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内容简介

　　《道路交通应急管理理论与方法》在各类预案中，道路交通在国家和地区应急体系中都占有非常重要的地位，与道路交通应急管理相关的问题引起了各级政府的高度关注。《道路交通应急管理理论与方法》重点对应急响应阶段与疏散和救援相关的道路交通管理问题进行研究从疏散的影响因素和评价指标、疏散交通分配、应急疏散控制措施、应急车辆信号优先以及应急物流的库存路径计划和救援车辆调度等方面展开，并考虑灾后交通需求和供给的特点.研究道路恢复重建的网络设计问题。
　　《道路交通应急管理理论与方法》可作为应急交通规划与管理、应急响应与决策等方向研究者和实践者的参考书，也可作为交通规划与管理、管理科学与工程、公共管理等专业研究生的教材或教学参考书。

目　　录

前言
第1章概述
　1.1 中国道路交通应急管理现状
　1.2 国内外研究现状与评述
　　1.2.1 道路交通应急疏散
　　1.2.2 道路交通应急救援
　　1.2.3 灾后道路交通网络重建规划
　1.3 本书的结构
　　
第2章应应急散交通影响评估
　2.1 应急疏散交通的需求分析
　　2.1.1 疏散交通生成
　　2.1.2 疏散交通分布
　　2.1.3 疏散交通方式选择

前言 
第1章 概述 
　1.1 中国道路交通应急管理现状 
　1.2 国内外研究现状与评述 
　　1.2.1 道路交通应急疏散 
　　1.2.2 道路交通应急救援 
　　1.2.3 灾后道路交通网络重建规划 
　1.3 本书的结构 
　　 
第2章 应应急散交通影响评估 
　2.1 应急疏散交通的需求分析 
　　2.1.1 疏散交通生成 
　　2.1.2 疏散交通分布 
　　2.1.3 疏散交通方式选择 
　　2.1.4 疏散路径分配 
　2.2 应急疏散交通的影响因素分析 
　　2.2.1 路网可靠性 
　　2.2.2 被疏散者特征 
　　2.2.3 疏散组织和控制措施 
　2.3 应急疏散交通的评价指标 
　　2.3.1 疏散时间 
　　2.3.2 基于疏散曲线的行程时间 
　　2.3.3 基于时间的风险 
　　2.3.4 基于空间的风险 
　2.4 本章小结 
　　 
第3章 应急琉散交通网络模型与仿真 
　3.1 应急疏散交通网络模型 
　　3.1.1 交通分配公式 
　　3.1.2 ODE网络模型 
　　3.1.3 推广及应用 
　3.2 应急疏散交通仿真 
　　3.2.1 仿真背景 
　　3.2.2 静态交通分配仿真 
　　3.2.3 动态交通分配仿真 
　3.3 本章小结 
　　 
第4章 应急疏散路径规划 
　4.1 基于路段和基于车道的交通网络模型 
　　4.1.1 基于路段的节点一弧网络模型 
　　4.1.2 交叉口冲突和合流对疏散时间的影响 
　　4.1.3 基于车道的交通网络模型 
　4.2 基于车道的应急疏散路径规划模型 
　　4.2.1 基本模型 
　　4.2.2 进一步讨论 
　4.3 模型求解及算例分析 
　　4.3.1 模型求解思路 
　　4.3.2 算例分析 
　4.4 本章 小结 
　　 
第5章 应急疏散交通控制策略优化 
　5.1 应急疏散交通控制策略优化建模框架 
　　5.1.1 模型的功能分析 
　　5.1.2 模型输入和输出 
　　5.1.3 模型基本框架 
　5.2 路径选择优化的元胞传输模型 
　　5.2.1 路网一元胞转化 
　　5.2.2 元胞流量守恒方程 
　　5.2.3 修正的路网交通流传播方程 
　　5.2.4 基础交通路径选择优化模型 
　5.3 逆向行车控制策略优化模型 
　　5.3.1 逆向行车控制问题 
　　5.3.2 路网关键属性 
　　5.3.3 附加约束 
　　5.3.4 算例分析 
　5.4 分阶段疏散控制策略优化模型 
　　5.4.1 模型假设 
　　5.4.2 目标函数 
　　5.4.3 分阶段疏散指令激活原理 
　　…… 
第6章 应急救援物资的库存路径规划 
第7章 应急救援车辆的信号优生控制 
第8章 应急救援车辆指挥高度系统 
第9章 大规模自然灾害后道路交通网络重建规划 
参考文献

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第1章概述
1.1 中国道路交通应急管理现状
我国是一个自然灾害频发的国家，地震、洪涝、台风、暴雨、泥石流等自然灾害时有发生。统计数据表明：我国是遭受地震灾害影响最为严重的国家，20世纪发生的破坏性地震占全球的1/3，地震中的死亡人数占全球的1/2，高达60万人。我国22个省会城市和2/3的百万以上人口的大城市均位于地震高危险区。2008年5月12日发生在四川省汶川县的8级强烈地震，夺去逾4万人的生命，造成500多万人无家可归，经济损失超过千亿/元。我国也是世界台风重灾国家，平均每年有7次台风登陆，仅因台风造成的经济损失就高达246亿元，严重危及人民群众的生命财产安全、国家的经济建设以及社会的稳定发展。
随着我国城市化进程不断推进、城市建设和人口的不断增长，各类突发性灾害对城市造成的损失和带来的影响也将越来越严重。因此，加快突发公共事件应急机制建设以及提高处理危机事件能力已经成为全社会的共识，随着?中华人民共和国突发事件应对法?和?国家突发公共事件总体应急预案?的出台，其他国家、省市相关专项预案和部门预案也已制订完毕或在制订过程中。
在城市突发公共事件应急体系中，交通应急是其中的一个重要组成部分，是保障救援活动得以开展的基础和前提条件，安全、.通的交通对于提高应急响应能力、节约救援时间、降低人民群众的生命财产损失具有重要的作用。2005年，科技部在?“十一五”科技计划?中明确提出“交通安全保障关键共性技术”的研究目标是“建立铁路（轨道）、水运、公路和民航运输的安全监控预警、应急保障和救援服务系统，实现对运输全过程的安全监控，形成较为完善的应急反应体系，具备应对重大突发事故灾难的能力”。2005年1月，交通运输部颁布?公路水路交通科技发展战略?，其中明确指出包括交通应急处理技术在内的交通安全保障技术是“交通科技具有牵动性、前瞻性、关键性的战略重点”之一，提出到2020年实现“交通安全保障技术整体提高，在事故预防、应急反应、救助打捞等方面达到国际水平”的目标。
2011年，交通运输部在?交通运输“十二五”发展规划?中对道路交通应急管理和保障提出很高的要求，“要坚持预防与应急并重、常态与非常态结合的原则，建立健全应急管理组织体系，完善应急预案，加强应急队伍建设，切实强化交通运输安全和应急保障能力建设”，通过“十二五”期间的发展，“公路应急保障体系基本完善，应急指挥调度能力显著增强，一般灾害情况下公路抢通时间不超过24小时，公路应急救援到达时间不超过2小时”。
1.2 国内外研究现状与评述
1.2.1 道路交通应急疏散

第1章 概述
1.1 中国道路交通应急管理现状

我国是一个自然灾害频发的国家，地震、洪涝、台风、暴雨、泥石流等自然灾害时有发生。统计数据表明：我国是遭受地震灾害影响最为严重的国家，20世纪发生的破坏性地震占全球的1/3，地震中的死亡人数占全球的1/2，高达60万人。我国22个省会城市和2/3的百万以上人口的大城市均位于地震高危险区。2008年5月12日发生在四川省汶川县的8级强烈地震，夺去逾4万人的生命，造成500多万人无家可归，经济损失超过千亿/元。我国也是世界台风重灾国家，平均每年有7次台风登陆，仅因台风造成的经济损失就高达246亿元，严重危及人民群众的生命财产安全、国家的经济建设以及社会的稳定发展。

随着我国城市化进程不断推进、城市建设和人口的不断增长，各类突发性灾害对城市造成的损失和带来的影响也将越来越严重。因此，加快突发公共事件应急机制建设以及提高处理危机事件能力已经成为全社会的共识，随着?中华人民共和国突发事件应对法?和?国家突发公共事件总体应急预案?的出台，其他国家、省市相关专项预案和部门预案也已制订完毕或在制订过程中。

在城市突发公共事件应急体系中，交通应急是其中的一个重要组成部分，是保障救援活动得以开展的基础和前提条件，安全、.通的交通对于提高应急响应能力、节约救援时间、降低人民群众的生命财产损失具有重要的作用。2005年，科技部在?“十一五”科技计划?中明确提出“交通安全保障关键共性技术”的研究目标是“建立铁路（轨道）、水运、公路和民航运输的安全监控预警、应急保障和救援服务系统，实现对运输全过程的安全监控，形成较为完善的应急反应体系，具备应对重大突发事故灾难的能力”。2005年1月，交通运输部颁布?公路水路交通科技发展战略?，其中明确指出包括交通应急处理技术在内的交通安全保障技术是“交通科技具有牵动性、前瞻性、关键性的战略重点”之一，提出到2020年实现“交通安全保障技术整体提高，在事故预防、应急反应、救助打捞等方面达到国际水平”的目标。

2011年，交通运输部在?交通运输“十二五”发展规划?中对道路交通应急管理和保障提出很高的要求，“要坚持预防与应急并重、常态与非常态结合的原则，建立健全应急管理组织体系，完善应急预案，加强应急队伍建设，切实强化交通运输安全和应急保障能力建设”，通过“十二五”期间的发展，“公路应急保障体系基本完善，应急指挥调度能力显著增强，一般灾害情况下公路抢通时间不超过24小时，公路应急救援到达时间不超过2小时”。
1.2 国内外研究现状与评述
1.2.1 道路交通应急疏散

理论与实践证明，疏散是道路交通应急响应阶段的重要职能之一。合理准确的区域疏散交通需求预测和有效的综合疏散交通控制策略，是最小化疏散时间和最大限度减少人民生命财产损失的重要保障。

疏散作为道路交通应急管理的重要组成部分，引起了广泛的关注，人们已从多角度、多层面开展了相关研究。道路交通应急疏散所涉及的主要问题可分为以下几类：应急疏散建模框架、应急疏散交通需求预测、应急疏散交通控制措施和应急疏散模型与仿真。
1.应急疏散建模框架

从交通工程角度考察由于自然灾害和人为灾害所导致的区域疏散研究，始于20世纪70年代末期。早期的工作主要围绕飓风的疏散问题（Urbanik，1978），而后人们又开始关注人为灾害的疏散问题，尤其是1979年3月8日美国宾夕法尼亚州的三里岛核事故发生后，核电站周围区域的疏散问题备受关注（CorpsofEngineers，1979）。

Lewis（1985）首次描述了飓风疏散交通需求预测的一般性方法，这与城市交通需求预测的方法是相对应的。他提出了疏散交通规划的一些关键性问题，包括疏散交通形式、疏散交通需求预测、疏散清空时间估计和交通控制方法。
Southworth（1991）对区域疏散建模进行了综述，指出区域疏散的建模过程应分为以下5个阶段：
（1）疏散交通需求预测子模型（包括疏散总人口数预测和疏散交通机动化程度预测）；
（2）疏散响应时间子模型（经常称为疏散交通加载率）；
（3）疏散目的地选择子模型；
（4）疏散交通路线分配子模型；
（5）疏散方案设定、分析和修正。

为了反映疏散需求和网络的动态特性，Barrett等（2000）提出了一个飓风疏散动态模型的框架，包括了需求的定义、模型框架的定义和一般性的操作方法。首先，根据最优化疏散系统性能的要求，定义了模型的功能需求，这要求模型能够存储和分析飓风信息、反映道路系统的变化和仿真管理策略以及确定交通需求的变化（包括动态出行生成、出行分布和路线选择）。模型的框架主要是基于以下思想：
（1）在理想条件下，也就是被疏散者行为能够被完全控制的情况下，通过优化得到最小疏散时间；

（2）基于疏散目的地选择、疏散交通方式选择、出发时间选择和路线选择得到用户最优疏散时间，在很大程度上超过了系统最优疏散时间，这时需要提出应急管理策略以使用户最优的选择向系统最优的疏散形式过渡，从而减少总疏散时间；
（3）更新路网和OD（OraginDestination，起会终点矩阵）数据来反映管理策略介入所导致的变化。

重复以上（1）～（3）步，直到预计疏散时间和系统最优疏散时间的差值在可接受的范围内为止。该框架既适用于疏散规划建模，也适用于实时疏散建模。

Franzese和Han（2001）提出了另一个飓风疏散的建模框架，即事故管理辅助决策系统（incidentmanagementdecisionaidsystem，IMDAS）。在该框架中，飓风疏散被分为以下几步：①根据所面临的灾害，将疏散区域划分为紧急响应区、保护区和预警区；②确定处于紧急疏散区的人口数，包括常住居民、旅游者和临时人口；③基于行为分析估计实际疏散的人口数，包含出发时间估计、终点选择和车辆使用率估计。通过以上3步输出一个动态OD表，连同疏散网络一起被输入到交通模型中，用于估计疏散效率（如疏散清空时间等）。该模型能够评价和对比不同的路径分配方案、终点选取方案、交通控制策略、交通管理策略、疏散者响应率和疏散出发时间。

Liu等（2006）指出疏散规划对于应急准备来说是非常重要的，但是在应急响应过程中，由于疏散面临着动态和不确定环境，很难给出合理的预测和判断。因此，他们结合动态网络建模技术和自适应控制技术，提出了基于实时交通管理的自适应控制模型（modelreferenceadaptivecontrol，MRAC），如图1-1所示。在该框架中，疏散交通网络被视为一个动态系统，系统状态可以通过现有的和紧急安置的数据采集装置来获取。在系统中，预先植入了一个动态交通分配（dynamictrafficassignment，DTA）模型，动态预测基于系统最优目标的预期交通状态。该模型为自适应控制提供了一个参照点，将预期要达到的系统最优状态和通过检测数据获取的当前路网交通状态输入到自适应控制模型中，从而产生实时的交通控制策略。

从疏散建模框架的演变可以看出，疏散建模框架逐渐从静态交通分配问题过渡到动态交通分配问题，疏散交通控制措施也由单一走向集成。
2.应急疏散交通需求预测

在疏散规划过程中，首先要明确疏散交通需求，在需求预测的基础上，才能设计有效的疏散交通管理控制措施。疏散交通需求预测就是估计疏散出行生成以及疏散过程中这些生成的出行将发生在何时。为了达到这个目标，需要对以下问题作出回答（Southworth，1991）：
（1）危险区域有多少人需要疏散？他们的分布状况如何？
（2）相应地，会有多少车辆参与疏散？
（3）他们将在什么时候开始疏散？

上述问题分别反映了疏散交通需求预测的3个阶段，是后续进行疏散目的地选择、疏散路径分配以及实施各种疏散交通管理控制措施的前提和基础。疏散交通需求预测包含以下3类信息：

（1）每个小区的总疏散需求，包括常住人口、临时人口和特殊设施人口。总疏散需求依赖于很多因素，比如土地使用类型、疏散发生的时刻和疏散的类型（强制型、建议型和自愿型）。预测方法包括标准的规划方法（Southworth，1991；AlamandGoulias，1999；Urbanik，2000；Dotsonetal.，2005）和基于回归的方法（Baker，1988；Irwinetal.，1995；RDS，1999；PBS&J，1992，2000；Mei，2002）。

（2）被疏散者对疏散指令的响应。这会影响到疏散交通需求在何时以某种形式加载到疏散路网上。以往的研究主要分为3种：动态加载曲线（Radwanetal.，1985；Tweedieetal.，1986；USACE，2000）、疏散响应时间分布（CovaandJohnson，2002）和疏散决策行为的回归模型（FuandWilmot，2004）。

（3）交通方式的选择。这主要依赖于被疏散者的社会经济特性（RontirisandCrous，2000；CovaandJohnson，2002）。
3.应急疏散交通控制措施

疏散交通控制措施主要分为供应控制措施和需求控制措施两个方面。前者包括疏散路径分配、逆行车道设计和关键疏散通道的信号控制，后者主要是指分阶段疏散。
1）疏散路径分配

在通行能力有限的区域路网内疏散能否顺利进行，取决于措施是否可靠，而疏散路径分配是合理利用有限路网通行能力的典型手段。目前，关于疏散路径分配的研究主要可分为3类。

（1）网络流模型。该方法将疏散小区定义为节点，路径定义为弧段，从而利用传统图论的优化方法对区域疏散问题进行刻画（DunnandNewton，1992；HamacherandTjandra，2001；CovaandJohnson，2003；Miller-HooksandPatterson，2004）。
（2）DTA模型（SattayhatewaandRan，2000；Liuetal.，2006）。

（3）其他模型。根据当前网络状态仿真驾驶员的路径选择行为建立的模型（Sheffietal.，1982；PiddandEglese，1996）。
2）逆行车道设计

逆行车道设计是指将全部或部分驶向受灾区域的车道变换为驶向安全方向的车道。尽管逆行车道设计在实践中得到了肯定，但是很少有文献关注应急条件下究竟该转换哪条车道的行驶方向。
3）关键疏散通道的信号控制

许多与疏散规划相关的文献都将干道信号控制作为整体疏散控制策略的一部分，目前大多数研究都借助仿真软件来评价各种疏散信号配时策略的有效性。
4）分阶段疏散

分阶段疏散是另外一种普遍采用的控制疏散交通流的措施。与逆行车道设计不同，分阶段疏散并不改变网络的拓扑结构，而主要是通过在一定的时间窗内合理分布疏散交通需求，从而最大限度地利用现有的疏散网络。在分阶段疏散中，按照灾害影响的演进和其他相关因素的预测，疏散的整个区域被分割成一些小的疏散区域。管理者给紧急程度较高的区域予以优先疏散权。分阶段疏散的主要决策问题是如何为不同的疏散区域分配疏散优先次序。
4.应急疏散模型与仿真

在交通工程领域对疏散规划的研究往往呈现出路径选择和交通仿真二者相结合的方式，目前已有一些商业化的疏散模型可供应急管理者使用，如表1-1所示。

这些模型多数可以估计疏散响应时间及选取目的地和疏散路径，还可以表征路段和交叉口处交通流的时空分布。许多模型都可以为分析者提供重复进行路径选择行为的实验环境，这种选择行为包括“短视的”（myopic）和“预先设定的”（pre-set）。分析者要么通过对交叉口绿灯时间和转向的调整来控制路径选择行为（例如，DYNEV提供了最详尽的设置选项），要么更加直接地使用路径选择效用函数，结合交叉口的控制逻辑来控制路径选择行为（如NETVAC、MASSVAC和EVACD）。

以往的疏散路径选择模型主要包括两类。第一类模型基于对个体车辆的移动（微观仿真）或者有限车辆所形成的交通流（中观仿真）进行仿真，形成相对简单的疏散者路径选择逻辑。第二类模型，称为“动态交通分配”，更关注于路径选择过程。它更多地依赖于对交通流的集计化，同时试图将交通需求按照路段和交叉口的通行能力进行分配，这称为“宏观”交通仿真。

国内关于疏散的研究相对不足，目前的研究主要集中在大型建筑物、地铁及其场站、大型集散场地等范围的疏散问题上，探讨疏散的策略、建筑物的设施布局以及人员疏散行为的仿真与分析等（肖国清和温丽敏，2001；徐高，2003）。因而国内研究的总体特点是主要考察建筑物疏散，且疏散的对象往往是人员而非机动车辆。此外，肖国清、高明霞与张钰等对城市道路交通应急疏散问题作了相

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