城市道路突發(fā)事件交通組織技術(shù)研究

蔣懷遠

(廣東警官學院 治安系，廣東 廣州 510232)

隨著我國城市化進程的加快，城市人口的激增，城市的交通問題越來越嚴重;而另一方面，城市中的各類突發(fā)事件也在不斷的頻繁發(fā)生，我國大城市已經(jīng)進入突發(fā)事件高發(fā)期。對于大城市，從交通系統(tǒng)的疏導能力及指揮系統(tǒng)如何從容應(yīng)對突發(fā)事件是當前城市交通管理所面臨的一個挑戰(zhàn)。

本研究中的突發(fā)事件是指任何一起偶發(fā)性的能引起車道通行能力減少或需求增加的非正常事件。這樣的事件包括交通事故、停滯的車輛、拋灑的貨物、特殊的非緊急事件 (例如顯著地影響車道通行能力的情況、局面或任何其他的事件)，其中交通事故對交通影響最為顯著。

一、突發(fā)事件狀態(tài)下的交通流變化分析

(一)突發(fā)事件下的交通流特征

1.短時間內(nèi)交通流大量聚集

事件發(fā)生時，往往在很短時間內(nèi)聚集大量的車流，并且突發(fā)事件產(chǎn)生的交通流量具有輻射效應(yīng)，隨著與事發(fā)路段距離的增加，其交通流的輻射強度迅速減弱。

2.時空波動特征

突發(fā)事件在局部路網(wǎng)內(nèi)引起交通流延誤，延誤流具有明顯的時空波動特征，交通流密度高峰像波一樣隨著時間沿著事件發(fā)生路段主要線路向外擴散并消失，不同的路段會在不同的時間段內(nèi)出現(xiàn)交通量的高峰。

3.疏散車流始終處于跟車狀態(tài)

由于短時交通需求較大，道路上的車流基本是飽和或超飽和流，駕駛?cè)说鸟{駛行為受前車約束，基本處于跟車狀態(tài)，很難找到可接受的間隙超車。

(二)突發(fā)事件地點通行能力折減

突發(fā)事件對交通的影響主要體現(xiàn)在事件發(fā)生處道路部分或完全堵塞，道路通行能力發(fā)生折減，形成瓶頸。

1.突發(fā)事件下道路通行能力的影響因素

(1)公交車比例

根據(jù)我國的國情，私人小汽車還不是非常普及，因此在突發(fā)事件情況下將主要依靠公交車來疏散 (比例約占30%)，由于公交車的機動性能不同于小汽車，因此需要對通行能力進行折減。

(2)駕駛行為

突發(fā)事件情況下，很多駕駛員可能會由于恐慌而導致行為失常，容易造成判讀失誤發(fā)生交通事故，進而導致通行能力的下降。

(3)車輛故障

突發(fā)事件情況下，由于人們倉惶逃竄，可能會忘記給車輛加油，在加上疏散車輛比較集中造成的擁堵，很有可能造成車輛燃油耗盡，壞死在道路上造成通行能力的下降。

(4)行人與自行車的干擾

考慮到我國的國情，應(yīng)急疏散時可能會有一部分人不能乘車疏散，而是采用步行和自行車等運輸效率低下的交通工具，造成人車混行的狀況，將大大降低道路的通行能力。

(5)車輛阻塞道路的比例

突發(fā)事件對通行能力的影響不僅依賴于突發(fā)事件發(fā)生點的車道數(shù)量，同時也依賴于由于突發(fā)事件的發(fā)生，車輛阻塞道路的比例。在一條車道阻塞的情況下，通行能力的減少可能要大于簡單的由于物體阻塞而造成的原來通行能力減少的比例。當駕駛?cè)诵旭偟脚c突發(fā)事件平行處時，降低速度去注意突發(fā)事件，并且反應(yīng)緩慢地加速駛過事故區(qū)域，因此通行能力產(chǎn)生了附加損失。

當突發(fā)事件發(fā)生時，好奇觀看的因素使得對向交通方向上通行能力的減少，這種影響取決于突發(fā)事件的嚴重性。

2.突發(fā)事件地點的通行能力

在整個突發(fā)事件狀態(tài)期間，瓶頸處通行能力的數(shù)值是不斷變化的。在事件發(fā)生時，事件發(fā)生點的通行能力降至最低，在交通完全恢復正常時回復至正常通行能力，其通行能力的變化如下圖1所示。

圖1 .瓶頸處通行能力折減示意圖

式中Ta——事件發(fā)生，通常能力開始降低;

Tb——通行能力降低至最低值;

Tc——事件排除，通行能力開始恢復;

Td——通行能力恢復至正常值。

突發(fā)事件情況下瓶頸處通行能力可表示為:

式中Cb——突發(fā)事件情況下瓶頸處通行能力;

Ca——正常狀態(tài)下路段通行能力;

λ——描述瓶頸處道路堵塞情況的參數(shù)，稱為堵塞率，當λ=1時，表明道路完全堵塞;當λ=0時，表明道路暢通;

f——修正系數(shù)，與交通流中的車輛組成等因素有關(guān)。

堵塞率λ的大小與突發(fā)事件類型、道路堵塞位置和堵塞程度等因素有關(guān)。修正系數(shù)f是表示車流組成等因素對瓶頸處通行能力影響的參數(shù)。

在突發(fā)事件情況下，影響通行能力的因素與一般情況下是不同的。在突發(fā)事件情況下車輛的行駛速度比較緩慢，這種情況下車道寬度和側(cè)向凈空對通行能力的影響是比較微弱的。在排隊隊伍通過瓶頸斷面處時，對其實際的通行能力產(chǎn)生影響的最為重要的因素是重車所占的比例，原因是重車的加減速性能比較差，而在停停走走的擁擠隊伍中卻要求車輛經(jīng)常加速和減速行駛。［1］430

修正系數(shù)f可采用下式計算:

式中:p為重車所占的比例;EHV為重車的pcu值，推薦為1.6。

(三)事發(fā)路段的延誤影響

假設(shè)在時刻t0，路段AB上發(fā)生突發(fā)事件，造成事件點附近通行能力下降，形成交通瓶頸C點，如圖2所示。

圖2 .路段交通瓶頸

1.當突發(fā)事件十分嚴重時，事件地點的通行能力CC=0，造成事件發(fā)生路段斷流。這時造成車輛排隊，發(fā)生交通擁擠阻塞，進而排隊向上游蔓延，影響到整個路網(wǎng)。

2.當突發(fā)事件占用部分車道時，這時Cc=0，根據(jù)事件發(fā)生路段的剩余通行能力Cc，交通事件越嚴重，Cc越小。若事件點上游的交通流量q＞Cc，車輛將以較低的速度通過事發(fā)點，不會形成交通擁擠排隊，即交通事件對路網(wǎng)的影響僅限于降低路段的通行速度;若上游的交通流量q＞Cc，就會在事發(fā)點處產(chǎn)生排隊并向上游蔓延，發(fā)生交通擁擠堵塞，進而影響到整個路網(wǎng)。［2］120

(四)突發(fā)事件地點上游交通流狀態(tài)變化模型

道路上的突發(fā)事件對上游的影響如圖3所示。

圖3 .突發(fā)事件車輛排隊對上游的影響

假設(shè)路段AB上事件發(fā)生點C距離上游A的距離為Xca，事件地點上游的交通量為q，瓶頸處的通行能力為Cc，當時，在Cc＜q瓶頸上游將會產(chǎn)生車輛排隊現(xiàn)象，形成高密低速的車流。而在它的下游，車輛離開隊伍，形成一個高速低密的車流。在事件持續(xù)時間T內(nèi)產(chǎn)生的車輛排隊長度LT，若LT＞Xca，說明車輛排隊延伸到A，此突發(fā)事件嚴重影響車流的正常通行。

在突發(fā)事件交通組織中，需要比較準確地計算排隊長度的變化。如圖4所示，可運用交通波理論對突發(fā)事件進行交通分析。

圖4 .突發(fā)事件發(fā)生點交通波傳播示意圖

使擁擠長度 (高密度車流長度)LT最短等價于使隊伍長度最短，利用返回波理論討論其特性。波動理論的隊伍長度計算公式如下:

式中:LT為隊伍長度 (m);

Uw為排隊形成時向上游傳播的壓縮波速 (m/s);

T為壓縮波傳播時間 (s);

q1，q0，為流率;

k1，k0，為車流密度。

在事件排除通行能力值恢復后，排隊開始消散，這時在隊首形成向上游傳播的疏散波，當疏散波到達隊尾時，排隊即告完全消散。

二、突發(fā)事件預警管理系統(tǒng)的構(gòu)建與運行

(一)城市道路突發(fā)事件預警管理系統(tǒng)的管理內(nèi)容與運行模式

城市道路突發(fā)事件預警管理系統(tǒng)的管理內(nèi)容與運行模式，可以用圖5來表述。

圖5 .城市道路突發(fā)事件預警管理系統(tǒng)的運行模式

在該系統(tǒng)圍繞著城市交通的內(nèi)外環(huán)境的變化而運轉(zhuǎn)。外部環(huán)境，主要是對能引起城市交通突發(fā)事件的除交通系統(tǒng)本身以外的其他致災(zāi)因素的監(jiān)測，如天氣等自然環(huán)境、城市規(guī)劃建設(shè)等政策因素、公共安全等人為因素。內(nèi)部環(huán)境是指城市交通系統(tǒng)本身的管理水平、技術(shù)水平和設(shè)備水平等的突然變化的監(jiān)測。通過對這些內(nèi)外致災(zāi)因素的監(jiān)測、識別與評價，及時發(fā)現(xiàn)可能引發(fā)突發(fā)事件的征兆，采取預控措施。如果行為有效，將使城市交通恢復正常狀態(tài);反之，則會發(fā)生突發(fā)事件，引發(fā)交通災(zāi)害。如果通過對交通災(zāi)害的應(yīng)急處理取得成功，則城市交通恢復安全狀態(tài);反之，如果處理不當或失去控制，則可能引發(fā)更大的社會性災(zāi)難，從而使城市交通突發(fā)事件的性質(zhì)和范圍發(fā)生轉(zhuǎn)變，預警管理工作將會升級。因此，必須通過城市交通預警管理系統(tǒng)的有效運作，將交通突發(fā)事件控制在有限的范圍內(nèi)，及時地、有效進行預防、預控。而這一過程中的各種結(jié)果與數(shù)據(jù)，必須及時地反饋給預警管理信息系統(tǒng)，通過再次整理和分析，達到優(yōu)化下一預警活動的目的，從而城市交通預警管理系統(tǒng)形成一個不斷優(yōu)化的循環(huán)系統(tǒng)。

(二)突發(fā)事件檢測

突發(fā)事件檢測的主要手段有車輛檢測器、錄像設(shè)備、緊急電話、警察現(xiàn)場報告、突發(fā)事件自動檢測系統(tǒng) (AIDS)。［1］429

突發(fā)事件檢測時間的長短，對分析交通流模型是十分必要的，在模型中確定交通流的變化必須考慮事件檢測時間。城市道路突發(fā)事件檢測流程如圖6所示。

圖6 .城市道路突發(fā)事件檢測與交通組織流程示意圖

三、突發(fā)事件應(yīng)急處置與救援的建議

1.本著安全第一，盡量減少由于突發(fā)事件而帶來的對交通參與者出行的不利影響，建立突發(fā)事件應(yīng)急處置的各項方案、預案，并從制度上加以落實。在實際工作中，還需要通過實戰(zhàn)演練進一步完善，并加以總結(jié)、推廣。

2.盡快清理現(xiàn)場，恢復道路通行的連續(xù)性。

3.在事故清理過程中，利用多種途徑發(fā)布提示信息，使駕駛?cè)肆私猱斍暗缆吠ㄐ星闆r。

4.全面加強突發(fā)事件道路周圍的路況監(jiān)控和路面巡邏，及時排除安全隱患，必要時可采取封閉措施。

5.做好應(yīng)急通訊保障工作，搞好通訊系統(tǒng)的技術(shù)支撐和設(shè)備更新工作。

四、突發(fā)事件交通組織技術(shù)

針對不同類型、不同嚴重程度和影響范圍的突發(fā)事件制定不同的交通組織策略，可使得有限的交通設(shè)施得到合理利用，發(fā)揮其最大的潛力，將疏散車輛在最短時間內(nèi)疏散至安全區(qū)域或者避難場所。突發(fā)事件交通組織策略分為三個層次:整體交通組織策略、區(qū)域交通組織策略、事件現(xiàn)場及交叉口交通組織策略，如圖7所示。

圖7 .突發(fā)事件交通組織策略層次圖

不同層次的交通組織策略可以采用最優(yōu)化方法得到各個層次突發(fā)事件交通組織的最優(yōu)方案。其最優(yōu)化模型如下:

s.t.路網(wǎng)的約束條件

路段的約束條件

交叉口的約束條件

其中Q(x)為路網(wǎng)疏散能力函數(shù);T(x)為路網(wǎng)疏散時間函數(shù)。

(一)整體交通組織策略

1.同時疏散控制策略

當突發(fā)事件嚴重程度較低，突發(fā)事件本身只對特定少數(shù)人構(gòu)成威脅的情況，可以進行有針對性的同時疏散控制策略。

2.分區(qū)分階段疏散策略

當突發(fā)事件的影響范圍較大，需要疏散的人數(shù)較多時，可以進行分區(qū)分階段疏散控制策略。

在制定區(qū)域整體應(yīng)急疏散控制策略時，應(yīng)根據(jù)地區(qū)人口分布、人口在突發(fā)事件中危害程度以及路網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)，將城市分為若干個應(yīng)急疏散子區(qū)域，確定災(zāi)害發(fā)生時各子區(qū)域的疏散次序及疏散時間，并在此基礎(chǔ)上對各子區(qū)域制定不同的交通組織和控制策略。

(二)區(qū)域交通組織策略

1.反向交通組織

反向疏散策略是指在連接突發(fā)事件影響區(qū)域的各條道路上，通過改變行駛規(guī)則使原有的雙向交通全部強制轉(zhuǎn)換為駛離危險區(qū)的方向，從而提高疏散路網(wǎng)特別是連接危險區(qū)域道路的通行能力，從而提高疏散效率。反向疏散策略一般應(yīng)用在大的城市社區(qū)以滿足這些區(qū)域在疏散時瞬間所產(chǎn)生的交通需求。

反向控制策略在設(shè)計時應(yīng)考慮多種因素，包括:潛在危險區(qū)的位置;危險區(qū)周邊的路網(wǎng)結(jié)構(gòu);人員及車流疏散的起訖點;疏散道路的出入口等。［3］123

2.交通分流

當交通需求量過大使得道路服務(wù)水平下降到低于一定標準以及發(fā)生嚴重交通擁堵時，對上游車輛進行分流是很有效的緩解和改善路況的交通組織方式。在道路上游適當?shù)攸c處視情況設(shè)置分流點，對到達車輛進行勸返或改道，控制進入擁堵路段的車流量從而改善交通狀況。

3.應(yīng)急專用車道

(1)設(shè)置應(yīng)急專用車道的道路

設(shè)置應(yīng)急專用車道，應(yīng)急車輛具有道路通行權(quán)，非應(yīng)急車輛無通行權(quán)。但是非應(yīng)急車輛有跨越應(yīng)急車道的權(quán)利，為方便路側(cè)單位進出或交叉口右轉(zhuǎn)彎，允許路側(cè)單位或右轉(zhuǎn)彎車輛跨越應(yīng)急車道，但不得影響應(yīng)急車輛的正常行駛。

一般應(yīng)急專用車道都需設(shè)置專用時段，而且需要設(shè)置和施畫應(yīng)急專用車道的交通標志與標線以說明車道的性質(zhì)和專用時間。

(2)設(shè)置應(yīng)急優(yōu)先車道的道路

應(yīng)急優(yōu)先車道內(nèi)，應(yīng)急車輛有優(yōu)先權(quán)，非應(yīng)急車輛允許借道通行，借道后立即駛回原車道。應(yīng)急優(yōu)先車道一般都設(shè)置在道路最外側(cè)機動車道上。［3］125

(3)不設(shè)置應(yīng)急車道的道路

對于絕大多數(shù)道路來說，都是未設(shè)置應(yīng)急車道的道路，應(yīng)急車輛與非應(yīng)急車輛之間相互干擾較大，行駛秩序混亂。在未設(shè)置應(yīng)急車道的道路上，應(yīng)急車輛最好在道路最外側(cè)機動車道內(nèi)行駛，只有當行駛前方出現(xiàn)障礙時，才允許應(yīng)急車輛向左借道行駛，借道后立即駛回原車道。

(三)突發(fā)事件現(xiàn)場的交通組織

為了交通流平穩(wěn)、安全地越過事件現(xiàn)場，需要在現(xiàn)場建立交通組織。在突發(fā)事件道路上設(shè)置應(yīng)急疏散引導標志，變換可變信息板的信息對應(yīng)急疏散車輛進行實時的交通誘導，改變信號燈配時，以保證應(yīng)急疏散車輛的優(yōu)先通行權(quán)，對于關(guān)鍵的交叉口派交警現(xiàn)場指揮。

1.由于安全的需要而封閉車道

在涉及傷亡、嚴重的或多樣的受傷、危險品、車輛起火甚至是貨物拋灑的主要事件現(xiàn)場時，比較審慎的操作可能是封閉所有的車道或至少封閉車道行駛的一個方向。(1)只封閉那些對保護事件現(xiàn)場管理者和受傷者完全是有必要的車道。(2)將封閉車道的時間減到最少。被封閉車道的數(shù)量可能由事件管理和清除努力的狀況所決定。

2.事件現(xiàn)場的交通管理

作為交通管理者，有責任記錄關(guān)于事件清除工作的計劃、順序，他們應(yīng)該不斷地估計事件對交通流的沖擊和監(jiān)視車輛排隊的范圍。這些信息應(yīng)與監(jiān)控中心人員相互溝通，并按順序，通過司乘人員信息功能提供相關(guān)的資訊。數(shù)據(jù)也可以是從中心傳遞給現(xiàn)場負責人。這些信息應(yīng)該用來決定細化當前的交通控制計劃。

管理事件現(xiàn)場最重要的一個方面是尋找、使用多樣的方法來減少事件每個階段的持續(xù)時間。通過減少車道封閉的數(shù)量來降低事件的影響力是很重要的?？刂频哪繕司褪且獙⑷糠忾]到封閉一部分，或只封閉一個方向的車道，或多車道封閉，或單車道封閉。①美國聯(lián)邦公路管理局.交通事件管理手冊 (Taffic Incident Management Handbook)，2000.減少事件持續(xù)時間或封閉車道的數(shù)量的方法可能包括:

一旦清除一條車道，即開放這條車道。在一些情形中，當一輛響應(yīng)車輛離開現(xiàn)場的時候這種情形就會發(fā)生。

按順序清理事件現(xiàn)場，逐漸地有系統(tǒng)地收縮現(xiàn)場并且保持局部道路暢通。

當可能時，鼓勵從任何的機構(gòu)來的第一個響應(yīng)者來移除意外事件碎片或被拋撒在路上的一小部分物件以清除一或二條車道。有時，簡單的掃除打破的前燈玻璃碎片就可以開放一條車道。

需要第一個到達事件現(xiàn)場的清理人首先以一種安全的方式對車道進行全面的清除。

當交警在事件現(xiàn)場進行調(diào)查的時候，其本能的趨向應(yīng)該是立刻封閉車道。但直到適當?shù)默F(xiàn)場安全保護措施已經(jīng)實施后，在保證減少二次碰撞可能性確立之后車道封閉才能生效。直到交警現(xiàn)場的資源調(diào)查完畢、準備他們調(diào)查的書面部分時，交通流才可以繼續(xù)流動。

3.封閉車道后的交通疏導

如果道路或車道需要封閉，交通流就需要疏導。圓錐體或閃光標志可能被當作疏導設(shè)施來作為車道關(guān)閉的裝備。箭頭指示標志和便攜式可變信息板應(yīng)該被考慮來提供車道封閉的警告。便攜式固定信息也可以考慮給關(guān)閉運輸?shù)能嚨郎系乃境巳藛T提供警示。

如果一個事件將造成非常長期的車道封閉(好幾個小時或數(shù)天)，更多精細的交通控制措施應(yīng)該被實現(xiàn)，就像那些需要建設(shè)一個建筑或維護工作區(qū)域的活動一樣。相鄰道路可能會用來疏導事件現(xiàn)場的交通流。

(四)交叉口交通組織策略

在應(yīng)急疏散過程中，疏散車輛一般為飽和流或超飽和流。交叉口交通組織策略的目標就是在體現(xiàn)應(yīng)急適度優(yōu)先原則的基礎(chǔ)上，減少應(yīng)急車輛和社會車輛以及應(yīng)急車輛之間在交叉口處的沖突點，以降低應(yīng)急車輛在道路交叉口的行車延誤，縮短應(yīng)急出行時間，并盡量減輕應(yīng)急出行對城市非應(yīng)急出行的影響程度。［3］126

1.交叉口應(yīng)急車輛的放行組織

按照應(yīng)急車輛優(yōu)先的原則，如果交叉口有條件的應(yīng)設(shè)置應(yīng)急車輛專用導向車道和應(yīng)急車輛優(yōu)先信號。

對于交叉口應(yīng)急車輛的放行組織，對設(shè)有路段應(yīng)急專用車道的，應(yīng)規(guī)定應(yīng)急車輛在應(yīng)急車道內(nèi)行駛;對未設(shè)應(yīng)急專用車道的路段，應(yīng)規(guī)定應(yīng)急車輛在最外側(cè)車道內(nèi)行駛。換言之，在這些車道內(nèi)應(yīng)急車輛有通行權(quán)和先行權(quán)，是主車道。體現(xiàn)出路段的應(yīng)急車輛優(yōu)先。

如果路段上設(shè)有應(yīng)急車道，則應(yīng)與交叉口最外側(cè)直行導向車道相連。該車道作為交叉口應(yīng)急車輛優(yōu)先導向車道。

2.交叉口流向禁限

突發(fā)事件交通組織中實施交叉口流向禁限是針對非應(yīng)急交通流，為的是降低應(yīng)急出行的延誤，而各種應(yīng)急疏散交通流在各流向上具有絕對的通行權(quán)。交叉口禁止非應(yīng)急交通流或次要流向交通流左轉(zhuǎn)彎可以大大提高對向直行車道的通行能力，以減輕直行方向上應(yīng)急交通流或主要流向交通流的壓力。

然而在交叉口進行部分流向的限行后，為了避免新?lián)矶碌漠a(chǎn)生，交叉口處原有的交通需求還需要通過其他方式得到滿足。如圖8所示的交叉口處理左轉(zhuǎn)的兩種方式和如圖9所示的立交平做都是解決交叉口流向禁限后非應(yīng)急車流或次要流向車流轉(zhuǎn)向問題的有效方法。

圖8 .交叉口左轉(zhuǎn)彎兩種方式示意圖

圖9 .立交平做信號燈禁左流向組織

3.交叉口應(yīng)急控制方式

(1)未設(shè)應(yīng)急專用車道的信號控制疏散方式

在未設(shè)應(yīng)急專用車道的交叉口實行流向優(yōu)先，當檢測到哪個流向有應(yīng)急車輛來車時，優(yōu)先啟動該流向的信號相位或延長該相位的綠燈時間。此時信號相位數(shù)不必增加，但須改變綠燈時間和重新安排相序。

(2)設(shè)有應(yīng)急專用車道的信號控制疏散方式

在設(shè)有應(yīng)急專用車道的交叉口，除實行流向優(yōu)先外也可以設(shè)置專門的應(yīng)急車輛信號燈，實行車種優(yōu)先。即一旦應(yīng)急專用車道或?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)車道內(nèi)檢測到應(yīng)急來車時，優(yōu)先放行應(yīng)急專用車道或?qū)Ｓ米筠D(zhuǎn)車道的車輛，或延長來車流向的綠燈信號時間。

(3)讓行控制疏散方式

圖10 .交叉口讓行控制疏散方式

發(fā)生突發(fā)事件時，非疏散方向上的車輛讓疏散方向上的車輛先行，當疏散方向上的車輛有足夠的插車間隙時，非疏散車輛由插車間隙通行，如圖10所示。發(fā)生突發(fā)事件時，逆疏散方向上的車輛不允許進入疏散區(qū)域，可以把疏散方向上的車道行駛方方向改為同疏散方向上的行駛方向，類似于單行線的方式，如圖11所示。

圖11 .交叉口讓行控制疏散方式

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