突發(fā)性社會(huì)安全事件下的交通組織方案規(guī)劃研究

高建杰

（四川警察學(xué)院 道路交通管理系，四川 瀘州646000）

面對(duì)突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生時(shí)出行者出行特點(diǎn)的改變，決策者的交通流路徑分配原則也應(yīng)做出相應(yīng)調(diào)整。與之相關(guān)的研究眾多，文獻(xiàn)［1］基于元胞傳輸模型（CTM）設(shè)計(jì)了疏散目標(biāo)函數(shù)和疏散特性約束，構(gòu)造了非常規(guī)突發(fā)事件影響下限定時(shí)間的區(qū)域路網(wǎng)疏散能力評(píng)估與交通組織設(shè)計(jì)模型；文獻(xiàn)［2］利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法和模糊優(yōu)先排序法對(duì)初擬評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性和重要性進(jìn)行了判斷，構(gòu)建了突發(fā)公共事件交通應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；文獻(xiàn)［3］從道路車(chē)輛的走行速度依賴(lài)于道路交通負(fù)荷這一交通流的重要特征出發(fā)，建立了一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的最優(yōu)疏散路線與出發(fā)時(shí)間綜合優(yōu)化模型。文獻(xiàn)［4］在 METANET模型的基礎(chǔ)上考慮緊急事件所占用的車(chē)道數(shù)、進(jìn)出口匝道及誘導(dǎo)信息對(duì)模型的影響，給出了一種雙向動(dòng)態(tài)的最短路徑誘導(dǎo)算法。然而，這些研究只是針對(duì)突發(fā)事件下的某個(gè)具體問(wèn)題提出的相應(yīng)技術(shù)措施，在突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后制定交通組織方案的系統(tǒng)性依據(jù)和實(shí)施流程方面的研究還不夠。

本文以“應(yīng)急救援時(shí)間最短、交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最優(yōu)”為核心思想，基于標(biāo)號(hào)法并考慮交通警察響應(yīng)時(shí)間來(lái)設(shè)計(jì)應(yīng)急救援最短路徑，在分析突發(fā)性社會(huì)安全事件交通需求特征的基礎(chǔ)上，基于可變交通需求建立系統(tǒng)的最優(yōu)疏散路徑模型。據(jù)此，提出一套突發(fā)性社會(huì)安全事件下的交通組織方案規(guī)劃方法。

1 突發(fā)性社會(huì)安全事件下的交通特征分析

突發(fā)性社會(huì)安全事件的概念在《中華人民共和國(guó)突發(fā)事件應(yīng)對(duì)法》中有其分類(lèi)方面的規(guī)定，但并非一個(gè)法律意義上的專(zhuān)有名詞。《國(guó)家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》中用產(chǎn)生原因的分類(lèi)法將社會(huì)安全事件分為恐怖襲擊類(lèi)事件、涉外類(lèi)突發(fā)事件以及經(jīng)濟(jì)方面的突發(fā)事件等。也有學(xué)者將社會(huì)安全事件進(jìn)行嚴(yán)格意義上的界定:由人為原因直接或間接引發(fā)的，由社會(huì)公眾參與，具有組織性和目的性，對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和政府管理造成影響，引起社會(huì)矛盾或?qū)е律鐣?huì)進(jìn)入對(duì)峙狀態(tài)的一種群體性事件。

本文將研究對(duì)象界定為突然發(fā)生的，且對(duì)社會(huì)主體的自身物質(zhì)、心理及其生存環(huán)境所需的重要價(jià)值具有威肋、可能性或現(xiàn)實(shí)性傷害，在其產(chǎn)生發(fā)展過(guò)程中具有廣泛地域和社會(huì)影響的社會(huì)事件。如恐怖襲擊事件、經(jīng)濟(jì)安全事件、群體性事件等。

1.1 交通需求特征

突發(fā)性社會(huì)安全事件會(huì)對(duì)交通需求產(chǎn)生較大影響，使交通需求在網(wǎng)絡(luò)上重新調(diào)整，發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，主要表現(xiàn)在:

1.1.1 出行者的出行心理發(fā)生變化

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，往往會(huì)引起社會(huì)公眾的恐慌心理、從眾心理和非理性狀態(tài)，日常的交通需求會(huì)出現(xiàn)銳減，而追求安全保障的交通需求會(huì)驟增，某些非危險(xiǎn)性的突發(fā)性社會(huì)安全事件甚至?xí)娗巴?/p>

1.1.2 危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)出行需求量劇增

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，出行者會(huì)選擇從危險(xiǎn)區(qū)域逃離到安全區(qū)域，即疏散需求。該部分的需求量可以根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量確定，因此，對(duì)于交通管理者來(lái)說(shuō)，疏散需求量是突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后必須要疏散出去的量，是固定不變的。

1.1.3 非危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)出行需求變化

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，路網(wǎng)中非危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)出行者的出行選擇需求會(huì)受到直接影響。在突發(fā)性社會(huì)安全事件下，出行者選擇是否出行、出行路徑、目的地等和正常狀態(tài)是不相同的，出行者考慮更多的是出行安全和路網(wǎng)的可靠性。因此，該部分非危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)交通需求是隨路網(wǎng)的阻抗時(shí)間發(fā)生變化。

1.2 交通流特征

1.2.1 時(shí)間集中，峰值明顯

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，人流、車(chē)流會(huì)在短時(shí)間內(nèi)聚集，交通量具有輻射效應(yīng)，隨著與事發(fā)地距離的增加交通流量也迅速減小。因此，短時(shí)間內(nèi)，事發(fā)地局部范圍內(nèi)交通量聚增，峰值明顯，給交通組織與管理帶來(lái)極大困難。

1.2.2 方向分布系數(shù)大

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，在事發(fā)地周?chē)肪W(wǎng)上形成的交通流量方向分布系數(shù)大，分布不均衡。道路不同方向的流量相差懸殊，主要是由于突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生開(kāi)始時(shí)，救援車(chē)輛的到達(dá)和隨后疏散車(chē)輛離開(kāi)造成的。

1.2.3 交通流量處于飽和或超飽和狀態(tài)

由于短時(shí)間內(nèi)交通需求聚集，流量大，道路上的交通流基本處于飽和或超飽和狀態(tài)，駕駛?cè)说鸟{駛行為受前車(chē)約束明顯，基本處于跟車(chē)狀態(tài)。

1.2.4 非常規(guī)出行，不適用于常規(guī)的用戶(hù)平衡特征

常規(guī)的交通流分配中，出行路徑的選擇符合用戶(hù)最優(yōu)原理，以出行者個(gè)體出行時(shí)間最短為原則。而突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，進(jìn)入非常規(guī)狀態(tài)，管理決策部門(mén)起主導(dǎo)作用，因此，適用系統(tǒng)最優(yōu)原則，即整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總出行時(shí)間最短。

2 交通組織規(guī)劃方案的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于標(biāo)號(hào)法的應(yīng)急救援最短路徑

2.1.1 標(biāo)號(hào)法的思想

標(biāo)號(hào)法是由E.W.Dijkstra提出的，是目前公認(rèn)的尋找最短路線問(wèn)題最優(yōu)方案中的有效方法，也稱(chēng)為Dijkstra算法。它不僅能求出從起點(diǎn)V1到終點(diǎn)Vn的最短路徑，還可以得到從起點(diǎn)到任意一點(diǎn)的最短路徑。

標(biāo)號(hào)法基本思路為:首先從起點(diǎn)V1開(kāi)始，給每一個(gè)頂點(diǎn)記一個(gè)數(shù)，稱(chēng)之為標(biāo)號(hào)，分為T(mén)標(biāo)號(hào)與P標(biāo)號(hào)兩種。P標(biāo)號(hào)表示從起點(diǎn)V1到這一點(diǎn)的最短路權(quán)上界，稱(chēng)之為臨時(shí)標(biāo)號(hào)。P標(biāo)號(hào)表示從V1到該點(diǎn)的最短路權(quán)，稱(chēng)之為固定標(biāo)號(hào)，已得到P標(biāo)號(hào)的點(diǎn)不再改變，凡是沒(méi)有標(biāo)上P標(biāo)號(hào)的點(diǎn)，標(biāo)上T標(biāo)號(hào)。算法的每一步都會(huì)把某一點(diǎn)的T標(biāo)號(hào)修改為P標(biāo)號(hào)。經(jīng)過(guò)有限步后，就可給所有點(diǎn)都標(biāo)上P標(biāo)號(hào)，即得到從起點(diǎn)到每一點(diǎn)的最短路權(quán)。

2.1.2 基于標(biāo)號(hào)法設(shè)計(jì)應(yīng)急救援最短路徑算法

在標(biāo)號(hào)法尋找最短路徑思想的基礎(chǔ)上，針對(duì)應(yīng)急救援問(wèn)題設(shè)計(jì)最短路徑算法。主要考慮路網(wǎng)中所找尋的最短路徑中路段和節(jié)點(diǎn)的總阻抗時(shí)間最小，路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖、路段及節(jié)點(diǎn)阻抗時(shí)間、交通警察響應(yīng)時(shí)間為已知條件，認(rèn)為若節(jié)點(diǎn)有可以遠(yuǎn)程操縱的管控設(shè)施，或交通警察能夠在救援車(chē)輛前到達(dá)節(jié)點(diǎn)，則可施行交通管制，該節(jié)點(diǎn)的阻抗時(shí)間忽略不計(jì)?；舅悸窞?先利用標(biāo)號(hào)法計(jì)算最短路徑，然后判斷最短路徑是否需加入節(jié)點(diǎn)阻抗時(shí)間，若不需要，則算法結(jié)束，得到應(yīng)急救援的最短路徑；若需要，則將節(jié)點(diǎn)阻抗時(shí)間加到連接該節(jié)點(diǎn)的前一路段上，重新利用標(biāo)號(hào)法計(jì)算最短路徑。

假定救援車(chē)輛和交通警察在應(yīng)急中心發(fā)布命令后同時(shí)出發(fā)，設(shè)定此時(shí)為0時(shí)刻，救援隊(duì)伍集合、車(chē)輛啟動(dòng)等中間延誤忽略不計(jì)。算法流程如圖1所示，圖中符號(hào)定義如下:

i:路徑編號(hào)；

Ti（j）:救援車(chē)輛到達(dá)第i條路徑中第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間，j表示節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)；

TP（j）:交通警察到達(dá)第j個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)間，j表示節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)，為已知條件，與交警崗?fù)ず凸?jié)點(diǎn)間的距離有關(guān)；

Tk（j）:第j個(gè)節(jié)點(diǎn)阻抗時(shí)間，為已知條件，可通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得到，也可參考相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算得到。

圖1 最短路徑計(jì)算流程

2.2 基于可變需求的最優(yōu)疏散路徑

2.2.1 模型

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，整個(gè)區(qū)域交通系統(tǒng)都處于非常規(guī)狀態(tài)，所有出行者的路徑選擇行為都應(yīng)該聽(tīng)從交通指揮調(diào)度中心的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，目的是形成區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)總出行時(shí)間的最小網(wǎng)絡(luò)流狀態(tài)，該交通網(wǎng)絡(luò)流狀態(tài)通常稱(chēng)為系統(tǒng)最優(yōu)。在系統(tǒng)最優(yōu)狀態(tài)下，交通網(wǎng)絡(luò)資源得到最優(yōu)利用，交通網(wǎng)絡(luò)效益得到最大限度發(fā)揮。因此，以“系統(tǒng)最優(yōu)”為目標(biāo)的疏散路徑分配模型的假設(shè)條件為所有出行者統(tǒng)一聽(tīng)從交通指揮調(diào)度中心的協(xié)調(diào)管理，在實(shí)際情況中也需要根據(jù)該模型計(jì)算結(jié)果，制定交通組織應(yīng)急方案。

傳統(tǒng)的系統(tǒng)最優(yōu)疏散路徑模型中的交通需求量固定不變，本文將交通需求量分為固定需求量與可變需求量。固定需求指的是疏散需求，這部分需求量的大小是不變的；可變需求指的是非危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的交通需求，這部分需求量會(huì)隨時(shí)間阻抗發(fā)生變化。所建立模型中的需求函數(shù)由這兩部分組成，非負(fù)、連續(xù)、有下限（下限為固定需求量）和上限（上限為該區(qū)域人口規(guī)?；蚱?chē)保有量），且嚴(yán)格遞減。交通需求函數(shù)可采用文獻(xiàn)［9］中建議的形式。

基于可變需求的系統(tǒng)最優(yōu)疏散路徑分配模型為

模型中所用的變量和參數(shù):xa為路段a上的交通流量；ta為路段a的交通阻抗；ta（xa）為路段a以流量為自變量的交通阻抗函數(shù)（阻抗函數(shù)可參考文獻(xiàn)［10］）；Drs為出行需求函數(shù)；Drs0為固定出行需求量，即突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后需疏散的交通量；Drs1為可變需求量，隨阻抗時(shí)間t變化；Frs（·）為出行需求函數(shù)的反函數(shù)；Drs為起點(diǎn)r到終點(diǎn)s的總出行量的上限；fkrs為點(diǎn)對(duì)（r，s）間第k條路徑的流量；為關(guān)系變量，若路段a在（r，s）間的第k條路徑上，那么，否則

2.2.2 算法

用凸組合法（可行下降法）求解該數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題，第n次迭代時(shí)的下降方向向量由從當(dāng)前解到目標(biāo)函數(shù)線性逼近表達(dá)式解的方向確定。從線性逼近表達(dá)式得出的線性規(guī)劃是用一組輔助變量來(lái)表示，模型中的變量是路徑流量｛｝及相應(yīng)的路段流量｛xa｝，與之對(duì)應(yīng)的輔助變量定義為｛｝和｛ya｝，具體計(jì)算步驟如下:

步驟3:確定下降方向。計(jì)算基于出行時(shí)間｛｝的OD對(duì)（r，s）間的距離，即最短路徑m和相應(yīng)的最短邊緣出行時(shí)間的距離，再比較與的大小。若，則；若），則可取0或。所以，可以得到分配的輔助交通流模式為和

步驟4:確定步長(zhǎng)。求解下面的一維搜索問(wèn)題

得到步長(zhǎng)λn。

步驟6:收斂性檢驗(yàn)。若

（ε為預(yù)先確定的小正數(shù)），停止計(jì)算；否則，令n＝n＋1，返回至步驟2。

算法結(jié)束。

3 交通組織規(guī)劃方案的制定與實(shí)施

突發(fā)性社會(huì)安全事件下的交通組織規(guī)劃方案的制定與實(shí)施如圖2所示，該過(guò)程分為四個(gè)階段:啟動(dòng)階段，交通組織方案規(guī)劃階段，交通組織方案設(shè)計(jì)階段，交通組織方案實(shí)施階段。

3.1 啟動(dòng)階段

突發(fā)性社會(huì)安全事件發(fā)生后，應(yīng)立即進(jìn)行突發(fā)性社會(huì)安全事件分析和脆弱性分析，分析內(nèi)容包括事件的位置、類(lèi)型、強(qiáng)度；事件波及人口數(shù)量和影響范圍；影響區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施的抗沖擊能力等。根據(jù)分析結(jié)果對(duì)突發(fā)性社會(huì)安全事件進(jìn)行分類(lèi)、分級(jí)，對(duì)其影響程度進(jìn)行評(píng)估，判斷是否需要啟動(dòng)應(yīng)急管理程序，如果結(jié)論肯定則進(jìn)入交通組織方案規(guī)劃階段。

3.2 交通組織方案規(guī)劃階段

突發(fā)性社會(huì)安全事件下的交通組織方案規(guī)劃是為了應(yīng)急救援和疏散而對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行的重新分配，是保障非常態(tài)條件下交通組織的重要技術(shù)手段。該階段主要包括交通需求分析和救援－疏散路徑分配。應(yīng)急救援需求分析要根據(jù)事件的影響程度配置救援人員、物資和車(chē)輛，確定救援OD（救援的起終點(diǎn)及數(shù)量）；疏散需求分析要對(duì)疏散區(qū)域進(jìn)行分析，根據(jù)事件影響確定需要疏散的人數(shù)，選擇避難所，確定疏散OD（疏散的起終點(diǎn)及數(shù)量）。根據(jù)需求分析結(jié)果，利用關(guān)鍵技術(shù)中提到的救援－疏散路徑分配計(jì)算方法，得到救援路徑、疏散路徑及路網(wǎng)重新分配結(jié)果。

3.3 交通組織方案設(shè)計(jì)階段

根據(jù)路網(wǎng)重新分配結(jié)果，對(duì)整個(gè)路網(wǎng)承載力進(jìn)行評(píng)估，判斷路網(wǎng)是否超載，形成針對(duì)路網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)的交通組織方案，結(jié)合保障救援需求的交通組織方案和保障疏散需求的交通組織方案，評(píng)價(jià)交通組織方案是否可行，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是人員的安全疏散、救援的及時(shí)、路網(wǎng)的承載能力等。若交通組織方案不可行，決策組織應(yīng)實(shí)施交通管制的權(quán)利，再重新調(diào)整規(guī)劃，直至交通組織方案可行。

3.4 交通組織方案實(shí)施階段

首先需要以政府為主導(dǎo)的具體職能部門(mén)，保障交通組織方案的執(zhí)行，如通過(guò)警車(chē)引導(dǎo)救援與疏散的車(chē)流。此外，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控路網(wǎng)交通流的運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)生擁堵，應(yīng)快速響應(yīng)，啟動(dòng)疏堵方案，并實(shí)時(shí)反饋路網(wǎng)信息給指揮中心，以重新評(píng)估路網(wǎng)調(diào)整的交通組織方案，保障交通組織方案的有序?qū)嵤?/p>

圖2 突發(fā)性社會(huì)安全事件下的交通組織規(guī)劃方案的制定與實(shí)施

4 結(jié)束語(yǔ)

本文給出一套突發(fā)性社會(huì)安全事件影響下的交通組織方案規(guī)劃理論與方法，為突發(fā)性社會(huì)安全事件下決策者制定救援疏散路線提供了技術(shù)支撐，也為交通管理部門(mén)制定交通組織方案提供依據(jù)。模型中的疏散需求量根據(jù)危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的人口數(shù)量來(lái)確定，而危險(xiǎn)區(qū)域范圍的界定需要結(jié)合應(yīng)急管理需求的研究?jī)?nèi)容。

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