多突发事件耦合情况下路网可达性研究

罗勇刚 ，李 杰 ，王 富

（1.武汉市政工程设计研究院有限公司,湖北武汉430023；2.华中科技大学，湖北武汉 430074；3.武汉工业学院，湖北武汉 430070）

1 多突发事件耦合情况下路网特性及路网可达性概念

当多突发事件耦合时，路网的连通可靠性、通行时间可靠性和通行能力可靠性都会明显降低，路网平均车速会大大降低，道路会显得非常拥堵。这些都是多突发事件耦合情况下路网的主要特征，此时的路网是非常脆弱的，多突发事件耦合时候，路网对于应急救援、疏散发挥着至关重要的作用，因此有必要对多突发事件耦合情况下路网的可达性进行研究。

路网可达性有多种解释[1-3]，这里可以从两个方面来理解：一方面是出发的可达性，即从某一区域到城市其他区域的方便性；二是到达的可达性，即从城市其他各点、各区域到该点、该区域的方便性。前者我们称为可动性，后者我们称为易达性。正常情况下前者主要是针对城市各区居民的日常生活、工作出行等，后者主要是针对市中心、商业中心等交通吸引点。在突发事件耦合时，前者主要是针对各突发事件发生地，后者主要是各疏散目的地。

2 主要理论方法及研究步骤

本文的主要研究方法是先将城市分为若干交通小区，然后再根据标号法计算出各交通分区之间的最短路径，估算最短出行时间，再由分区间最短出行时间和各交通分区间机动车OD量利用Matlab编程计算出各分区的可动性和易达性。在此基础上可以分析整个区域的可达性[4]。接着考虑某类突发事件单独发生以及此类突发事件耦合时对城市路网可达性的影响。具体步骤如下。

定义出行时间矩阵和居民出行矩阵。

定义出行时间矩阵为S，Sij表示从分区i到分区j的最短出行时间；令居民出行矩阵为M，则表示从分区i到分区j的出行车辆数。

（1）定义可动性和易达性计算公式。

定义Si为i分区可动性指标，则

Si也可以理解为分区i居民出行的平均最短时间。如果该值越大，说明该分区的居民出行越困难，因此可动性就越差；如果该值越小，说明该分区居民出行越容易，可动性就越好。

定义为Sj分j区的易达性，则

Sj可以理解为城市居民到某分区j（例如购物中心）需要经过的最短时间的加权平均值。该值若越大，说明居民到达越困难，易达性越差；该值若越小，说明居民到达越容易，易达性越好。

（2）定义路网整体可达性。

定义S为城市路网整体可达性。综合反映城市居民出行的可动性和到达某区域的易达性。公式如下：

（3）获取路网资料，计算路网正常情况下路网可达性。

通过调查或者参考历史资料，得到某一路网的OD矩阵数据和路网各小区之间的距离等数据，由此推算出各小区之间的最短出行时间矩阵，在此基础上利用Matlab编程，利用上述公式计算正常情况下路网可达性。

（4）计算单一突发事件发生时路网可达性。

为了使计算更具有代表性，分别选取路网中OD量最大的两处，假设两处分别发生某类突发事件，并估算此类事件对路网出行量及出行时间的影响。在考虑这些影响的情况下分别计算出这两处发生某类突发事件时路网的可达性。

（5）计算两个突发事件耦合时路网可达性。

在步骤（5）的基础上，假设两处同时发生某类交通事故，用同样的方法估算事件对路网出行量及出行时间的影响，在此基础上计算两个突发事件耦合时路网的可达性。

3 个案研究

本文以经典路网美国南达科他州最大城市苏福尔斯（Sioux Falls）为例来分析。路网将Sioux Falls简化为24个交通小区，各小区之间的出行时间、车道数、车道宽度以及OD数据都很完整。由于该经典路网的OD出行矩阵是对称矩阵，其可动性和易达性计算结果相同。下面就仅以可动性来分析。

首先，利用Matlab编程计算正常情况下各小区的可动性，结果如表1。

利用Matlab计算出正常情况下路网可达性为8.8，即各小区的平均出行时间为8.8 min。

其次，计算单一事件发生后路网的可达性，路网中10小区和16小区交通量最大，分别计算10小区和16小区发生突发事件时路网的可达性。由于不同类型和不同规模的突发事件对路网的影响程度不同，只能具体事件具体分析，假设某小区突发事件发生后，与该小区相连接的路段出行时间加倍。同样通过编程分别计算出10小区和16小区的可动性，结果如表2、表3所示。

计算出10小区的可达性为10.3,16小区的可动性为9.2。即10小区发生事故后路网的平均出行时间为10.3 min，16小区发生事故后路网的平均出行时间为9.2 min。

最后，计算两个突发事件耦合时路网的可达性。当10小区和16小区同时发生突发事件时，同样假设某小区突发事件发生后，与该小区相连接的路段出行时间加倍计算方法与前面相同，计算结果如表4所示。

计算出路网的可达性为11.7，即当10小区和16小区同时发生突发事件时，各小区的平均出行时间为11.7 min。

表1 正常情况下各小区可动性

表2 10小区发生突发事件时各小区可动性

表3 16小区发生突发事件时各小区可动性

表4 10小区和16小区同时发生突发事件时各小区可动性

通过比较多突发事件耦合与单一事件对城市整体可达性影响，可知多突发事件耦合比单一事件发生时对城市路网可达性的影响要大得多。比较分析如表5。

表5 单一事件和多突发事件耦合对路网可达性影响分析

通过表5可以看出，17+4.5=21.5<33，多突发事件耦合时对路网整体可达性的影响会远大于单一事件对路网可达性影响的简单加和。

4 结语

本文首先定义路网可达性的计算方法，再利用Matlab编程计算工具，定量地描述了单一事件以及多突发事件耦合时对路网可达性的影响，从量的方面说明了多突发事件耦合比单一事件对路网可达性的影响要严重得多。本文在计算过程中对路网和OD出行进行了简化，要想得到更加精确的计算结果需要投入大量的人力、物力和财力，但本文的计算理论和方法可以用来分析多突发事件对路网可达性的影响。

[1]Pooler,J.A.The use of spatial separation in the measurement of transportation accessibility[J].Transportation Research,1995（29A）:421-427.

[2]李平华，陆玉麟.可达性研究的回顾与展望[J].地理科学进展，2005，24（3）:69-78.

[3]陈洁，陆锋，程昌秀.可达性度量方法及应用研究进展评述[J].地理科学进展，2007，26（5）:100-110.

[4]管志忠，刘永明.图论中最短路问题的MATLAB程序实现[J].安庆师范学院学报，2007（1）：26-29.