可预知灾难性事件下城市群应急交通疏散模型及分析

摘要

过去的几十年以来，全球气候不断变化，气温不断升高，冰川融化，海平面上升，近十年以来海啸、飓风（我国称之为台风）频繁发生，袭击全球各地沿海区域，造成人员丧生和财产损失。诸如袭击中国上海、浙江、福建等地的台风，袭击美国密西西比州、路易斯安那州、德克萨斯州的飓风katrina、Rita、Ike、Gustav等。全球气候变暖、海啸飓风爆发频率增加的同时，城市化进程不断进行:海岸线人口不断增加、集聚，随之带来城市发展的一个现象:城市群(mega region)的形成。
　　近五十年来，全球人口不断增长，在一些区域，原本相距较远的单独城市，城市人口和城市规模不断增长，多个城市最终连接成人口分布在较广区域，延续几百公里的城市组团，其被称为城市群。目前，我国有三个典型城市群:长三角城市群、珠三角城市群和环渤海城市群;美国有两个典型的城市群:波士顿-纽约-费城-巴尔的摩-华盛顿哥伦比亚特区城市群、南加州圣地亚哥-洛杉矶城市群和多个潜在的城市群。在世界范围内，类似的城市群在印度、巴西、日本、南非、欧洲等世界各地迅速扩张和发展。
　　伴随着全球气候变暖、灾难性事件的频发和城市群的快速发展。突发性气候灾难威胁城市群数以百万的人口的可能性在不断增加。灾难性事件下应急管理方法之一是采用大区域交通疏散，将危险区域的人员疏散到安全区域，即应急交通疏散。然而，包括数百万车辆，数千万人口的城市群应急交通疏散尚未被研究者纳入实际研究领域，本研究将就城市群应急交通疏散的模型构建、分析方法作一个初步的探索。
　　本文提出城市群应急交通疏散模型参数要求和四阶段建模步骤，构建一个城市群应急交通疏散微观仿真模型，该仿真模型将被用于城市群的应急交通疏散研究。研究中使用一个理论上的城市群，即墨西哥湾城市群（路易斯安娜州新奥尔良大都市圈延伸至德克萨斯州休斯敦大都市圈）作为研究区域，尽管该城市群的规模尚不够巨大，但其仍涵盖了1200万人口，且在未来时间内，人口还会继续增加;选择该区域的另一原因在于研究者所在课题组已经构建过新奥尔良区域的交通仿真模型，因而，在现有研究基础上，可以将模型区域向西扩展，进而构建一个涵盖6个大都市圈的城市群应急交通疏散模型。
　　该模型融合地理信息系统，疏散需求预测模型和交通仿真分析平台(The Transportation Analysis and Simulation System，TRANSIMS)构建，能够整合利用现有的人口数据和地理信息数据来构建人口和网络信息，模型弹性(较)好，能够适应未来人口增长和道路网络的变化。研究中，构建虚拟飓风情境，进行模型实验再现疏散演化过程，人口变化、道路网络、疏散者行为以及区域管理策略都将被测试，以研究上述变量和交通系统表现之间的关系。从中得出在不同情形下的关键通道速度时空分布图，流量时空分布图，网络瓶颈位置，网络清空时间，宏观网络交通有效性指标等。进一步分析表明:疏散交通需求、交通管理策略对于交通表现指标有决定性的作用，通过曲线拟合的方法，构建了网络交通表现函数，以预测在不同的疏散需求和管理策略组合下，城市群道路网络的综合表现指标值，以及在需求和管理策略发生变化的情况下，城市群道路网络的疏散交通状况会发生何种改变，研究了网络清空时间的数学分布和分区域分时段疏散策略制定的数学方法，基于此提出了城市群应急交通疏散策略制定方法和步骤，为应急交通管理者和决策者提供信息支撑，做出合理决策。
　　由于飓风的多发性和典型性，人们在飓风下的疏散行为和其他可预知灾难性事件下的行为类似，以上研究成果不仅有助于人们更加深入理解城市群应急交通疏散现象，而且可以将其应用于不同区域，人口、道路网络结构城市群，包括飓风在类的可预知灾难性事件下的应急交通规划、管理和分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景

1．2 问题描述

1．3 研究目标及内容

1．4 研究方法及技术路线

1．5 研究贡献及成果

1．6 本章小结

第2章 文献综述

2．1 疏散交通建模

2．1．1 宏观交通模型

2．1．2 微观交通模型

2．1．3 中观模型

2．2 区域疏散分析

2．2．1 疏散交通流分析

2．2．2 疏散行为研究

2．2．3 疏散管理策略分析

2．3 国内相关研究

2．3．1 疏散需求预测模型

2．3．2 疏散路径选择及交通分配模型

2．3．3 疏散管理策略研究

2．4 研究必要性

2．5 本章小结

第3章 城市群应急交通疏散模型

3．1 数据处理

3．1．1 道路网络数据

3．1．2 家庭统计数据合成

3．2 城市群道路网络模型

3．2．1 网络模型构建

3．2．2 基于个人活动的交通出行模型

3．3 疏散需求预测

3．3．1 出行曲线模型

3．3．2 目的地选择模型

3．3．3 模型可移植性探讨

3．3．4 动态OD表格

3．4 疏散路径选择及交通仿真

3．4．1 假设条件

3．4．2 疏散路径选择

3．4．3 疏散交通仿真

3．5 模型参数调整及验证

3．5．1 模型参数调整

3．5．2 模型验证

3．6 分析方法

3．6．1 回归分析

3．6．2 假设检验

3．6．3 曲线拟合

3．7 本章小结

第4章 城市群应急交通疏散演化过程

4．1 虚拟飓风情景和管理策略

4．1．1 虚拟情景构建

4．1．2 疏散管理策略

4．1．3 疏散情景模拟

4．2 交通拥挤程度

4．2．1 场景1-2速度分布图

4．2．2 场景4速度分布图

4．2．3 场景5-6速度分布图

4．3 网络中主要通道的车流量

4．3．1 从新奥尔良向西的车流量分布

4．3．2 从新奥尔良向北(哈蒙德)车流量分布

4．3．3 新奥尔良向东北和新奥尔良向东的车流量分布

4．3．4 拉法叶向北的车流量分布

4．3．5 查尔斯河向北车流量分布

4．3．6 巴吞鲁日向北车流量分布

4．4 城市群路网瓶颈位置及分析

4．5 宏观交通有效性指标(Macro MOE)

4．5．1 宏观交通表现指标量度说明

4．5．2 每个场景中的宏观交通表现指标

4．6 网络清空时间(CT)

4．6．1 危险区域

4．6．2 计算方法

4．7 本章小结

第5章 城市群应急交通疏散分析

5．1 网络交通表现

5．1．1 网络交通表现函数分析

5．1．2 网络疏散容量

5．2 网络清空时间

5．2．1 网络清空时间(CT)分布的T检验

5．2．2 疏散时间表述

5．3 分区域分时段疏散策略

5．3．1 城市群分区

5．3．2 仿真结果分析

5．4 应急疏散策略

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录1

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果