CN103106546A - 基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，包括以下步骤：建立区域疏散源集、集合点集、安置点集和疏散车辆集，根据制定的疏散应急预案建立疏散源和集合点之间的疏散关系；获得集合点人数-时间曲线，并建立集合点-安置点之间的疏散关系；规划应急运输单元的运行路径和应急运输单元的疏散运输任务列表；生成时段道路交通状况，模拟疏散运输任务执行，记录区域疏散过程数据；多次模拟后统计分析该时段区域疏散特征参数；获得多时段区域疏散特征参数，输出疏散能力评估表；根据疏散能力评估表获得最优的疏散应急预案。与现有技术相比，本发明具有快速有效、可为突发事件时应急管理提供有效的辅助决策等优点。

Description

基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法
技术领域
本发明涉及一种应急管理领域的评估方法，尤其是涉及一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法。
背景技术
自然灾害、化工及核泄漏和恐怖袭击对人民生命财产安全的威胁日益严重，提高应急疏散能力已经成为减少生命损失的重要举措。突发事件的应对能力，特别是应急疏散能力是区域规划评估，疏散预案制订的基础。以化工区规划为例，规划时必须考虑最严重化工泄漏事故时疏散情景，分析疏散需求，评估区域疏散能力，划定化工区的位置，并制定相应的疏散预案。对已经规划建设的化工区，其周围的居民区规划也必须在考虑疏散能力的基础上，规划道路系统，合理设置居民区布局及人口密度，从而最大限度保障生命安全。
目前，尚未形成完整有效的基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法。在规划建设阶段未有系统考虑区域疏散问题，如社区及居民区规划多考虑居民区内建筑物的生态环境、地质条件等条件，社区道路设置注重考虑日常出行等需求，虽设有人防引导标识，但对恐慌疏散状况下的大量人口疏散问题未考虑；区域交通规划中，多考虑日常通勤和货运车辆需求，较少考虑应急状态下区域救援及疏散相关交通需求。而在制订区域疏散预案时，为避免恐慌、组织复杂及花费巨大，难以通过演练评估实际疏散能力，应急预案实用性有限。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速有效、可为突发事件时应急管理提供有效的辅助决策的基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，包括以下步骤：
(1)选定目标区域，根据区域地形图获得区域建筑物分布，建立区域疏散源集、集合点集、安置点集；根据区域内公交路线信息和客运车辆信息，建立疏散车辆集；根据现有应急疏散预案建立疏散源和集合点之间的疏散对应关系；
(2)根据区域内典型建筑疏散演练数据，获取各时段区域人口从各类建筑物疏散的准备时间、下楼时间和步行集合时间，扩展计算生成各集合点人数-时间曲线；根据现有应急疏散预案建立集合点-安置点之间的疏散转运关系；
(3)将疏散车辆编组为应急运输单元，根据道路网络拓扑结构规划应急运输单元的运行路径；根据集合点的人数-时间曲线，规划应急运输单元的疏散运输任务列表；
(4)在模拟道路网络中重建道路车流状况，模拟疏散运输任务执行，记录区域疏散过程数据；
(5)重复步骤(3)和(4)，多次模拟后统计分析该时段区域疏散特征参数；
(6)重复步骤(2)到(5)，获得多时段区域疏散特征参数，并输出包括疏散能力量化指标的疏散能力评估表；
(7)根据疏散能力评估表将疏散能力最高的疏散应急预案选择为最优的疏散应急预案。
所述的步骤(2)中获得集合点的人数-时间曲线的具体步骤为：
(21)设集合点ESS[j]对应的疏散源集合为{B[i]|i＝1，...，n}，n为建筑物数量，建筑物B[i]到集合点ESS[j]的疏散路线距离为EL[i]；
(22)疏散开始，结合疏散源建筑物结构及演练数据，随机生成建筑物B[i]的准备时间Tp[i]：
(23)使用Müller公式Tb＝tl+P/(b·f0/0.6)计算各建筑物的清空时间Tb，其中，tl是人员通过楼梯下楼一层所需时间，P为建筑物内人数，b为等效楼梯宽度，f0为0.6米楼梯宽度疏散人流量；
(24)疏散集合过程中，通过人员平均步行疏散速度为Vfoot和疏散路线距离EL[i]联合计算步行集合时间Tf＝EL[i]/Vfoot；
(25)使用S曲线模型计算建筑物B[i]内人口疏散到集合点的集合人数变化关系Pi(t)，Pi(t)＝P0i/(1+Exp[-α·(t-β·(Tp+Tb+Tf))])，建筑物的最大疏散时间Tmax，i＝β·(Tp+Tb+Tf)+α-1ln(2P0i-1)，其中，P0i为建筑物内初始人数，α、β为社区培训因子，t为时间；
(26)重复步骤(22)到步骤(25)，计算集合点ESS[j]覆盖下所有建筑物的集合人数变化关系，加和计算集合点ESS[j]的人数-时间曲线关系，标示为P(t)|ESS，j＝∑i(Pi(t))；
(27)重复步骤(26)计算所有集合点的人数-时间曲线。
所述的疏散运输任务列表中的信息包括各运输任务的起始时间、起始位置、任务类型、运输人数、结束位置和结束时间。
所述的任务类型包括前往集合点、集合点装载、前往安置点和安置点卸载。
所述的步骤(3)中规划应急运输单元的疏散运输任务列表具体如下：
(31)根据应急响应特征将转换为应急状态后时间和地点相匹配的疏散车辆编组为应急运输单元{TU[m]|m＝1，...，M}，M为编成应急运输单元的数量；
(32)采用最小运行时间规则规划从各应急运输单元的初始位置到集合点的运行路径及时间和安置点与集合点之间往返运行路径及时间；
(33)建立应急运输单元-集合点关系矩阵，矩阵元素(a，b)，a为抵达时间，b为疏散计划率，疏散计划率＝(已计划疏散任务人数)/(预计集合总人数)；
(34)从关系矩阵中顺次提取应急运输单元和集合点，为该应急运输单元安排一轮针对该集合点的疏散行程，同时以疏散行程的结束时间及位置更新矩阵中的相关元素；
(35)重复步骤(34)直到所有集合点的疏散计划率大于等于100％时，任务规划结束。
所述的区域疏散特征参数包括内疏散过程的总时间、平均等待时间、启用车辆数以及安置点人数-时间曲线。
所述的疏散总时间是疏散命令发布到所有人员疏散安置完成的总时间；所述的平均等待时间是指疏散人员抵达集合点后到登车之前所等待时间的平均值；所述的安置点人数-时间曲线是指所有安置点总和人数与时间的曲线关系。
所述的多时段包括日间上班高峰时段、日间非高峰时段、日间下班高峰时段、夜间傍晚时段和夜间深夜凌晨时段。
所述的疏散能力量化指标包括30/60/90分钟疏散人数、全部清空人数、平均等待时间及安置点人数-时间曲线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明能通过计算快速有效地量化评估目标区域在政府主导的以大型客运车辆为运输工具的集中疏散时在不同时段对区域内人员的疏散安置能力；
2、本发明可通过输出疏散能力评估表指导区域疏散预案的修订，也可用于区域疏散的辅助决策，取得有益技术效果；
3、本发明用途广泛，疏散能力评估结果可作为区域安全评估的一部分，指导应急疏散设施设置的优化，道路系统规划的升级和完善等，取得更多有益技术效果。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明人员疏散集合过程流程示意图；
图3为本发明疏散单元编组及任务规划流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，该首先分析区域内建筑物、人口、集合点、安置点及车辆等分布情况；假定疏散命令下达后，根据时段特性建立社区疏散到集合点的集合人数-时间曲线，再将车辆编组为应急运输单元，规划运输单元的应急人员运输任务，并在社区道路系统上模拟区域疏散过程，多次模拟后分析该时段区域疏散特征；重复上述过程，对多个时段的区域疏散过程进行模拟分析，得到区域疏散能力的综合评估指标，从而选取最优的疏散应急方案。所得结果系统地量化提现了不同时段政府主导下以集中疏散方式执行的区域应急疏散能力。本发明中的区域疏散能力定义为，政府主导的以大型客运车辆为运输工具集中疏散时，使用区域所能调配的最大数量车辆，在各个典型时段能疏散安置的人数与时间的关系。
本发明的流程图如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤(1)，选定目标区域，根据区域地形图获得区域建筑物分布，建立区域疏散源集，包括区域内建筑物参数及其人口分布特征；建立疏散集合点集，主要包括各社区预置的疏散集合等车点信息以及其覆盖范围内各建筑物到集合点的步行疏散路径距离等；建立疏散安置点集，包括区域外可用于安置疏散人口的安置设施参数；根据区域内公交路线信息和客运车辆信息，建立疏散车辆集，这里的客运车辆指大中型客运车辆；根据制定的疏散应急预案建立疏散源和集合点之间的疏散关系。
步骤(2)，从区域内典型建筑小范围疏散演练结果获取某时段内区域人口疏散准备时间、疏散下楼时间和步行集合时间，获得集合点人数-时间曲线，并建立集合点-安置点之间的疏散关系。假想某时段发生突发事件，区域采用集中方式进行疏散，以社区为单位进行疏散通知。社区接到疏散通知以后，以各种通知方式发送疏散信息给社区居民。在此假设基础上，计算社区人口的疏散集合过程，过程如下：
(21)设集合点ESS[j]对应的疏散源集合为{B[i]|i＝1，...，n}，n为建筑物数量，建筑物B[i]到集合点ESS[j]的疏散路线距离为EL[i]；
(22)疏散开始，结合疏散源建筑物结构及演练数据，随机生成建筑物B[i]的准备时间Tp[i]：
(23)使用Müller公式Tb＝tl+P/(b·f0/0.6)计算各建筑物的清空时间Tb，其中，tl是人员通过楼梯下楼一层所需时间，P为建筑物内人数，b为等效楼梯宽度，f0为0.6米楼梯宽度疏散人流量；
(24)疏散集合过程中，通过人员平均步行疏散速度为Vfoot和疏散路线距离EL[i]联合计算步行集合时间Tf＝EL[i]/Vfoot；
(25)使用S曲线模型计算建筑物B[i]内人口疏散到集合点的集合人数变化关系Pi(t)，Pi(t)＝P0i/(1+Exp[-α·(t-β·(Tp+Tb+Tf))])，其中，P0i为建筑物内初始人数，t为时间，α、β为社区培训因子，β取值为1.5，α根据疏散演练结果拟合，一般取值在1～3之间，建筑物的最大疏散时间Tmax，i＝β·(Tp+Tb+Tf)+α-1ln(2P0i-1)；
(26)重复步骤(22)到步骤(25)，计算集合点ESS[j]覆盖下所有建筑物的集合人数变化关系，加和计算集合点ESS[j]的人数-时间曲线关系，标示为P(t)|ESS，j＝∑i(Pi(t))；
(27)重复步骤(26)计算所有集合点的人数-时间曲线。
步骤(3)，将疏散车辆编组为应急运输单元，根据道路网络拓扑结构规划应急运输单元的运行路径；根据集合点的人数-时间曲线，规划应急运输单元的疏散运输任务列表。将零散的疏散车辆编组为应急疏散运输单元，能有效减少疏散任务规划的复杂性，从而提高疏散指挥效率。疏散车辆来源广泛，包括公交车辆，单位自备客运车辆，甚至包括各类可临时转做客运的大型车辆。根据疏散车辆转换为应急状态后所在的位置及时间，聚类编组为不超过一定数量的应急疏散单元，统一执行人员运输安置任务。
所述的疏散运输任务列表中的信息包括各运输任务的起始时间、起始位置、任务类型、运输人数、结束位置和结束时间。所述的任务类型包括前往集合点、集合点装载、前往安置点和安置点卸载。
规划应急运输单元的疏散运输任务列表具体如下：
(31)根据应急响应特征将转换为应急状态后时间和地点相匹配的疏散车辆编组为应急运输单元{TU[m]|m＝1，...，M}，M为编成应急运输单元的数量；
(32)采用最小运行时间规则规划从各应急运输单元的初始位置到集合点的运行路径及时间和安置点与集合点之间往返运行路径及时间；
(33)建立应急运输单元-集合点关系矩阵，矩阵元素(a，b)，a为抵达时间，b为疏散计划率，疏散计划率＝(已计划疏散任务人数)/(预计集合总人数)；
(34)从关系矩阵中顺次提取应急运输单元和集合点，为该应急运输单元安排一轮针对该集合点的疏散行程，同时以疏散行程的结束时间及位置更新矩阵中的相关元素；
(35)重复步骤(34)直到所有集合点的疏散计划率大于等于100％时，任务规划结束。
步骤(4)，生成时段道路交通状况，模拟疏散运输任务执行，记录区域疏散过程数据。因为疏散集合过程的独立性，且在应急运输单元规划中存在随机性因素，只模拟疏散运输安置过程。在生成时段道路车流状况后，将应急运输单元按其初始时间位置依次加入道路系统，模拟其在道路系统中的运行以及在疏散集合点人员等车和安置点的人员下车过程。其中，道路本底非应急车流定期刷新状态，且考虑各运输单元在下一路段或目标集合点满时的等待行为，不考虑车辆在单元抵达安置点时的等待行为(即安置点车容量为无限大，对应安置点可以随意扩大停车范围方便人员下车)。疏散过程中统计各集合点的聚集人数变化、各安置点的安置人数变化，疏散模拟完成后统计疏散过程的总时间和平均等待时间等参数。
(5)重复步骤(3)和(4)，多次模拟后统计分析该时段区域疏散特征参数，包括内疏散过程的总时间、平均等待时间、启用车辆数以及安置点人数-时间曲线。
所述的疏散总时间是疏散命令发布到所有人员疏散安置完成的总时间；所述的平均等待时间是指疏散人员抵达集合点后到登车之前所等待时间的平均值；所述的安置点人数-时间曲线是指所有安置点总和人数与时间的曲线关系。
(6)重复步骤(2)到(5)，获得多时段区域疏散特征参数，并输出包括疏散能力量化指标的疏散能力评估表。所述的多时段包括日间上班高峰时段、日间非高峰时段、日间下班高峰时段、夜间傍晚时段和夜间深夜凌晨时段。所述的疏散能力量化指标包括30/60/90分钟疏散人数、全部清空人数、平均等待时间及安置点人数-时间曲线。疏散能力评估表如表1所示。
表格1区域疏散能力评估结果
Figure BDA00002832969000071
(7)根据疏散能力评估表将疏散能力最高的疏散应急预案选择为最优的疏散应急预案。
本发明提出的区域应急疏散能力评估方法能快速有效地量化评估目标区域在政府主导的以大型客运车辆为运输工具的集中疏散时在不同时段对对区域内人员的疏散安置能力。疏散能力评估结果能指导区域疏散预案的修订，也可用于区域疏散的辅助决策，取得有益技术效果。区域疏散能力评估还也可作为区域安全评估的一部分，指导急疏散设施设置的优化，道路系统规划的升级和完善等，取得更多有益技术效果。

Claims (9)

1.一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)选定目标区域，根据区域地形图获得区域建筑物分布，建立区域疏散源集、集合点集、安置点集；根据区域内公交路线信息和客运车辆信息，建立疏散车辆集；根据现有应急疏散预案建立疏散源和集合点之间的疏散对应关系；
(2)根据区域内典型建筑疏散演练数据，获取各时段区域人口从各类建筑物疏散的准备时间、下楼时间和步行集合时间，扩展计算生成各集合点人数-时间曲线；根据现有应急疏散预案建立集合点-安置点之间的疏散转运关系；
(3)将疏散车辆编组为应急运输单元，根据道路网络拓扑结构规划应急运输单元的运行路径；根据集合点的人数-时间曲线，规划应急运输单元的疏散运输任务列表；
(4)在模拟道路网络中重建道路车流状况，模拟疏散运输任务执行，记录区域疏散过程数据；
(5)重复步骤(3)和(4)，多次模拟后统计分析该时段区域疏散特征参数；
(6)重复步骤(2)到(5)，获得多时段区域疏散特征参数，并输出包括疏散能力量化指标的疏散能力评估表；
(7)根据疏散能力评估表将疏散能力最高的疏散应急预案选择为最优的疏散应急预案。
2.根据权利要求1所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的步骤(2)中获得集合点的人数-时间曲线的具体步骤为：
(21)设集合点ESS[j]对应的疏散源集合为{B[i]|i＝1，..，n}，n为建筑物数量，建筑物B[i]到集合点ESS[j]的疏散路线距离为EL[i]；
(22)疏散开始，结合疏散源建筑物结构及演练数据，随机生成建筑物B[i]的准备时间Tp[i]：
(23)使用Müller公式Tb＝tl+P/(b·f0/0.6)计算各建筑物的清空时间Tb，其中，tl是人员通过楼梯下楼一层所需时间，P为建筑物内人数，b为等效楼梯宽度，f0为0.6米楼梯宽度疏散人流量；
(24)疏散集合过程中，通过人员平均步行疏散速度为Vfoot和疏散路线距离EL[i]联合计算步行集合时间Tf＝EL[i]/Vfoot；
(25)使用S曲线模型计算建筑物B[i]内人口疏散到集合点的集合人数变化关系Pi(t)，Pi(t)＝P0i/(1+Exp[-α·(t-β·(Tp+Tb+Tf))])，建筑物的最大疏散时间Tmax，i＝β·(Tp+Tb+Tf)+α-1ln(2P0i-1)，其中，P0i为建筑物内初始人数，α、β为社区培训因子，t为时间；
(26)重复步骤(22)到步骤(25)，计算集合点ESS[j]覆盖下所有建筑物的集合人数变化关系，加和计算集合点ESS[j]的人数-时间曲线关系，标示为P(t)|ESS，j＝∑i(Pi(t))；
(27)重复步骤(26)计算所有集合点的人数-时间曲线。
3.根据权利要求1所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的疏散运输任务列表中的信息包括各运输任务的起始时间、起始位置、任务类型、运输人数、结束位置和结束时间。
4.根据权利要求3所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的任务类型包括前往集合点、集合点装载、前往安置点和安置点卸载。
5.根据权利要求1所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的步骤(3)中规划应急运输单元的疏散运输任务列表具体如下：
(31)根据应急响应特征将转换为应急状态后时间和地点相匹配的疏散车辆编组为应急运输单元{TU[m]|m＝1，...，M}，M为编成应急运输单元的数量；
(32)采用最小运行时间规则规划从各应急运输单元的初始位置到集合点的运行路径及时间和安置点与集合点之间往返运行路径及时间；
(33)建立应急运输单元-集合点关系矩阵，矩阵元素(a，b)，a为抵达时间，b为疏散计划率，疏散计划率＝(已计划疏散任务人数)/(预计集合总人数)；
(34)从关系矩阵中顺次提取应急运输单元和集合点，为该应急运输单元安排一轮针对该集合点的疏散行程，同时以疏散行程的结束时间及位置更新矩阵中的相关元素；
(35)重复步骤(34)直到所有集合点的疏散计划率大于等于100％时，任务规划结束。
6.根据权利要求1所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的区域疏散特征参数包括内疏散过程的总时间、平均等待时间、启用车辆数以及安置点人数-时间曲线。
7.根据权利要求6所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的疏散总时间是疏散命令发布到所有人员疏散安置完成的总时间；所述的平均等待时间是指疏散人员抵达集合点后到登车之前所等待时间的平均值；所述的安置点人数-时间曲线是指所有安置点总和人数与时间的曲线关系。
8.根据权利要求1所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的多时段包括日间上班高峰时段、日间非高峰时段、日间下班高峰时段、夜间傍晚时段和夜间深夜凌晨时段。
9.根据权利要求1所述的一种基于区域应急疏散能力评估的疏散应急方案选择方法，其特征在于，所述的疏散能力量化指标包括30/60/90分钟疏散人数、全部清空人数、平均等待时间及安置点人数-时间曲线。
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