多突發事件耦合情況下路網可達性研究

羅勇剛 ，李 杰 ，王 富

（1.武漢市政工程設計研究院有限公司,湖北武漢430023；2.華中科技大學，湖北武漢 430074；3.武漢工業學院，湖北武漢 430070）

1 多突發事件耦合情況下路網特性及路網可達性概念

當多突發事件耦合時，路網的連通可靠性、通行時間可靠性和通行能力可靠性都會明顯降低，路網平均車速會大大降低，道路會顯得非常擁堵。這些都是多突發事件耦合情況下路網的主要特征，此時的路網是非常脆弱的，多突發事件耦合時候，路網對于應急救援、疏散發揮著至關重要的作用，因此有必要對多突發事件耦合情況下路網的可達性進行研究。

路網可達性有多種解釋[1-3]，這里可以從兩個方面來理解：一方面是出發的可達性，即從某一區域到城市其他區域的方便性；二是到達的可達性，即從城市其他各點、各區域到該點、該區域的方便性。前者我們稱為可動性，后者我們稱為易達性。正常情況下前者主要是針對城市各區居民的日常生活、工作出行等，后者主要是針對市中心、商業中心等交通吸引點。在突發事件耦合時，前者主要是針對各突發事件發生地，后者主要是各疏散目的地。

2 主要理論方法及研究步驟

本文的主要研究方法是先將城市分為若干交通小區，然后再根據標號法計算出各交通分區之間的最短路徑，估算最短出行時間，再由分區間最短出行時間和各交通分區間機動車OD量利用Matlab編程計算出各分區的可動性和易達性。在此基礎上可以分析整個區域的可達性[4]。接著考慮某類突發事件單獨發生以及此類突發事件耦合時對城市路網可達性的影響。具體步驟如下。

定義出行時間矩陣和居民出行矩陣。

定義出行時間矩陣為S，Sij表示從分區i到分區j的最短出行時間；令居民出行矩陣為M，則表示從分區i到分區j的出行車輛數。

（1）定義可動性和易達性計算公式。

定義Si為i分區可動性指標，則

Si也可以理解為分區i居民出行的平均最短時間。如果該值越大，說明該分區的居民出行越困難，因此可動性就越差；如果該值越小，說明該分區居民出行越容易，可動性就越好。

定義為Sj分j區的易達性，則

Sj可以理解為城市居民到某分區j（例如購物中心）需要經過的最短時間的加權平均值。該值若越大，說明居民到達越困難，易達性越差；該值若越小，說明居民到達越容易，易達性越好。

（2）定義路網整體可達性。

定義S為城市路網整體可達性。綜合反映城市居民出行的可動性和到達某區域的易達性。公式如下：

（3）獲取路網資料，計算路網正常情況下路網可達性。

通過調查或者參考歷史資料，得到某一路網的OD矩陣數據和路網各小區之間的距離等數據，由此推算出各小區之間的最短出行時間矩陣，在此基礎上利用Matlab編程，利用上述公式計算正常情況下路網可達性。

（4）計算單一突發事件發生時路網可達性。

為了使計算更具有代表性，分別選取路網中OD量最大的兩處，假設兩處分別發生某類突發事件，并估算此類事件對路網出行量及出行時間的影響。在考慮這些影響的情況下分別計算出這兩處發生某類突發事件時路網的可達性。

（5）計算兩個突發事件耦合時路網可達性。

在步驟（5）的基礎上，假設兩處同時發生某類交通事故，用同樣的方法估算事件對路網出行量及出行時間的影響，在此基礎上計算兩個突發事件耦合時路網的可達性。

3 個案研究

本文以經典路網美國南達科他州最大城市蘇福爾斯（Sioux Falls）為例來分析。路網將Sioux Falls簡化為24個交通小區，各小區之間的出行時間、車道數、車道寬度以及OD數據都很完整。由于該經典路網的OD出行矩陣是對稱矩陣，其可動性和易達性計算結果相同。下面就僅以可動性來分析。

首先，利用Matlab編程計算正常情況下各小區的可動性，結果如表1。

利用Matlab計算出正常情況下路網可達性為8.8，即各小區的平均出行時間為8.8 min。

其次，計算單一事件發生后路網的可達性，路網中10小區和16小區交通量最大，分別計算10小區和16小區發生突發事件時路網的可達性。由于不同類型和不同規模的突發事件對路網的影響程度不同，只能具體事件具體分析，假設某小區突發事件發生后，與該小區相連接的路段出行時間加倍。同樣通過編程分別計算出10小區和16小區的可動性，結果如表2、表3所示。

計算出10小區的可達性為10.3,16小區的可動性為9.2。即10小區發生事故后路網的平均出行時間為10.3 min，16小區發生事故后路網的平均出行時間為9.2 min。

最后，計算兩個突發事件耦合時路網的可達性。當10小區和16小區同時發生突發事件時，同樣假設某小區突發事件發生后，與該小區相連接的路段出行時間加倍計算方法與前面相同，計算結果如表4所示。

計算出路網的可達性為11.7，即當10小區和16小區同時發生突發事件時，各小區的平均出行時間為11.7 min。

表1 正常情況下各小區可動性

表2 10小區發生突發事件時各小區可動性

表3 16小區發生突發事件時各小區可動性

表4 10小區和16小區同時發生突發事件時各小區可動性

通過比較多突發事件耦合與單一事件對城市整體可達性影響，可知多突發事件耦合比單一事件發生時對城市路網可達性的影響要大得多。比較分析如表5。

表5 單一事件和多突發事件耦合對路網可達性影響分析

通過表5可以看出，17+4.5=21.5<33，多突發事件耦合時對路網整體可達性的影響會遠大于單一事件對路網可達性影響的簡單加和。

4 結語

本文首先定義路網可達性的計算方法，再利用Matlab編程計算工具，定量地描述了單一事件以及多突發事件耦合時對路網可達性的影響，從量的方面說明了多突發事件耦合比單一事件對路網可達性的影響要嚴重得多。本文在計算過程中對路網和OD出行進行了簡化，要想得到更加精確的計算結果需要投入大量的人力、物力和財力，但本文的計算理論和方法可以用來分析多突發事件對路網可達性的影響。

[1]Pooler,J.A.The use of spatial separation in the measurement of transportation accessibility[J].Transportation Research,1995（29A）:421-427.

[2]李平華，陸玉麟.可達性研究的回顧與展望[J].地理科學進展，2005，24（3）:69-78.

[3]陳潔，陸鋒，程昌秀.可達性度量方法及應用研究進展評述[J].地理科學進展，2007，26（5）:100-110.

[4]管志忠，劉永明.圖論中最短路問題的MATLAB程序實現[J].安慶師范學院學報，2007（1）：26-29.