专利名称：：道路应急疏散能力指标体系的计算方法及系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及交通监管
技术领域：
，尤其涉及一种道路应急疏散能力指标体系的计算方法及系统。
背景技术：
：在交通领域，国际上一些城市采用不同指标从不同角度整体评价道路交通运行质《2002上海城市综合交通发展报告》中采用了道路交通指数来反映城市道路系统运行质量、服务水平状况。道路交通指数是根据机动车运行速度与道路饱和度等指标综合计算而成的。指数越大表明交通运行质量越好、道路资源利用率越高、交通安全性越好。理论上指数达到1000点交通综合服务状况最好。针对应急管理过程的四个阶段，美国联邦紧急事务管理局在其刊出的报告StateCapabilityAssessmentforReadiness(CAR)中，对其国家灾害准备能力评价做出了详细的论述。中国安全生产科学研究院通过对城市重大事故应急能力评估指标及评估方法的研究，初步提出我国城市突发公共事件应急能力评估体系，该体系包括18个一级指标、67个二级指标和405个三级指标。在应急预防阶段分为管理部门应急评价指标、工作人员应急评价指标、救援设备评价指标、避难所评价指标等。在应急交通疏散过程中也有相应的评价指标，主要涉及四大板块设备因素、人员因素、管理因素、环境因素。本发明主要针对应急救援过程中道路的应急能力进行分析。目前对道路应急能力方面的评价指标也有一些研究。张铭等人在《城市轨道交通应急救援能力的评价》中提出了城市轨道交通应急救援能力的评价指标系统，描述了应急救援能力涉及的各方面的指标，但忽略了道路环境在应急救援过程中的重要性。在突发事件发生后，道路作为抢险救灾、挽救生命和财产损失的必要通道，道路的运行状态及应急通过能力是应急救援过程顺利进行的保障。对应急交通评价指标体系研究，除评价日常交通状态的交通流基本指标外，出现一系列基于概率的可靠性指标。应急突发情况的本质特征是路网状态的随机性，要合理反映交通系统的随机性特征，就必须使用概率测度。可靠性作为一种概率测度适用于表征应急突发事件状况的各指标大小，是反映应急情况下道路交通运行特征的有力工具。目前可以应用于应急道路交通状态识别的可靠性指标有连通可靠度、畅通可靠度、出行时间可靠度、行程时间可靠度、通行能力可靠度、潜在可靠度等。从目前研究现状来说，微观道路日常交通状态评价指标已经相当成熟，并开始转向中宏观区域的研究，而突发事件发生后，第一时间考虑的是疏散救援工作，道路交通的安全性、畅通性是保证应急工作顺利进行的基本保证。常用的道路服务水平评价指标和体系不能很好地满足突发事件下道路使用者和交通管理者的要求，缺乏一套有效地评价道路应急疏散能力指标体系，为道路使用者提供指导，为交通管理者提供决策支持。
发明内容本发明的目的在于提供一种道路应急疏散能力指标体系的计算方法及系统。基于该方法，可以更加准确的准确反映应急交通状态下道路的应急疏散能力。现有的常态下的道路交通评价方法中，主要涉及速度，畅通可靠度、行程时间可靠度三个方面的获取。各指标在应急疏散能力评价中的含义现说明如下1)关于速度表征微观道路交通流状态的基本交通流数据一般为速度、流量、占有率。在突发事件时，要保证速度的可靠性，道路的行程速度越快，就越有利于用于应急救援活动。而相比之下，流量单指标的大小不能作为道路状况的评价指标，流量大，一种是密度小，瞬时通过的车辆数多；一种是流量大，道路一致处于拥挤状态。这样的单指标数据无法作为评价能否应急交通的标准。同样通过占有率单指标的大小也有一定的弊端，占有率的大可能道路正处于拥挤状态，也有可能是处于畅通状态，流量大，道路的时间、空间占有率大。正常交通状态下的道路的行驶速度是道路使用者进行路径选择的重要参考依据。而在应急交通过程中，道路的速度又是决定救援效率的有效保障。速度越快，用于应急交通疏散、救援的可能性越大。2)关于道路畅通可靠度道路畅通可靠度用来描述道路某时刻处于畅通可能性的大小，是该道路历史交通状况的一个度量，其建立在交通供给和交通需求之间关系的基础上，可以有效反映道路交通运行状态的随机性。实际情况中，路网往往都能保持连通，但由于交通流随机变化而并非能保持一直畅通，因此可能造成救援车辆无法及时到达事发地点。根据救援的高效率要求，引进了畅通可靠度。通常情况下，畅通的描述可以从道路服务水平等级来界定，即服务水平等级在A、B、C、D级的道路即为畅通道路。正常情况下畅通可靠度大道路，用于应急疏散的效果就越明显。3)关于行程时间可靠度行程时间可靠度用来描述道路完成预定行程任务的概率，反映了道路时间效率，对应急交通路径选择有重要参考意义。在突发事件下，道路发生不同程度实时的破坏，人们关注的不仅仅是速度的快慢，还包括行程时间的波动，希望在行程时间有保障的前提下选择速度较快的道路，目的是减少出行时间的波动程度，保证准点到达目的地的概率较大。但是，道路应急疏散能力评价与现有的常态下的交通评价侧重点不同。道路应急疏散能力评价要将将安全性、可靠性置于首要地位，既能够反映道路使用者的主观感受，又能对道路的利用程度、饱和程度做出客观的描述。本发明提出了道路负荷裕度的评价方法，道路负荷裕度描述了道路的使用效能，反映了道路资源在空间上的利用率，因此，可以为交通疏导提供依据。—方面，本发明提供了一种道路应急疏散能力指标体系的计算方法，该方法包括如下步骤通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率；依据所述道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度；其中，所述负荷裕度为所述道路剩余交通流与道路最大交通流比值；所述道路剩余交通流为所述道路最大交通流与所述道路实际流量之差。上述指标体系的计算方法中，所述负荷裕度包括时间负荷裕度，用于从时间角度衡量所述道路的应急承载能力，具体为gl(t)=l-occ(t)，其中，gl(t)为所述道路在t时刻的时间负荷裕度，occ(t)为所述通过微波检测器检测获取的所述时间占有率。上述指标体系的计算方法中，所述负荷裕度还包括空间负荷裕度，用于从剩余承载空间的角度衡量所述道路的应急疏散通行能力，具体为g2W=l-，其中，&(t)为所述道路在t时刻的空间负荷裕度，v(t)为道路在t时刻的实际流量，c为所述道路的最大实际通行能力。另一方面，本发明提供了一种道路应急疏散能力指标体系的计算系统，该系统包括基本参数获取模块和统计参数获取模块。基本参数获取模块用于通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率；统计参数获取模块用于依据所述道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度；其中，所述统计参数获取模块中，所述负荷裕度为所述道路剩余交通流与道路最大交通流比值；所述道路剩余交通流为所述道路最大交通流与所述道路实际流量之差。在上述指标体系的计算系统中，所述负荷裕度包括时间负荷裕度，用于从时间角度衡量所述道路的应急承载能力，具体为gl(t)=l-occ(t)，其中，gl(t)为所述道路在t时刻的时间负荷裕度，occ(t)为所述通过微波检测器检测获取的所述时间占有率。在上述指标体系的计算系统中，所述负荷裕度还包括空间负荷裕度，用于从剩余承载空间的角度衡量所述道路的应急疏散通行能力，具体为&(0=1-，其中，gjt)为所述道路在t时刻的空间负荷裕度，V(t)为道路在t时刻的实际流量，C为所述道路的最大实际通行能力。相对于现有技术，本发明结合交通流特性和道路可靠性分析的方法，增加了获取统计指标道路负荷裕度的步骤，从交通管理部门角度出发，确定目前道路的剩余承载力，这样，当突发事件发生时，交管人员可以获取道路的使用效能，知悉道路资源在空间上的利用率，从而可以使交管人员及时准确的掌握道路还能够分担的交通量，对突发事件救援、指挥、疏导有重要的指导意义。图1为根据本发明道路应急疏散能力指标体系的计算方法实施例的步骤流程图；图2为根据本发明道路应急疏散能力指标体系的结构框图；图3为根据本发明道路应急疏散能力指标体系的计算系统实施例的结构框图。具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。道路应急疏散能力指标体系的计算方法实施例参照图1，图1为根据本发明道路应急疏散能力指标体系的计算方法实施例的步骤流程图，包括如下步骤步骤110:通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率；步骤120:依据所述道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度。在该步骤中，负荷裕度为所述道路剩余交通流与道路最大交通流比值；所述道路剩余交通流为所述道路最大交通流与所述道路实际流量之差。本实施例中，结合交通流特性和道路可靠性分析的方法，增加了获取统计指标道路负荷裕度的步骤，从交通管理部门角度出发，确定目前道路的剩余承载力，这样，当突发事件发生时，交管人员可以获取道路的使用效能，知悉道路资源在空间上的利用率，从而可以使交管人员及时准确的掌握道路还能够分担的交通量，对突发事件救援、指挥、疏导有重要的指导意义。在一个实施例中，负荷裕度可以包括时间负荷裕度和空间负荷裕度，时间负荷裕度用于从时间角度衡量所述道路的应急承载能力，具体为gl(t)=l-0CC(t)。其中，gjt)为所述道路在t时刻的时间负荷裕度，occ(t)为所述通过微波检测器检测获取的所述时间占有率。空间负荷裕度用于从剩余承载空间的角度衡量所述道路的应急疏散通行能力，具体为&(0=1_，其中，&(t)为所述道路在t时刻的空间负荷裕度，v(t)为道路在t时刻的实际流量，c为所述道路的最大实际通行能力。参照图2，图2为根据本发明道路应急疏散能力指标体系的结构框图，从图2可以看出，本发明涉及需要确定五个指标速度、畅通可靠度、行程时间可靠度、时间负荷裕度和空间负荷裕度。下面详细说明上述五个参数指标的确定方法。上述五个参数指标都是极大型指标，度越大，各类应急能力越强。1)速度速度是经典的交通监测指标，在本实施例中检测器每2min统计一次数据，速度为2min内所有车辆的速度加权平均值。2)道路畅通可靠度该指标的计算方法引自梁颖等人的《城市路网畅通可靠性分析》，该论文中涉及两种方法，这两种方法都可以用来确定道路畅通可靠度。第一种方法计算公式(虛)3+A^)2+W虛)+Wc,c,c,.其中，&(t)为突发事件下道路i在t时刻的畅通可靠度；Vi(t)为道路i在t时刻的实际交通流量；Ci为道路i的最大实际通行能力；从实际交通流数据出发，定义稳定畅通交通流所对应的流量为实际最大通行能力。Vi(t)/Ci定义为空间占有率，存在大于1的情况出现。在现实道路交通中的车头间距较规定小，且车流率很大时，即会出现上述大于l的情况，但不多见为不稳定现象。表1为统计数据得到的快速路不同车道数的最大实际通行能力。表1快速路车道实际通行能力<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>需要说明的是，a，|3，Y均为待定系数，"为待定常数。不同的城市，根据相应的交通流数据统计得到其道路单元饱和度和畅通可靠度之间的关系表达式。表2为针对北京市道路空间占有率与畅通可靠度之间的对应关系。表2北京市不同等级道路空间占有率与畅通可靠度之间的关系<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>畅通可靠度的阈值应该界定为(O，l)之间，若实际算得的畅通可靠度fi(t)《O则fi(t)=0;fi(t)>l，则fjt)=1。通过畅通角度描述道路的交通状态。此变量描述某一时刻的道路交通畅通率。通常情况下，畅通的描述可以从道路服务水平等级来界定，即服务水平等级在A、B、C、D级的道路即为畅通道路。由于目前服务水平评级指标及等级的确定存在很大的争议，所以本发明从基础交通流数据分析。畅通可靠度是道路长期的固有的上下波动不大的服务水平等级优良的数值表现，当上下班时间、重大社会或集体事件时，可能会出现重大波动。某道路发生突发事件时，该道路及其一次连接甚至二三次连接道路的畅通可靠度会降低。第二种计算方法从道路服务水平等级的历史数据着手，判断道路的畅通与否。道路的畅通可靠度用前一时刻之前所有时刻的道路交通状态来描述，以30天统计一次，计算方法为一1o,数；其中，="(^Q^-)￡04、&e、"W为日常交通状态下，道路的畅通可靠度。n(t){los(i)G(A、B、C、D)}为30个统计天数内道路在i时刻的处于畅通的次该指标与道路交通服务水平相关，假设道路单元运营状态(道路或交叉口)只有畅通和不畅通两种状态，这里定义道路服务水平等级为A、B、C、D为畅通道路。&(t)——突发事件时t时刻道路i的畅通可靠度；fri(t)——正常路况下t时刻道路i的畅通可靠度；los(i)——道路i服务水平等级；"—突发事件时的调整参数；1——连接道路与突发事件之间的距离(km)。通常情况下，los可以视情况，取速度、流量、密度、占有率等指标或这些指标的组合。在本发明中是采用速度、流量、占有率的综合指标来评价道路交通状态。用第一种方法求解道路畅通可靠度。由于第一种方法中参数固定化，不利于其他城市的参考应用。若数据充足建议使用第二种方法，从道路畅通的概率角度，评价道路的畅通可靠度。3)行程时间可靠度该指标的计算方法引自徐良《交通运输网络可靠性研究分析》。计算公式r。(x。^p(a、)S^O，其中，ra(xa)为道路a上的行程时间可靠度；xa为道路的实际交通流量；ta°为理想状况下的道路的a的自由行驶时间AC=la为道路a的长度，v。为自由流速度，快速路一般取80km/h，主干路一般取60km/h;ea为道路a的阻塞系数ea>l，道路阻塞系数是动态浮动变化的，它与单位时间内某个道路道路交通负荷直接联系，这里用道路的服务水平来界定ea的取值由历史数据分析得到。表3服务水平等级划分8服务水平ABCDEF等级9a(1，1.2)(1.2，1.5)(1.5，2.0)(2.0，3.8)(3.8，4.6)(4.6，6.5)本发明从历史数据平均得到9a对应与服务水平等级ABCDEF，分别取1.15，1.30，1.75，3.10，4.30，5.80。即:表4参数取值对应表服务水平等级ABCDEF1.151.301.653.104.305.80、11.1891.4431.9342.1662.378以BPR函数作为道路出行时间函数，即，"x")=《[l+其中，a禾Pp为BPR函数的参数，一般a=0.15，P=4.0，ca为道路a的通行能力。则可以得到行程时间可靠度^》p[c。h。/(^Z1)》]由于道路通行能力是一个随机变量，它必然要服从某种概率分布，这种分布可以通过历史统计资料得到。道路的流量是随机变化的，所以不妨假定各道路流量的变化是相互独立的，且可以认为是连续的，通过对北京市城市道路的高峰小时流量的分析，实时交通流量需求V符合正态分布，而实际通行能力ca作为一随机变量，它的分布初步假定同样符合正态分布。通过历史数据分析得到，其特征值P(均值)大小即P=3550，标准差o=1446。ca服从正态分布即caN(3550，14462)，令r"=(^!)=(^^)4将其标"or0.15准化为Ca=(ca-3550)/1446N(O，l)在实际运算过程中，xa为截面交通流量，则^)=^&A"]=1-①((王"-3550),446)4)道路负荷裕度指标的含义及计算方法如下给出道路负荷度的定义道路负荷度为某一时刻道路按空间分布的交通参数与最大实际交通流参数的比值。进而，给出道路负荷裕度定义为道路某剩余交通流参数与道路实际最大交通流比值。道路负荷度计算公式为g,W=，So其中，gi(t)为t时刻道路i的空间负荷度；bi(t)-t时刻道路i的实际交通流参数；ei。-道路i的实际最大交通流参数。b，e可以用密度、占有率、流率、速度等指标或这些指标的组合，以及道路特性参数表示。(1)当b和e采用密度指标时，该指标的计算公式如下bi(t)=aiDi(t)e,0=max",其中，ai为道路i的道路特性参数，一般来说，是指道路的几何特性参数A(t)为道路i在t时刻的密度。(2)当b和e采用时间占有率指标时，该指标的计算公式如下bi(t)=ai&(t)e,0=max,'7;(0其中，ai为该道路的道路特性参数。Tjt)道路i在t时刻的时间占有率。(3)当b和e采用空间占有率指标时，该指标的计算公式如下bi(t)=aiSi(t)e,o=max",-5",0)其中，ai为该道路的道路特性参数。Sjt)道路i在t时刻的空间占有率。(4)当b和e采用流率指标时，该指标的计算公式如下巧(a当交通流处于非阻塞状态时max(巧O))_巧(0，当交通流处于阻塞状态时、/——GOe,O)-max(巧O))其中，Fjt)道路i在t时刻的空间占有率。(5)当b和e采用速度指标时，该指标的计算公式如下6")max(7'0))—K0)e,其中，Vjt)道路i在t时刻的空间占有率。下面根据道路负荷度给出道路负荷裕度计算公式g,'(0=l-g,(0=l-fe/0，其中，g'i(t)-道路负荷裕度；在本发明中，b和e取当前时间占有率和实际最大时间占有率即l，是从时间角度衡量道路的应急承载能力；另一种取当前流量与实际最大通行能力，从道路剩余承载空间的角度衡量道路的应急疏散通行能力。即g'u(t)=l-gn(t)=l-0CCi(t)，g;2w=i-g,2w=i-虛下面，基于上述方法，给出一个具体实例，该实例结合时间负荷裕度和空间负荷裕度对采集的各个道路的交通数据进行应急疏散能力的评价。首先，从微波检测器检测到的实际真实的交通流数据-速度、流量、时间占有率着手，保证评价指标值的客观性。然后，选定一定的区域，提取2009年4月14日的早6:00-20:00的数据并进行预处理。选择时间定为周二(非周末及节假日)时间，检测器检测时间间隔为2min。由于在实际检测过程中，会出现数据失真的情况，所以要剔除部分不稳定、不可靠、重复的数据，如速度大于120km/h(因为快速路的设计畅通自由流速度为80km/h)，占有率大于1的数据等等。随机选取150条道路，从数据库中共提取65540条数据，根据以上条件处理后，挑选用于分析的数据共60000条。选定基础数据后，应用指标运算公式算得各道路的评价指标值，部分数据结果如表5所示表5应急疏散能力指标体系数据示例11<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>其中timeO表示时间负荷裕度；free为畅通可靠度；travel为行程时间可靠度；space为空间负荷裕度；L0S为日常状态下的道路交通服务水平。道路应急疏散能力指标体系的计算系统实施例参照图3，图3为根据本发明道路应急疏散能力指标体系的计算系统实施例的结构框图，道路应急疏散能力评价系统30包括基本参数获取模块310，用于通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率。统计参数获取模块320，用于依据道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度。其中，所述统计参数获取模块中，所述负荷裕度为所述道路剩余交通流与道路最大交通流比值；所述道路剩余交通流为所述道路最大交通流与所述道路实际流量之差。并且，负荷裕度包括时间负荷裕度和空间负荷裕度。时间负荷裕度用于从时间角度衡量所述道路的应急承载能力，具体为g'Jt)=l-OCC(t)。其中，g'Jt)为所述道路在t时刻的时间负荷裕度，occ(t)为所述通过微波检测器检测获取的所述时间占有率。空间负荷裕度用于从剩余承载空间的角度衡量所述道路的应急疏散通行能力，具体为g;(0=i-」其中，g'2a)为所述道路在t时刻的空间负荷裕度，v(t)为道路在t时刻的实际流量，c为所述道路的最大实际通行能力以上对本发明所提供的一种道路应急疏散能力指标体系的计算方法及系统进行了介绍，道路应急疏散能力评价系统与对应的方法的原理相似，相关之处可以互相参照。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。1权利要求一种道路应急疏散能力指标体系的计算方法，其特征在于，包括如下步骤基本参数获取步骤，通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率；统计参数获取步骤，依据所述道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度；其中，所述负荷裕度为所述道路剩余交通流与道路最大交通流比值；所述道路剩余交通流为所述道路最大交通流与所述道路实际流量之差。2.根据权利要求1所述的道路应急疏散能力指标体系的计算方法，其特征在于，所述负荷裕度包括时间负荷裕度，用于从时间角度衡量所述道路的应急承载能力，具体为gl(t)=l-OCC(t)其中，gjt)为所述道路在t时刻的时间负荷裕度，occ(t)为所述通过微波检测器检测获取的所述时间占有率。3.根据权利要求2所述的道路应急疏散能力指标体系的计算方法，其特征在于，所述负荷裕度还包括空间负荷裕度，用于从剩余承载空间的角度衡量所述道路的应急疏散通行能力，具体为其中，g2(t)为所述道路在t时刻的空间负荷裕度，v(t)为道路在t时刻的实际流量，c为所述道路的最大实际通行能力。4.一种道路应急疏散能力指标体系的计算系统，其特征在于，包括基本参数获取模块，用于通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率；统计参数获取模块，用于依据所述道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度；其中，所述统计参数获取模块中，所述负荷裕度为所述道路剩余交通流与道路最大交通流比值；所述道路剩余交通流为所述道路最大交通流与所述道路实际流量之差。5.根据权利要求4所述的道路应急疏散能力指标体系的计算系统，其特征在于，所述负荷裕度包括时间负荷裕度，用于从时间角度衡量所述道路的应急承载能力，具体为g'Jt)=l-occ(t)其中，g'Jt)为所述道路在t时刻的时间负荷裕度，occ(t)为所述通过微波检测器检测获取的所述时间占有率。6.根据权利要求5所述的道路应急疏散能力指标体系的计算系统，其特征在于，所述负荷裕度还包括空间负荷裕度，用于从剩余承载空间的角度衡量所述道路的应急疏散通行能力，具体为,,、■<v(Oc其中，g'2(t)为所述道路在t时刻的空间负荷裕度，v(t)为道路在t时刻的实际流量，c为所述道路的最大实际通行能力。全文摘要本发明公开一种道路应急疏散能力指标体系的计算方法及系统，该方法包括通过微波检测器检测获取所述道路实际速度、道路实际流量、时间占有率；依据所述道路实际流量、所述时间占有率，获取所述道路的畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度。通过上述步骤，采用速度、畅通可靠度、行程时间可靠度、负荷裕度等参数对道路的应急疏散能力进行评价。通过本发明，可以使交管人员知悉道路资源在空间上的利用率，及时准确的掌握道路还能够分担的交通量，对突发事件救援、指挥、疏导有重要的指导意义。文档编号G08G1/00GK101706993SQ20091023586公开日2010年5月12日申请日期2009年10月28日优先权日2009年10月28日发明者张新媛,李晨曦,江伟,秦勇,董宏辉,裴贺蕊,贾利民,邢宗义,高军伟申请人:北京交通大学