突发事件下城市路网应急交通疏散策略研究

作     者：邱映寒 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：温惠英

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：应急交通疏散 分步疏散策略 道路交通组织管理 应急疏散集结点选址 

摘      要：台风、洪水、化工厂火灾等突发事件的发生,会对受灾影响区域造成一定的人员伤亡和经济财产损失。为了最大程度地保证受灾人员的生命财产安全,应急管理部门需要根据突发事件的特征,科学高效地为受灾人员制定城市路网应急交通疏散策略。由于我国城市人口规模较大、城市人口较为集中、且无车人员占有一定的比例,突发事件发生后无车人员往往需要从划定的受灾小区步行到指定的应急疏散集结点等待救援,然后借助政府部门提供的交通工具进行疏散。对于决策者而言,应急疏散集结点的位置选址和受灾小区到集结点的疏散人数分配往往要结合无车人员步行集结的时间、速度和距离等因素,从效率性、安全性和公平性等多方面进行综合考虑。此外,由于突发事件会对城市路网应急交通疏散过程造成影响,可能会出现车辆行程时间变长、道路通行能力下降、路段通行风险性增加等问题,应急疏散交通流的运行状态也会出现不确定性。因此,应急疏散交通组织管理措施的制定需要对应急疏散过程的不确定性进行分析。基于此,本文通过阅读国内外相关文献,梳理突发事件和应急交通疏散策略相关的基础理论;在分析应急疏散集结点选址和应急疏散交通组织管理影响因素的基础上,以受灾影响区域内无车人员为研究对象,提出分步疏散策略:先进行应急疏散集结点选址优化,再进行应急疏散交通组织管理决策。在应急疏散集结点选址优化过程中,考虑人车因素的影响,建立应急疏散集结点选址优化模型并运用多目标进化算法NSGA-III求解;在应急疏散交通组织管理决策过程中,利用元胞传输模型模拟动态疏散交通流环境,考虑应急疏散过程的不确定性,构建基于场景生成的应急疏散交通组织管理决策模型并运用Gurobi软件求解。通过算例仿真与结果分析,验证所提出的分步疏散策略的有效性。本文的主要研究工作如下:(1)首先考虑受灾小区内应急疏散需求点和备选应急疏散集结点选取的相关条件,构建应急疏散需求-集结点网络,然后结合受灾人员步行集结和应急车辆加载到路网的约束,以总出行时间最小、总穿越干路次数最少和集结点的疏散需求总覆盖度最大为目标,建立应急疏散集结点选址优化模型并运用多目标进化算法NSGA-III进行求解,确定应急疏散集结点位置和需求点分配到集结点的疏散人数,最后以南京市某区域为案例进行数值仿真和结果分析,验证了该模型和算法的适用性。(2)利用元胞传输模型描述疏散交通流的动态特性,根据疏散需求、道路供给和疏散风险参数表征应急疏散过程的不确定性,以期望总出行风险最小化为目标,构建基于场景生成的单阶段和两阶段应急疏散交通组织管理决策模型,然后运用数学规划软件Gurobi求解得到交通组织管理措施如疏散交通流动态分配、逆向车道组织和交叉口冲突消除策略,最后通过算例仿真和结果分析,验证了该模型的有效性。(3)结合应急疏散集结点选址优化和应急疏散交通组织管理决策方法,提出突发事件下城市路网应急交通疏散策略,即分步疏散策略,然后通过设计数值算例实验,对仿真结果进行分析,验证了本文所提出的分步疏散策略的适用性和有效性。本文研究可为应急管理部门在突发事件发生后制定合理可靠的城市路网应急交通疏散策略提供技术支撑,对提高城市应急响应能力、健全应急疏散体系具有重要的理论意义和现实价值。