，最终将疏散车辆合理的分配到路网中，让被疏散者尽快的撤离至安全区域。3.4.1应急交通疏散管理策略研究结合不可预警突发事件下交通特性，一般来说应急疏散管理策略可以分为四个层次：系统应急交通疏散策略，面域应急交通疏散策略，线域应急交通疏散策略，节点应急交通疏散策略。①系统应急交通疏散策略系统的疏散策略需要考虑全局，从主要矛盾与利益出发，系统分析相关影响因素，科学合理的分析研究疏散人员关系、应急救援疏散车辆的供需问题、疏散路径选择、疏散交通流和城市背景交通流的关系以及相关部门之间的协调合作等。②面域应急交通疏散策略面域应急交通疏散从区域交通的组织出发，将应急疏散区域进行合理划分得到突发事件的影响区域，从而实施相应的区域疏散车辆的优先管理的交通管理措施。如针对应急疏散危险区车辆只出不进（救援以及特殊车辆除外），对区域车流进行系统组织，强制进行分流与疏散。③线域应急交通疏散策略对疏散的主要路段实施对应的应急疏散的交通管理，一般来说可以通过限制部分车辆的通行（如疏散通道禁止社会车辆混入），或者在主要的疏散通道实施信号优先、绿波带控制、反向车流控制等，路段的应急交通组织措施的实施，提升了疏散道路通行能力，保证了被疏散者的尽快疏散。④节点应急交通疏散策略道路节点往往是路网中容易产生拥堵的地方，尤其是在不可预警的突发事件下的应急交通疏散下，短时间产生大量的交通需求，各个不同方向的车辆在节点处汇合，很有可能远远超过节点的服务能力而产生拥堵，因此节点的应急交通疏散策略主要是针对交叉口通行能力有限的问题进行分析与改善，一般来说主要的措施包括临时性的禁行措施、临时的应急渠化管理、交叉口的信号优化等。3.4.2应急交通交通分配模型分析交通流分配是指通过预测得到的OD之间的分布的交通量，根据描述的路网特性，按照一定的符合实际情况的规则将交通流量分配到各条道路上去。一般来说，交通分配的实质是一个驾驶员或者公交驾驶员的路径选择模型。对于应急交通分配模型，国外相关学者已经开展了较为深入的研究，其研究28 第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究经历了由静态分配模型研究到动态分配模型的转变，相应的应急仿真也由宏观转[30]到微观。例如FangyuanandLeeD.Han采用微观仿真软件Vissim对田纳西州核电站进行了模拟的应急交通疏散，阐述了疏散仿真中是如何建立疏散模型、仿真数据的准备工作及仿真结果等。[12]国内在该领域的研究相对较少。其中香港大学卢兆明等基于疏散时间最短为优化目标，提出了基于时变动态流的疏散网络模型，实现了对疏散路径、疏散避难场所以及疏散开始时刻三者的同时优化，以建立的优化模型为基础，运用地[31]理信息系统软件（GIS）初步建立了适用于大规模疏散的系统。熊志华等结合道路的行程可靠性指标，构建了基于道路可靠性的动态交通分配模型；研究中首先定义了动态交通分配的流程，在中观层面模拟建立了时变状态下疏散车辆集合的路径选择模型，获得了疏散交通需求在路网中的时间、空间分布情况；同时结合交通分配均衡原理（Wardorp），建立了基于道路可靠性质量的动态交通分配模型，使其达到DUO（动态用户最优）的状态，最终通过对模拟情况下结果的分析验证了疏散中行驶路径动态变化情况。综上所述，将动态交通分配运用到车流的疏散模型中是研究的热点，并在相关的突发事件的疏散中得到了较好的证明，与静态疏散模型相比大大提高了疏散效率。但是在现实突发事件的疏散中，动态的疏散模型实现仍然存在一些问题。①对于大规模的突发事件下的应急交通疏散，由于路网规模大，需要的储存与计算空间会相当庞大，导致最终的计算时间太长。同时，合理确定疏散路段交通流的传播情况、计算动态行程时间、构建简单高效的动态交通分配模型以及实用快速的求解计算方法都是动态疏散模型中亟待解决的问题。由于道路信息采集数据、发布、通信等系统的不完善，无法为模型的实时修正提供足够有效的数据。②动态交通分配的前提是，所有被疏散者选择路径是依据所预知的最短实际路线行程时间，而在严重的不可预警的突发事件下，被疏散者往往已经被告知确定的疏散路径。③在应急疏散过程中，由于驾驶员的恐慌与急躁的心理，疏散过程中的不确定性加剧了新的次突发事件产生的可能性。虽然静态的交通分配模型假定在一定时间内的交通需求是常值或者某一种弹性的需求，交通流的分布是不会改变的。但在不可预警的突发事件的应急交通疏散中，静态的交通分配能将被疏散车辆均衡的分配道路网上，避免了路网节点的局部拥堵与次生突发事件，结果可直接用在应急预案的制定过程中，更重要的是有利于突发事件现场的交通管制的实施。29 重庆交通大学硕士毕业论文3.4.3应急交通疏散需求的确定[32]应急交通疏散的需求确定一般包括三个步骤：①确定疏散区域；②估算疏散区域内人数；③估算疏散车辆数。根据针对大型社会活动的突发事件的影响区域的划分，疏散区域为危险区（强制疏散区）内的所有人员。疏散区内部人口规模一般可以分为常驻人口、暂住的人口以及特殊设施中的[33]人口。常驻人口指长期位于区域内部的居民；暂住人口是指突发事件发生时位于该区域，但并不是居住在区域内；特殊设施的人口包括学校、体育场馆、购物中心等，不同的特殊设施应区分其产生的交通需求。用于疏散的车辆数决定了最终道路系统的需求，因此需要将被疏散人员数转换为疏散车辆数。考虑到我国汽车工业的发展情况，以及不可预警突发事件的特殊性，本文中假设疏散车辆主要以已经位于危险区内小汽车为主，公交车（或大巴）为辅。每辆小汽车平均载4人/辆，公交车平均载客（根据一般公交车额定载客量确定）定为90人/辆。为方便研究，将需要被疏散的车辆换算成标准车需求量进行分析，计算公式如下：SQ=×+××[Pa/4Pb2/90]式（3.1）式中SQ表示疏散标准车辆数（pcu）；P表示疏散总人数（人）；ab,分别表示小汽车与公交车（大巴）疏散中所占的比例；[]表示计算结果有小数，则取整数加1；3.4.4应急交通疏散预案等级划分针对不同危害程度、不同类型的突发事件应急交通疏散方案应该有所不同，有针对性的制定应急交通疏散方案不仅能减小突发事件带来的危害，也能节约社会资源。基于我国将突发事件的分级，针对不可预警突发事件，结合应急交通疏散策略与突发事件的影响区域划分，将疏散方案分为四个等级：一级（特别重大突发事件的应急交通疏散）、二级（严重突发事件的应急交通疏散）、三级（较为严重突发事件的应急交通疏散）、四级（一般情况突发事件的应急交通疏散）。①特别重大突发事件的应急交通疏散（一级）发生特重大突发事件时，尤其是不可预警突发事件，整个城市都将处于应急警备状态，城市路网将作为应急疏散路网。疏散方案应该根据疏散需求、道路网30 第三章应急交通疏散特性分析及管理策略研究结构以及避难点的位置等综合制定。此时，被疏散车辆独享疏散道路，疏散道路仅供疏散车辆使用，禁止社会车辆混入，疏散方向的交叉口等节点处采用全优先控制或单向绿灯控制。②严重突发事件的应急交通疏散（二级）该等级下的应急交通疏散利用影响区域内部所有道路作为疏散道路。制定分区分阶段的疏散策略，充分考虑疏散需求、路网结构、避难点位置及容量等制定疏散方案。危险区内车辆只进不出。疏散区域疏散道路只能用于疏散车辆行驶，社会车辆不允许汇入。疏散路网中交叉口部分采取单向绿控，部分采取信号优先。③较为严重突发事件的应急交通疏散（三级）该等级下的突发事件影响范围内，危险区道路限行，禁止外围车辆驶入；疏散区的部分车道作为疏散道路，并隔离社会车辆。疏散路网中部分交叉口对于疏散方向的车流实施全绿灯控制或者信号优先。④一般情况突发事件的应急交通疏散（四级）一般突发事件的应急疏散影响区域与影响区域以外的部分道路或部分车道作为人员、车辆的疏散通道，并隔离社会车辆；关键交叉口处信号对疏散方向车流实施优先控制。3.5本章小结本章对应急交通疏散的特性以及相关的管理策略、方案进行了总结分析。首先阐述了突发事件影响区域一般划分情况，并以大型社会活动不可预警突发事件为例详细分析了其影响区域的划分情况。接着分别对突发事件下的被疏散者的心理与行为特征、交通流特征、交通管理策略与方案进行研究与探讨，为接下来分析应急交通疏散中的路径优化做好理论基础与支撑。31 重庆交通大学硕士毕业论文第四章应急交通预案中疏散路径的优化为保证突发事件发生后能尽快的开展疏散工作，必须提前制定科学有效的应急交通疏散预案。在应急交通疏散预案中，疏散路径对于提高疏散效率、保障疏散时间起着关键性的作用。应急交通疏散预案中的疏散路径是为决策者在突发事件发生后做出快速响应以及进行交通组织与管理的依据。在实际疏散中，管理者希望被疏散者按照预案中的疏散路径进行有效、快速的疏散。因此疏散预案中的疏散路径优化就是应急疏散路径的选择与指派的优化。4.1应急交通疏散路径选择优化4.1.1疏散路径的选择原则应急交通疏散路径的选择关系到大量人员的生命财产安全问题，疏散路径的选择必须保证被疏散人员能快速离开危险区域并在疏散相对自由区保持疏散畅通。因此对于应急交通疏散路径的选择应遵循以下原则：①被疏散者行驶路径的可靠性原则疏散区域内车辆只有通过可靠性高、安全性好的疏散路径的进行疏散才使得应急交通疏散具有意义。②疏散时间尽可能短的原则被疏散车辆需要在尽可能短的时间内完成疏散活动，疏散时间影响是选择疏散路径的重要因素之一。③选择综合状态良好的道路综合考虑道路的道路等级、道路背景交通量、路面情况、交通设施、交通智能化水平等因素，选择综合指标较好的道路作为疏散路径。④尽量避免社会车辆的运行对疏散造成不利影响尽可能的减小社会车辆对应急交通疏散的影响。尤其是危险区域，应保证车辆只出不进（救援车辆及特殊车辆除外），社会车辆禁止驶入危险区域，所有疏散车辆统一安排疏散。同时疏散区域应尽量避免外部区域车辆的进入，在疏散区域外围应对社会车辆进行分流。4.1.2疏散路径的初步选择不可预警突发事件发生后，危险区待疏散车辆需要通过可靠的疏散路径尽快疏散至安全区域。由于城市中不同的道路具有异质性，需要综合考虑道路环境、32 第四章应急交通预案中疏散路径的优化交通基础设施配置、交叉口渠化等因素对制定预案阶段的应急交通疏散路径进行选择的优化。①道路环境应急交通疏散的道路交通环境包括道路等级与道路条件两个方面。首先由于不同的道路等级具有不同的设计速度、基本通行能力以及设计通行能力。对于城市道路，道路等级分为城市快速路、主干路、次干路、支路，表4.1所示为《城市[34]道路工程设计规范》中确定的城市道路等级及其基本特征。在应急交通疏散中应尽量选取等级相对来说比较高的道路，疏散路径应主要以快速路、主干路以及次干路为主。其次应选择道路路面条件良好，道路几何线型特征（包括道路横断面布置设计、平纵线型以及视距条件等）舒适、安全、技术指标较好的路径。表4.1城市道路设计速度及路段一条车道的通行能力表道路等级快速路主干路次干路支路设计速度1008060605040504030403020（km/h）基本通行能220021001800180017001650170016501600165016001400力（pcu/h）设计通行能200017501400140013501300135013001300130013001100力（pcu/h）②交叉口的密集程度一般在城市交通运行中，交叉口延误占到行驶延误的六成或以上。当选择的交通疏散路径与其他社会道路平面交叉过多时，将大大影响疏散的效率。当然这种情况下可以考虑通过对疏散方向的信号实施优先控制或通过现绿波带等交通管控措施加以缓解。但这种方法对其他社会车辆、行人额出行带来了极大影响，甚至导致社会交通的瘫痪。③出行连接通道出行连接通道是指与主路连接的小路、居住区或机关单位的出入口以及大型商业区停车场出入口等。出行连接通道在主路两侧设置过多时，将大大增加其与主路车流的冲突点，从而影响主要道路的车辆运行，延误疏散时间。因此选择疏散路径时需要考虑出行连接通道的设置与密度。④交通基础设施配置交通标志、标线、指示牌、路侧广播以及电子信息牌等可以有效的发布政府及相关部门的应急疏散策略与信息，并对被疏散人员进行心理安抚；同时微波检33 重庆交通大学硕士毕业论文测器、检测线圈等设施可实时反馈道路路况，有利于决策者实时的优化调整疏散路径。4.1.3疏散网络优化分析不可预警突发事件发生后，疏散路段（路径）的通行容量是不确定的，可以为随机变量或模糊变量。应急状态下，一般只知道路段的变化范围，此时路段容量属于一个区间数变量，无法判断初步选择的疏散路网容量是否能够满足应急状态下的疏散需求。因此需要对初选路网进行优化，使其承载能力满足疏散的需求。疏散路网的承载力是建立在疏散路网的容量的基础上。借用图论的基本概念，每个疏散方向上路网的双向路段可以看成连接路段的两个节点与相反的两条弧，单向通道就是一条单向弧。因此在应急交通疏散中的路网就是节点（交叉口）与[35]弧（路段）均有流量限制的混合网络。有关学者提出的根据专家打分根据节点的情况对路段的容量进行折减，从而使得疏散路网简化成仅有弧容量限制的有向网络。假设疏散路网用DVA=(),表示，V表示疏散路网中节点的集合，A表示弧的集合，疏散路网的承载能力就是通过网络中疏散路段可以承受的最大流。一般城市路网最大流问题表示为：⎧vi(1=)⎪st.(∑∑xij−uij=−=⎨vin)ijA,,∈∈ijA⎪⎩0(i≠1,n)0,≤≤∀∈xuij(,)Aijij式（4.1）式中v代表最大流；x为弧()ij,的流量；iju为弧()ij,的容量；ij[36][37]在应急状态下，疏散道路通行容量为一个区间数[,]uu。当以下限容量ijiju作为弧的实际容量时，求得的网络最大流称为“保守最大流”，记作v；当ijmax.min以上限容量u作为弧的实际容量时，求得的最大流称为“乐观最大流”，记作ijv。max.max[36]当待疏散车量数超过网络的保守最大流时，就会产生某种形式的风险损失。为了保证疏散路网的可靠性、减少损失，应该避免发生弧流量溢出的风险现象。34 第四章应急交通预案中疏散路径的优化因此在预案中疏散路径选择时，应该保证疏散路网的“保守最大流”大于等于交通疏散需求，即vv≤（v为疏散网络中的交通疏散需求，可以通过第三章中应急0max.min0交通需求的计算方法得到），此时网络将不会产生风险代价。从而保证疏散路网满[36][37]足不可预警突发事件下的交通需求。网络最大流的算法与过程可以参考文献。在实际的应急交通疏散预案制定中，路段（弧）的容量下限可以参考合理折减后道路可能（实际）通行能力（考虑到实际的道路情况、交通状态等因素），如[15]下公式所示：CN=C×××××ffff式（4.2）tp0wbdv式中C为实际疏散中修正后的单向车道通行能力；tpC为疏散道路的单车道基本通行能力，可以根据不同道路等级的基本通行能0[34]力规范值确定；N为疏散道路单方向的车道个数，根据选择的疏散路径实际情况确定；f为车道实际宽度与侧向净空对疏散道路通行能力的修正，具体修正值可以w[38]参考公路宽度与侧向净空的修正系数取值；f为疏散中公交车对疏散道路通行能力的修正，可参考城市道路重型车校正b[38]系数取值；f为被疏散驾驶员的总体特征对疏散道路通行能力的修正，经常使用该道路d者可取1，其他非经常使用该道路者取0.75-0.9；f为可能故障车辆对疏散道路通行能力的修正，可参考城市道路停车校正系v[38]数取值；4.1.4应急交通疏散路径选择模型不可预警突发事件发生后，尤其是危害程度严重、影响范围较大的突发事件，待疏散车辆都是分区域沿着多方向多路径撤离至安全区域。预案中会选择一条或多条道路条件相对较好的路径作为疏散路径，被疏散者可以从中进行选择，同时也有利于相关管理部门提前制定警力部署、交通管理设施等交通组织管理措施。在应急状态下，疏散路径的选择不仅要保证疏散车辆行程时间最短，同时也要保证疏散路径的可靠性。出行行程时间的可靠性能较好的体现应急状态下的疏[39]散路网的随机性，是应急交通疏散效率的直接体现。为了使得建立的路径选择模型更合理，本文综合考虑疏散道路的行程时间与行程时间可靠性的影响，借用[40]“行程质量”的概念对疏散行程时间与疏散路径的行程时间可靠性加以均衡，35 重庆交通大学硕士毕业论文以行程质量费用最小的路径作为该方向上的最优疏散路径。（1）疏散路径的行程时间的计算根据疏散路径的选择原则，计算备选疏散路径的行程时间时应该综合考虑道路的通行能力、交叉口延误影响以及交通管理设施设置情况的影响。a）通行能力的影响在疏散预案中确定的不同疏散路径可能有多种组合：串联起来单路径（串联路径车道数可能不相同）、多条路并联起来的路径以及多条路串并联组合形成的路径等多种情况。i串联疏散路径借用美国联邦公路局的路段特性BPR函数，定义当量疏散时间为：单位长度的单车道在流量为q时的疏散行驶时间。可以用以下公式表示：qβtt=+[1α()]式（4.3）1,flc1则在单位长度、n车道的流量为q时，疏散车辆的行驶时间可以表示为：qβtt=+[1α()]式（4.4）nf,ncn式中ldt=；fn,vf,nt为单位长度的n车道自由流车辆的行驶时间；f,nl为单位道路长度；dv为n车道自由流车辆车速，根据道路设计速度确定；f,nc为n车道的通行能力；nα、β为待定系数，可根据实际情况取值，没有相关数据情况下建议α=0.15，[41]β=4；单位长度下的1车道与n车道在相同情况下，自由流与流量为q时的行驶时间差值存在以下关系：ttt−nf,,nfn−β=×n式（4.5）tt−t1,flfl,tfn,令TttTtt=−,=−，=γ（γ为常系数）则有：nnf,11,nfltfl,36 第四章应急交通预案中疏散路径的优化Tn−β=×γn式（4.6）Tl−βTn=××γT式（4.7）nl定义TL()与TL()为n车道和1车道的长度为L的道路上流量为q时的应急nl交通疏散行驶时间与自由流行驶时间的差值，则有：−βTLnl()=××γnTL()式（4.8）式中TLttLnn()=−()f,n，TL11()=−(ttLfl,)；因此对于长度为L的n车道道路，当流量为q时，车辆的疏散行驶时间T（L）为：−βTLTLtL()=+=nf(),1nγ×nTLtL×+()f,n式（4.9）当疏散串联路径由不同车道数路段组成时，疏散行驶时间则为：44TL()==∑∑tLnn⎡⎤⎣⎦TLtLn()+fn,式（4.10）nn==11式中L为n车道疏散路段的长度；nii并联疏散路径当两条或以上道路并联时，疏散路网可以转换为上游、下游为一支，中间有多个分支的路网。如下图所示：图4.1并联疏散路径和示意图路段进行并联时，假设有n个分支，上游与下游交通量根据守恒原则假设为q，各个分支的交通量分别为q、q、Lq，对应的长度分别为L、L、LL，则疏12n12n散路径的行驶时间为各分支的疏散时间进行累加得到。为使疏散时间最短，行程时间最短的疏散路径应是疏散总时间最短的路径，需要进行均衡的疏散交通流分配，使疏散车辆在各个疏散中间支上具有相同的行驶时间。则有：37 重庆交通大学硕士毕业论文⎧⎪qqq=++Lq12n⎨⎪⎩TLTL()()12==LTL()n式（4.11）iii串并联组合的疏散路径类似电路的串并联组合情况，在疏散路径为串并联的组合时，分别将串联、并联路段单独看待，分别计算其疏散时间，最后将各个部分时间累加得出的结果就是组合疏散路径的疏散行驶时间。b）交叉口处延误影响在应急交通疏散中交叉口处产生的延误主要由冲突与交织产生，其导致可能的排队会增加疏散时间。本文将疏散过程中交叉口处延误的影响系数定为1.0，即不考虑其在应急交通疏散中的影响。c）ITS基础设施情况的影响ITS基础设施对于应急交通疏散的组织具有重要意义。一般包括VMS（可变信息板）、流量检测线圈、路边广播等。这些基础设施可以实时的将交通疏散信息、灾情信息等关键信息传播给被疏散者，同时通过ITS基础设施通过收集道路实时运行数据，为决策者优化改善疏散路径提供科学依据。本文通过专家经验打分来确定ITS基础设施的设置情况，具体影响系数表如下所示：表4.2ITS基础设施情况影响系数设置评价等级较好中等较差影响系数值1.01.11.3综上所述，在考虑这三方面的影响因素后，单对起讫点之间行程时间最短疏散路径的疏散行程时间计算公式为：Tk=TL()式（4.12）ii式中T为第i条疏散路径的车辆行程时间；iTL()为仅考虑通行能力影响的第i条疏散路径的车辆疏散时间；ik为ITS基础设施对第i条疏散路径的影响程度系数；（2）疏散路径的行程时间可靠性的计算[42]根据相关文献的研究，疏散过程中的路径行程时间可靠性可以定义为路径疏散行程时间小于某规定值的概率，在疏散过程中应该保证所选疏散路径应该有较高的可靠性。假设疏散路径的行程时间近似的符合正态分布，这种情况下的路[43]段a的行程时间可靠性可以用以下公式表示：38 第四章应急交通预案中疏散路径的优化⎛⎞ϑTET−()0rPTT=()≤=ϑΦ⎜⎟式（4.13）a0⎜⎟σ2⎝⎠式中T表示应急状态下车辆在路段a上实际可能的疏散行驶时间；T表示路段a自由流时的疏散行程时间；0E()T表示路段a出行时间的平均值；2σ表示路段a出行时间的方差值；ϑ表示管理者对现实情况的期望，其至可以根据应急交通疏散的管理要求进行设定（如管理者希望的疏散时间范围），在应急状态下，希望疏散时间越短越好，本文ϑ取值为1.2；r表示路段的行程时间可靠性；a[44]参考相关研究提出的观点，疏散路径的可靠性为组成疏散路径的路段的行程时间可靠性的联乘。如下式所示：Rka=∏r式（4.14）aw∈式中R为疏散路径k的行程时间可靠性；kr表示路段aaw(∈)的疏散行程时间可靠性；a对上式进行取对数处理可得：⎛⎞lnRka=ln⎜⎟∏rr=∑ln()a式（4.15）⎝⎠aw∈a令Wr=−ln，则W越大表示路段a的可靠度越小，所以可以将W理解为被aaaa疏散者在路段a上对应行程时间可靠性的费用。（3）疏散路径行程质量的计算“行程质量”的费用反映的是疏散路径行程时间及其可靠性的综合水平。根[45]据行程质量的定义，行程质量费用的计算公式为：GT=+−ρλρ()1∑Wδ式（4.16）kk00aaka式中G为疏散路径k的行程质量费用；kρρ00()∈[0,1]为比例系数，当ρ0=0时，代表以疏散路径行程时间可靠性为路径的选择准则，当ρ=1时表示以疏散路径的行程时间为路径选择准则，一般来说039 重庆交通大学硕士毕业论文ρ的取值可以通过交通调查基础上得到，或者专家判断等方法确定；0T为疏散路径k的行程时间；kλ表示将疏散路径行程时间可靠性转换为相应的时间费用的一个正比例系数，可以通过交通调查确定；δ表示路径参数，当路段a在路径k上时δ=1，否则δ=0；akakak上述的疏散路径的行程质量费用考虑了道路环境、路网结构、交通基础设施以及行程时间可靠性，得到的单对起讫点之间的行程质量费用最小的疏散路径为该方向上的最优疏散路径，即GG==min(),k1,2,n。zyk4.1.5疏散路径选择模型的编程实现根据上一节建立的应急交通疏散路径选择模型，首先借助C语言编程计算出每条备选疏散路径的行程时间，然后根据公式（4.3）～（4.16）计算得到疏散路径行程质量费用。疏散路径行程时间计算的源程序如下：//ContingencySystem.cpp:定义控制台应用程序的入口点。//#include"stdafx.h"#include
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