突发事件下疏散车流OD分布研究

覃媛媛，申慧芝，曾红丹

(1.广西科技大学鹿山学院，广西　柳州　545616；2.南宁振桂工程信息咨询有限公司，广西　南宁　530022)



突发事件下疏散车流OD分布研究

覃媛媛1，申慧芝1，曾红丹2

(1.广西科技大学鹿山学院，广西柳州545616；2.南宁振桂工程信息咨询有限公司，广西南宁530022)

覃媛媛(1988—)，硕士研究生，研究方向：交通运输规划与管理。

摘要：突发事件下疏散车流的OD分布与常态下车流的OD分布不同，为了实现疏散车流合理分配，文章对突发事件下疏散车流的OD分布进行研究，分析了应急疏散车流OD分布的特性及影响因子，综合影响因子(背景交通流的OD分布、疏散道路网络及周边道路网络结构、疏散区域出口扩散能力、主要疏散通道容量等)OD分布预测值，考虑影响因子的影响系数，确定疏散车流OD分布，避免了运用传统交通OD分布预测结果的偏差。

关键词：疏散车流；突发事件；OD分布；OD反推；Transcad

0引言

城市突发事件的发生严重威胁着人民的生命、财产安全，而突发事件影响范围内的人流、车流需要通过道路交通进行疏散。要实现人流、车流的快速疏散，首先需要对突发事件影响范围内的交通生成量与交通分布量进行预测，为

道路交通应急预案、疏散交通流的合理分配作准备。传统的交通分布模型是在居民OD调查、机动车OD调查、车流量调查等调查的基础上，对城市或调查区域范围内各交通小区的交通分布进行统计与预测而得。如果直接采用传统的方式对突发事件下疏散车流OD分布进行预测，一方面调查财力、人力、物力和调查时效都无法满足疏散交通应急方案生成的需要，达不到快速疏散交通流的目的；另一方面未考虑疏散车流的分布特征，不能很好地与突发事件下疏散车流实际OD分布相符合。鉴于以上情况，本文充分考虑调查时效与疏散车流分布特点，对疏散车流OD分布进行预测。

1应急疏散车流OD分布特性

常态交通流出行与出行目的、出行交通方式、出行费用等因素相关，传统的交通流分布主要考虑交通分布与土地利用、交通小区间费用大小，运用增长率法、综合法(常用重力模型法)等方法来进行预测。但是突发事件下的应急交通流与常态交通流不一样，疏散流OD分布影响因素颇多，除了考虑城市土地利用，还与突发事件所处区位、突发事件性质、突发事件大小、避难所位置、住所等情况有关。突发事件发生后，突发事件点的交通走向以逃生为主，大多数人流、车流为由突发事件点驶向安全地点(避难所、家庭住宅等)的出行；若有伤亡者，存在由突发事件发生地驶向邻近医院的出行。在避难所、医院等确定的情况下，突发事件影响范围内(事件点至安全点的范围)疏散车流的OD分布情况，一般与背景交通流的OD分布、疏散道路网络及周边道路网络结构、主要疏散通道容量、疏散区域出口的疏散扩散能力以及疏散车辆的配备情况等影响因子有关。疏散车流在事件影响程度不是很大的情况下，往往会形成与背景交通流相近的分布情况，而在疏散过程中，需要考虑疏散时间问题，体现在车流会选择快速路、主干路、次干路等级较高、疏散能力强的道路以及出入口疏散能力强的方向出行。

2应急疏散车流OD分布预测

2.1问题描述

应急疏散车流OD分布实质是研究应急疏散点到其他各个区域之间的车流量，即应急疏散点作为交通小区的发生点，其他安全交通小区作为应急疏散车流的吸引点间的交通量。与常态交通下各交通小区的发生与吸引相互平衡不太一致，应急车流只有一个发生点而有N个吸引点。车流量分布与背景交通流、疏散区域出口的疏散扩散能力以及主要疏散通道容量等有关，由于不同因素影响各个交通小区的发生吸引强度，也会导致不同的影响因素下得到的应急疏散车流OD分布不同。因此，要综合各因素进行考虑，首先分别计算出不同影响因素产生的应急疏散车流OD分布预测，再分析不同影响因素的权重，最后得到应急疏散车流的OD分布，见图1。

图1　应急疏散车流OD分布预测流程图

2.2应急疏散路网交通小区划分

应急疏散交通分布预测之前，必须对疏散路网进行交通小区划分。突发事件交通小区有三类：(1)应急疏散点的交通小区，包括应急疏散点邻域范围内的道路；(2)应急疏散范围内的交通小区，根据应急疏散范围内道路进行划分；(3)虚拟交通小区，在应急疏散范围边缘对外联系通道建立虚拟交通小区。

假设突发事件疏散路网如图2所示，图中黑点位置为突发事件所在点，对疏散区域进行交通小区划分，划分结果见图2。其中，编号1的交通小区是应急疏散点小区，编号2～5的交通小区为应急疏散范围内的交通小区，编号6～23的交通小区为应急疏散范围边缘对外联系通道建立的虚拟交通小区。

图2　应急疏散路网交通小区划分示意图

2.3OD反推模型

突发事件发生后，在没有交通管制的情况下，突发事件点到各个交通小区的OD分布，与常态下该突发事件点到各小区背景交通流高峰时段的发生吸引强度密切相关，可以认为在没有考虑路网疏散能力的情况下应急疏散车流的OD分布与背景交通流的OD分布相一致。

由于背景交通流的OD分布调查费时费力，即使城市过去有进行居民出行OD调查，但研究的交通小区划分和居民出行调查的交通小区划分很可能不一致，调查数据也难以使用。OD反推是交通流分配的逆过程，可以快速获得研究的交通小区间OD分布，因此，可以利用路段的交通流及交通阻抗来进行OD反推。背景交通流通常通过道路交通采集系统获得。

(1)

(2)

式中：

Oi——交通小区i背景交通流发生量，pcu/h；

Dj——交通小区j背景交通流吸引量，pcu/h；

fij——交通小区i到为交通小区j的交通阻抗；

K、α、β、γ——待定参数。

交通小区的OD反推结果，可以联立上式进行求解，但是过程比较繁琐，交通专业分析软件可以克服这一缺点。TransCAD软件具有基于结构化模型建立的OD反推模块，利用TransCAD进行OD反推操作简单方便。一般来说，突发事件的交通小区异于常态交通小区，因此不具备初始OD矩阵。TransCAD的“Multipath”命令基于重力模型原理，可以通过路网路阻函数来计算初始OD矩阵qij。

获得路段交通量和初始OD矩阵后，运用“Planning→O-D Matrix Estimation”命令可反推车流OD，OD估算时一般选用用户平衡法。

通过Transcad获得背景交通流OD反推矩阵qij后，那么应急疏散流的OD分布结果如式(3)、式(4)所示：

(3)

(4)

式中：

q1ij——考虑背景交通流OD分布影响因素，交通小区i(突发事件点)至交通小区j的应急疏散车流OD分布量，pcu/h；

Pi——交通小区i(突发事件点)应急疏散车流发生量，pcu/h；

其余符号含义同前述公式。

2.4疏散流OD分布

(1)若不考虑背景交通流OD分布对应急疏散车流产生的影响，那么疏散车流很可能会选择疏散区域出口扩散能力强(对疏散车流吸引强度大)的交通小区方向行驶。交通小区的吸引强度主要是其周边路网的容纳疏散交通流的能力，通过计算交通小区周边3个交叉口围合而成的路网剩余通行能力得到。路网剩余容量是指路网除去背景交通流后余下的通行能力。那么，疏散车流的OD分布为：

(5)

式中：

q2ij——考虑疏散区域出口扩散能力影响因素，交通小区i(突发事件点)至交通小区j的应急疏散车流OD分布量，pcu/h；

Ej——疏散区域出口所在交通小区j的周边各交叉口围合而成的路网的剩余容量，pcu/h；

其余符号含义同前述公式。

(2)在疏散过程中，驾驶员选择疏散方向时，会考虑影响区域范围内疏散通道的容量，疏散通道容量越大，选择该疏散通道驶出危险区域的速度就越快。在影响区域范围内考虑道路容量时需要考虑疏散时间的快慢，因而要考虑交通阻抗。则应急疏散车流OD分布如式(6)、(7)所示：

(6)

Fj=Gjfij

(7)

式中：

q3ij——考虑疏散通道的容量影响因素，交通小区i(突发事件点)至交通小区j的应急疏散车流OD分布量，pcu/h；

Fj——疏散通道(所在交通小区j)的疏散车辆强度，pcu/h；

Gj——疏散通道(所在交通小区j)的剩余容量，pcu/h；

其余符号含义同前述公式。

那么，综合考虑上述因素以及各个因素的影响程度，应急疏散车流的OD分布结果为：

(8)

式中：ω1、ω2、ω3分别为背景交通流OD、疏散区域出口疏散扩散能力及主要疏散通道容量对疏散流的OD分布的影响系数。

3算例

图3为某城市道路网络，假设交叉口1发生突发事件，需要向四周安全区域疏散2 000pcu交通量。运用TransCAD软件搭建疏散路网，疏散路网交通小区一共划分为16个交通小区，编号4为突发事件交通小区，编号1、2、3、5为疏散区域内的交通小区，编号6～14为疏散区域对外疏散通道的虚拟交通小区。

图3　疏散路网交通小区划分图

图4　OD反推结果图

交通小区号67891011121314q1ij8213121723859111793548q2ij1207050208015016030050q3ij8050303010020019030020q'ij891031461537113711714143

4结语

本文在综合考虑突发事件下疏散车流OD分布特性的情况下，分别计算背景交通流、疏散区域出口的疏散扩散能力及主要疏散通道容量等因素影响下疏散车流到各交通小区的OD分布，综合各影响程度，得到疏散车流OD分布结果。与传统OD分布预测方法相比，考虑了疏散OD的影响因素，因而疏散OD分布结果更准确，更符合实际，可操作性高。

参考文献

[1]杨鹏飞.突发事件下应急交通疏散研究[D].长沙：湖南大学，2013.

[2]杨晶.城市大型活动应急交通疏散对策研究[D].大连：大连理工大学，2011.

[3]张钰.城市交通紧急疏散管理方法及应用研究[D].武汉：武汉理工大学，2006.

[4]蒋光胜.大城市突发事件交通组织与疏散对策研究[D].北京：北京工业大学，2006.

[5]谷凤瑞.基于单目的地路网模型的应急疏散交通规划研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2008.

[6]戴权，曹更永，刘恩全.TransCAD中OD矩阵反推方法在道路交通量预测中的应用研究[J].山东交通科技，2009(6)：9-14.

[7]王建军，沈巍.OD反推理论应用中的关键问题研究[J].道路交通与安全，2009(4)：5-11.

[8]章玉，胡兴华，王佳.交通规划模型——TransCAD的操作与应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[9]章玉，于雷.基于TransCAD多模式分配的交通影响分析方法及实例[J].交通标准化，2009(9)：43-46.

[10]胡红，蒋光胜，杨孝宽，等.基于Link-node仿真的北京奥运应急交通疏散预案研究[J].北京工业大学学报，2007(11)：1187-1192.

[11]吴兴春.突发事件下城市交通应急管理研究[D].成都：西南交通大学交通运输规划与管理，2010.

Study on OD Distribution of Traffic Evacuation under Emergencies

QIN Yuan-yuan1，SHEN Hui-zhi1，ZENG Hong-dan2

(1.Lushan College of Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou，Guangxi，545616；2.Nanning Zhengui Engineering Information Consulting Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530022)

Abstract：OD distribution of evacuation traffic under emergencies is different from OD distribution of normal traffic，therefore，in order to achieve the reasonable distribution of evacuation traffic，this article studied the OD distribution of evacuation traffic under emergencies，analyzed the characteristics and influencing factors of evacuation traffic OD distribution under emergencies，combined OD distribution prediction values of influencing factors(OD distribution of background traffic flow，evacuation road net-work and surrounding road network structure，diffusion capacity of evacuation area exits，capacity of main evacuation channels，etc.)，considered the impact coefficient of influencing factors，and then de-termined the evacuation traffic OD distribution，which avoided the bias of prediction results by using the traditional traffic OD distribution.

Keywords：Traffic evacuation；Emergencies；OD distribution；OD matrix estimation；Transcad

收稿日期：2016-02-05

文章编号：1673-4874(2016)02-0081-05

中图分类号：U491

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.02.019

作者简介