面向疏散路网失效的洪水灾害区域疏散管理研究

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洪水灾害是非常普遍且死亡率较高的自然灾害之一,很多普通气象(降雨,融雪)或其他灾害(飓风,海啸)都会引发洪水灾害,同时洪水灾害也可能引发其他次生灾害,如山洪,泥石流等。其发生频率高,持续时间长,造成的人员及经济损失也相对较大,据美国NWS的报告显示,仅美国平均每年就有大约107人在洪水灾害中丧生,并且其中有近半数的人是在驾车逃离洪泛地区时溺死在被水淹没的道路上。我们无法阻止灾害的发生,只能尽可能的减少它所造成的损失。实施大规模应急疏散被认为是科学防灾、主动避险的有效途径,因此被越来越多地关注。研究应急疏散管理的目的是要整合各种资源包括气象、道路、车辆、团体组织等,并充分利用可知信息服务于疏散活动,主要任务包括洪水发生前和发生初期的疏散设计、计划以及各阶段疏散策略的评价和调整。  本文以提出洪水灾害疏散管理问题,预测疏散交通需求生成量,保障疏散路网交通服务供给能力,规划疏散路径策略,实证分析为研究脉络,将着重对个体疏散决策行为导致疏散交通需求的变化,疏散路网失效导致路网服务能力的变化及有限时间内的疏散路径规划三部分内容进行研究。首先从疏散交通需求角度,在分析了个体、知识、社会及环境的因素对个体疏散决策的影响效应的基础上,基于累积前景理论构建描述差异性个体疏散者的疏散决策选择行为的CRPV模型,疏散个体通过掌握的路网信息根据自身判断何时进入到疏散路网中参与疏散是价值最大的来做出疏散决定。通过量化差异性个体疏散者对疏散决策选择的风险时间感知度来确定个体疏散者的微观决策行为,回答了什么人会参与疏散,有多少人会参与疏散,会产生多大规模的交通量的问题。  从疏散供给的角度,以疏散路网为研究对象,将对信息领域网络的抗毁性研究引申到灾害情景下的道路疏散路网可靠性研究上,分析疏散路网的失效机理,探讨在疏散路网出现部分路段或节点失效时如何保障其服务能力,确定哪些路段及节点是造成疏散路网级联失效的导火索,在有限的道路条件下构建一个抗毁性强的疏散路网。  在需求预测和疏散路网设计的基础上,应用元胞传输理论,以最短化疏散系统的时间(包括疏散路网清空时间、路径上的总绕行时间及平均疏散时间)及在有限时间内疏散最大车辆数为目标建立多目标疏散路径规划模型,以获得在不同疏散阶段的差异化的疏散需求下,在既定的疏散路网上搜寻最优的疏散路径,并且保证疏散安全和快速的疏散策略。  最后以哈尔滨市沿松花江的部分区域路网为实例,展开洪水灾害情景下的应急疏散规划实例的仿真应用研究,根据研究区域内人口数、居民结构、拥有车辆数判断了不同疏散阶段的疏散小区的生成交通量,根据研究区域的道路拓扑结构和路段上的历史交通流量信息判断出这一区域路网的关键节点和路段,并通过删除节点、路段或建立备选路径的方式设计了适用于疏散要求的疏散路网,应用多目标疏散路径规划模型在研究路网上给出了最优的疏散路径策略,可应对因城市局部地区泄洪而引起的小范围的疏散以及由于松花江水位上涨导致超过水坝警戒线引起的大范围城市居民的应急疏散。以期为未来洪水灾害的应急疏散规划与实施提供科学理论依据与实践借鉴。  本文以国内外相关研究成果为基础,以调查统计、行为分析、优化建模为研究手段,从疏散需求角度研究灾害条件下疏散个体的疏散决策选择中的关键问题,从疏散供给角度研究疏散路网如何在结构、容量上满足疏散需求,识别网络关键点,从网络构建角度加强网络保护,提高疏散路网的抗毁性,以供需平衡为基础,以实现系统最优为目标建立制定疏散策略,在理论层面上具有一定的创新和承接意义,在实践应用层面对于提升城市应急管理实践的科学水平、提高城市及区域应对灾害事件的响应效率也具有重要的现实意义。
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