應(yīng)急疏散路網(wǎng)中關(guān)鍵路段的識(shí)別研究

馬小龍

摘 要：針對(duì)應(yīng)急疏散路網(wǎng)中關(guān)鍵路段的識(shí)別問(wèn)題，提出了對(duì)突發(fā)事件下路網(wǎng)中關(guān)鍵路段的一種識(shí)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(jìn)行交通流分配，找出疏散負(fù)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(duì)疏散效率的影響，計(jì)算其關(guān)鍵度并加以排序。識(shí)別出關(guān)鍵路段集，為疏散時(shí)快速找到疏散網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急疏散；歷史脆弱性；關(guān)鍵路段；關(guān)鍵度；交通流分配

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

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市的道路也十分迅速。伴隨著城市的越來(lái)越龐大，路網(wǎng)越來(lái)越復(fù)雜，許多問(wèn)題也相應(yīng)而生，尤其是在突發(fā)事件應(yīng)急疏散方面。城市網(wǎng)絡(luò)根據(jù)發(fā)展程度的不同而呈現(xiàn)出不同的復(fù)雜度，當(dāng)今的我國(guó)城市路網(wǎng)復(fù)雜程度都是很高的。當(dāng)路網(wǎng)中一條或多條路段發(fā)生擁堵時(shí)，擁堵經(jīng)過(guò)蔓延，導(dǎo)致區(qū)域路網(wǎng)癱瘓甚至整個(gè)城市路網(wǎng)癱瘓的時(shí)間不足為奇。在應(yīng)急情況下，總是伴隨著擁堵，甚至個(gè)別路段喪失通行能力。這些路段中對(duì)路網(wǎng)影響最大的路段往往被定義為關(guān)鍵路段。當(dāng)前對(duì)關(guān)鍵路段的定義各有不同，尤其是在應(yīng)急情況下，關(guān)鍵路段往往不是常態(tài)下使用最多、承擔(dān)流量最大的等條件確定的。出發(fā)點(diǎn)不同，定義也不同，而且在突發(fā)事件應(yīng)急疏散方面，前人對(duì)關(guān)鍵路段的研究相對(duì)較少。由于疏散需求的特殊性，本文從歷史脆弱性與關(guān)鍵度兩個(gè)方面提出了一種關(guān)鍵路段識(shí)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(lái)源于歷史數(shù)據(jù)。（3）根據(jù)路段調(diào)查數(shù)據(jù)，確定潛在關(guān)鍵路段集A。（4）保持路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不變，對(duì)固定OD數(shù)據(jù)使用TransCAD 軟件進(jìn)行交通分配（SO），根據(jù)其分配結(jié)果找出負(fù)荷在規(guī)定閾值內(nèi)的路段集合B，并計(jì)算路網(wǎng)清空時(shí)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(wǎng)結(jié)構(gòu)、交通量等情況下，將取出路段通行能力下降至規(guī)定值，對(duì)固定的OD數(shù)據(jù)實(shí)施分配，仿真出降級(jí)路網(wǎng)疏散總時(shí)間，利用關(guān)鍵度計(jì)算公式計(jì)算出路段a通行能力下降后，疏散路網(wǎng)效率的相對(duì)變化Ea。（6）對(duì)關(guān)鍵度進(jìn)行排序，選出Ea值最高的路段集，就是所求關(guān)鍵路段集。

2 歷史脆弱性

歷史脆弱度閾值的設(shè)定。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)得到：實(shí)際流量/通行能力=飽和度。計(jì)算疏散網(wǎng)絡(luò)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(guò)閾值的路段則為潛在關(guān)鍵路段，標(biāo)記為集合A。

3 考慮應(yīng)急疏散效率的關(guān)鍵度計(jì)算

在常態(tài)下，學(xué)者們考慮關(guān)鍵度往往是從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D出發(fā)，尋找使用率最高，且被破壞概率最高的路段。但在應(yīng)急疏散前提下，事件已經(jīng)發(fā)生，疏散網(wǎng)絡(luò)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。考慮人為選擇路徑的結(jié)果，所以，在疏散情況下應(yīng)考慮由于擁擠造成的通行能力下降帶來(lái)的疏散效率變化。本文認(rèn)為：路段疏散負(fù)荷的大小與通行能力下降后的疏散能力的影響成正相關(guān)。計(jì)算式如下：

式中：Ca——路段a的關(guān)鍵度； ua——路段a負(fù)荷與路網(wǎng)平均負(fù)荷比值的平方；Ea——路段a對(duì)應(yīng)急疏散效率的影響。

4 Ea的求解

根據(jù)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(jì)算其疏散效率。計(jì)算量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的大小而定。而疏散網(wǎng)絡(luò)一般情況下都不是特別簡(jiǎn)易的網(wǎng)絡(luò)，Ea的求解存在著困難，本文使用軟件TransCAD進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配流，使用Anylogic進(jìn)行疏散仿真。在疏散網(wǎng)絡(luò)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(yù)定百分比，仿真求得疏散清空時(shí)間Ta。

式中：T——原始疏散情況下路網(wǎng)清空時(shí)間；

Ta——路段a降低通行能力后路網(wǎng)清空時(shí)間。

5 交通流分配方式的選擇與求解

（1）考慮疏散網(wǎng)絡(luò)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(shí)間為目標(biāo)，竟可能減少道路網(wǎng)絡(luò)清空時(shí)間以及特定時(shí)間內(nèi)盡量多的疏散危險(xiǎn)區(qū)的群眾。疏散目標(biāo)與系統(tǒng)最優(yōu)的目標(biāo)保持一致。（2）對(duì)SO模型轉(zhuǎn)化，使其可以用UE方法求解。本文用W-F方法對(duì)模型進(jìn)行求解。（3）本文在求解SO模型時(shí)，加入了對(duì)擁堵因素的考慮，將其中的阻抗函數(shù)根據(jù)擁堵經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了修改，使其能夠更加細(xì)膩的刻畫(huà)現(xiàn)實(shí)狀態(tài)。

ta=ta0+tay

式中：ta0——路段上車輛的平均自由行駛時(shí)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(guān)，可用歷史數(shù)據(jù)得到其流量阻抗關(guān)系圖。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)應(yīng)急情況提出一種簡(jiǎn)易的關(guān)鍵路段識(shí)別方法。由于路網(wǎng)其自身的復(fù)雜性，個(gè)人選擇路徑的不確定性等條件下，計(jì)算量異常巨大，可以說(shuō)計(jì)算是當(dāng)前無(wú)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(wú)法刻畫(huà)的問(wèn)題，借用常態(tài)的分配模型并不能嚴(yán)格的刻畫(huà)疏散情況下的交通流，還需要改進(jìn)。在仿真中發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)過(guò)于龐大，單個(gè)路段無(wú)法對(duì)整體效率產(chǎn)生決定性的影響，故此方法不適合過(guò)大的道路網(wǎng)絡(luò)。在疏散的中心擁堵區(qū)，無(wú)論增加或者減少路段的通行能力，無(wú)法對(duì)擁堵產(chǎn)生影響，所以疏散應(yīng)該著眼于可影響區(qū)，而不是擁堵區(qū)。

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