基于灰色關(guān)聯(lián)度的應(yīng)急避難場所找尋行為研究

王玉庭，張暢暢，孫得勝，韓迪，魏祎璇，倪旻睿，吳金順，潘嵩

(1. 華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 065201;2. 北京市應(yīng)急能力建設(shè)促進中心，北京 101149；3. 北京科技大學(xué)，北京 100083；4. 寧波諾丁漢大學(xué)，寧波 315100；5.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100000)

0 引言

近年來，隨著我國自然災(zāi)害等突發(fā)事件的易發(fā)、頻發(fā)，造成人員傷亡不斷增加。尤其在人口密度較大的居民區(qū)、商業(yè)區(qū)等區(qū)域，發(fā)生突發(fā)事件后如應(yīng)急避難場所標(biāo)識牌規(guī)劃不合理[1]、避難場所不易尋找、可達性較差等[2]，很容易出現(xiàn)人員撤離秩序混亂，導(dǎo)致發(fā)生人口擁堵、踩踏等現(xiàn)象[3-5]，進而加劇人員傷亡情況。相反，應(yīng)急避難場所可達性高，災(zāi)民能迅速撤離到安全地帶可較大程度的降低人員傷亡和財產(chǎn)損失，而公共設(shè)施的可達性，是指擁有相應(yīng)需求的人群通過某種交通方式從某一給定區(qū)位到目標(biāo)設(shè)施的便捷程度[6]。如“8·12天津濱海新區(qū)爆炸事故”[7]發(fā)生后，由于居民快速撤離至最近的應(yīng)急避難場所，大幅度降低了事故危害程度。

目前，隨著城市應(yīng)急避難場所不斷增建、重建，多數(shù)學(xué)者在應(yīng)急避難場所選址布局方面已有一定探索，但針對應(yīng)急避難場所的可達性研究較少。因此，為提高應(yīng)急避難場所可達性，避免在發(fā)生突發(fā)事件時應(yīng)急避難標(biāo)識無法凸顯其指引作用，本文將通過18名測試人員在北京市戶外實地模擬突發(fā)事件應(yīng)急疏散行為，得出對找尋應(yīng)急避難場所時長產(chǎn)生影響的因素及其影響程度，研究結(jié)果將為優(yōu)化城市應(yīng)急避難場所標(biāo)識牌提供一定參考，并為找尋應(yīng)急避難場所可達性研究提供數(shù)據(jù)支撐。

1 理論簡介

1.1 灰色關(guān)聯(lián)度

對于兩個系統(tǒng)之間的因素，其隨時間或不同對象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度，稱為關(guān)聯(lián)度[8]?；疑P(guān)聯(lián)度是一種多因素統(tǒng)計分析的方法[9]，它是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素間關(guān)系的強弱、大小和次序。

1.2 突發(fā)事件

2006年由國務(wù)院發(fā)布的《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》中對突發(fā)事件定義如下：突發(fā)事件是指突然發(fā)生，造成重大人員傷亡、財產(chǎn)損失、生態(tài)環(huán)境破壞和嚴(yán)重社會危害，危及公共安全的緊急事件[10]。而地震災(zāi)害作為突發(fā)事件中自然災(zāi)害的一種，在我國仍不斷發(fā)生，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失，同時也對社會的發(fā)展帶來了不穩(wěn)定因素。近十年來，我國地震災(zāi)害次數(shù)仍處于客觀波動狀態(tài)，但人員傷亡情況卻呈現(xiàn)出主觀逐漸降低的情況，如圖1所示，說明隨著我國對應(yīng)急避難場所等公共設(shè)施的不斷完善，居民在應(yīng)對地震等突發(fā)災(zāi)害時已產(chǎn)生較強保護意識。因此，當(dāng)發(fā)生突發(fā)災(zāi)害事件時，居民能否在第一時間找到躲避危險地區(qū)，如應(yīng)急避難場所等地顯得尤為重要。

圖1 我國地震災(zāi)害情況

1.3 應(yīng)急避難場所

應(yīng)急避難場所是應(yīng)對突發(fā)公共事件的一項災(zāi)民安置措施，是現(xiàn)代化大城市用于民眾躲避火災(zāi)、爆炸、洪水、地震、疫情等重大突發(fā)公共事件的安全避難場所，對城市安全和可持續(xù)發(fā)展有重要作用。

根據(jù)《地震應(yīng)急避難場所場址及配套設(shè)施》(GB21734-2008)規(guī)定，應(yīng)急避難場所分為三類：III類應(yīng)急避難場所，用于緊急避難，具備基本設(shè)施配置；II類應(yīng)急避難場所，用于提供短時庇護的固定場所，具備一般設(shè)施配置；I類應(yīng)急避難場所，是具備綜合設(shè)施配置的、可安置受災(zāi)人員30天以上的中心避難場所[11]，見表1。

表1 我國應(yīng)急避難場所等級劃分

1.4 應(yīng)急疏散

應(yīng)急疏散是指應(yīng)對大型突發(fā)災(zāi)難性事件，防止和減少人員傷亡的重要措施[12-13]。當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時，個人及群體首先需要撤離到最近的應(yīng)急避難場所進行避難，此時，應(yīng)急避難標(biāo)識的合理性顯得尤為重要，一套完善的應(yīng)急標(biāo)識在平時可以增強人們對避難場所的認(rèn)知和了解，在災(zāi)時可以引導(dǎo)人們快速的到達安全區(qū)域，減少災(zāi)害帶來的傷亡和損失。

2 實驗設(shè)計

2.1 實驗設(shè)備

本研究將采用由瑞典公司生產(chǎn)的Tobii Pro Glass 2眼動儀，如圖2所示。此設(shè)備的優(yōu)勢為在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下可對佩戴人員提供最大化的頭部和身體移動的自由度，能最大程度的捕捉到自然、真實的行為，同時輕巧的眼鏡式設(shè)計與眼動記錄器使整套系統(tǒng)外觀比較普通，從而在真實場景中測試時不會吸引過多場外人員的關(guān)注而影響被試的行為，提高了實驗效率并將人為誤差因素降到最低，因此適用于本次應(yīng)急避難場所找尋行為研究。

圖2 Tobii Pro Glass 2眼動儀

2.2 實驗內(nèi)容

本研究隨機選取了北京市人員活動密集區(qū)域進行模擬突發(fā)事件時應(yīng)急疏散實驗，18名測試人員佩帶眼動儀并從起點位置開始行動，每位測試人員可通過使用電子導(dǎo)航、觀察應(yīng)急標(biāo)識牌、問詢他人等方式自主選擇路徑到達應(yīng)急避難場所。如圖3所示，A～H分別為不同路徑中應(yīng)急標(biāo)識牌的擺放位置(由Google Maps提供實驗范圍)，其中標(biāo)識牌C被街道保安亭遮擋了絕大部分，標(biāo)識牌D被樹葉遮擋小部分。

圖3 應(yīng)急標(biāo)識牌位置圖

2.3 實驗結(jié)果

本次實驗共18名測試人員，其中14名找到了同一處應(yīng)急避難場所，即標(biāo)識牌B，2名找尋到標(biāo)識牌D，1名找尋到標(biāo)識牌C，另外4名分別找到了不同的應(yīng)急避難場所位置，即標(biāo)識牌E、F、G、H。

實驗記錄表明，測試者注視電子導(dǎo)航總時長、注視電子導(dǎo)航次數(shù)、手機旋轉(zhuǎn)次數(shù)、折返行為次數(shù)及觀看標(biāo)識牌總個數(shù)均屬于找尋應(yīng)急避難場所總時長的影響因素。其中，手機旋轉(zhuǎn)次數(shù)是指測試人員將手機旋轉(zhuǎn)超過45°(包含45°)記錄為一次，折返行為次數(shù)則通過行為觀察法進行記錄。同時標(biāo)識牌被建筑、樹葉物遮擋(如圖4、5所示)，以及個別找尋路徑中存在標(biāo)識牌指示不明確或指示有誤(如圖6所示)等客觀因素會造成找尋總時長增加，降低應(yīng)急避難場所可達性。

圖4 標(biāo)識牌C示意圖

圖5 標(biāo)識牌D示意圖

圖6 找尋過程中某指示牌示意圖

通過對數(shù)據(jù)詳細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，實驗中會出現(xiàn)測試者在找到第一處標(biāo)識牌后再次找尋其他標(biāo)識牌的情況，考慮到此個人主觀選擇行為會影響分析找尋應(yīng)急避難場所時長影響因素的準(zhǔn)確性，因此本文觀看標(biāo)識牌總個數(shù)不納入接下來的影響因素分析中。同時考慮到個人行為快慢不同受個人身體狀況影響，且由于所處范圍均為陌生的情況，容易在不同階段中出現(xiàn)猶豫、折返行為，使得該因素在本研究中影響較小，故不做詳細(xì)分析。

圖7表達了測試人員注視電子導(dǎo)航總時長、注視電子導(dǎo)航次數(shù)、手機旋轉(zhuǎn)次數(shù)、折返行為次數(shù)與實驗總時長之間的關(guān)系。可以看出，隨著測試人員注視電子導(dǎo)航總時長、注視電子導(dǎo)航次數(shù)、手機旋轉(zhuǎn)次數(shù)、折返行為次數(shù)的增加實驗時長總體呈上升趨勢，說明這四個影響因素與實驗總時長有一定的相關(guān)性，適用于灰色關(guān)聯(lián)分析方法來檢驗實驗結(jié)論。

圖7 各指標(biāo)因素與實驗總時長示意圖

3 實驗討論與分析

由于本文中各指標(biāo)因素物理意義不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的量綱也不一定相同，不便于比較或在比較時難以得到正確的結(jié)論，因此在進行灰色關(guān)聯(lián)度分析時，一般需進行無量綱化數(shù)據(jù)處理。常用的無量綱化處理方法有均值化法或初值化法等，公式如下：

(1)

(2)

本文采用均值化法，對各序列進行無量綱化，得出原始數(shù)據(jù)各序列的均值分別為：23.28、137.94、22.89、3.61、2.56，各指標(biāo)均值化后數(shù)據(jù)見表2：

表2 各指標(biāo)均值化序列表

續(xù)表

分別計算各因素與實驗總體找尋時間在對應(yīng)期的間距(絕對差值)，結(jié)果見表3。

表3 各指標(biāo)與實驗總體找尋時間在對應(yīng)期間距

從表3可以看出，該絕對值數(shù)據(jù)序列的數(shù)據(jù)間存在差異，因此對其進行一次規(guī)范化。設(shè)Δ(max) 和Δ(min)分別表示圖6中絕對差值Δ0i(t)的最大數(shù)和最小數(shù)，則

0≤Δ(min)≤Δ0i(t)≤Δ(max)

(3)

因而

(4)

(5)

由于在一般情況下Δ(min)可能為零(即某個Δ0i(t)為零)，故將上式改進為

(6)

ρ在0和1之間取值，上式可變形為

(7)

式中，i=1，2，3；t=受試者1，受試者2……，受試者18；ξ0i(t)稱為序列xi和序列x0在第t時刻的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)(簡稱為關(guān)聯(lián)系數(shù))。由上述公式可看出，ρ取值的大小可以控制Δ(max)對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的影響，ρ取較小的值，可以提高關(guān)聯(lián)系數(shù)間差異的顯著性，因而稱ρ為分辨系數(shù)，利用上述公式對圖6中絕對差值Δ0i(t)進行規(guī)范化，取ρ=0.5，計算結(jié)果見表4。

表4 規(guī)范化后的絕對差值表

最后分別對各指標(biāo)與實驗總體找尋時間的關(guān)聯(lián)系數(shù)序列求算術(shù)平均值可得：

r0i稱為序列x0和xi(i=1，2，3)的灰色關(guān)聯(lián)度。由于r02>r01>r03>r04，因而電子導(dǎo)航注視總次數(shù)與實驗總體找尋時間的關(guān)聯(lián)度最大，其次是電子導(dǎo)航注視總時長與手機旋轉(zhuǎn)次數(shù)，折返行為次數(shù)關(guān)聯(lián)度最小。這可能由于本文所選人員密集區(qū)域指引性應(yīng)急標(biāo)識牌較少，甚至?xí)霈F(xiàn)誤導(dǎo)性的標(biāo)識牌，導(dǎo)致多數(shù)測試者更依賴于手機導(dǎo)航。

4 結(jié)論

(1) 通過對測試者所選擇的不同路徑，不同尋路手段等情況進行綜合分析，實驗總時長(實驗找尋效率)說明了應(yīng)急避難場所的可達性程度。

(2) 在找尋應(yīng)急避難場所過程中，與實驗總時長關(guān)聯(lián)性最大的是注視電子導(dǎo)航次數(shù)，其次是電子導(dǎo)航注視總時長和手機旋轉(zhuǎn)次數(shù)。

(3) 在實測過程中，折返行為次數(shù)對找尋應(yīng)急避難場所作用較小且存在某些指示不合理的標(biāo)識牌容易誤導(dǎo)被試人員，從而可能導(dǎo)致實驗總時長的增加。

(4) 建議應(yīng)在人員密集區(qū)域及時在關(guān)鍵節(jié)點處(如十字路口、丁字路口等)增建、維修和更新應(yīng)急標(biāo)識牌，縮短災(zāi)民到達應(yīng)急避難場所時長，提升城市應(yīng)急避難場所可達性，以減少突發(fā)事件造成的人員傷亡。

由于本文樣本量偏少，結(jié)論存在一定局限性，在未來的研究中，將增加測試人員及測試次數(shù)，充實樣本數(shù)量，并將測試人員年齡、性別、職業(yè)、方向感等因素納入研究中，使最終的結(jié)論更具有說服性。