疏散路径规划（精选5篇）
疏散路径规划 篇1
建筑物内发生重大突发性事故(如火灾、爆炸以及人员拥挤踩踏等)将给事故现场人员的生命安全带来极大的威胁。在现有的物质设施基础上,选择最优撤离路径,动态调整疏散方案是避免和减轻人员伤亡的有效途径。目前,我国的建筑设计防火规范对安全疏散楼梯的数量、到达楼梯的距离、楼梯的宽度、防排烟设施、内部装修材料等都做了明确的规定。但是由于火灾等突发事件具有极强的不确定性,造成建筑疏散结构的重大改变在所难免,确定动态的安全疏散路径具有十分重要的意义。
笔者以系统优化理论为指导,以动态规划为手段,建立安全疏散路径和人员分流的网络模型,对安全疏散预案的制定提供技术支持。
1 动态规划原理及模型
动态规划是解决多阶段决策问题的优化方法。建筑安全疏散过程中,随着时间或空间的变化会出现人员拥堵、道路障碍、烟气毒气扩散等情况,造成疏散不畅或中断,所以疏散过程会被人为划分为若干个相互联系的阶段,每个阶段都要做出一定的决策,即多阶段决策过程。解决安全疏散问题即是在不同阶段采用不同的决策方案,决策方案的全体称为疏散策略,其目的是疏散总过程最优。
动态规划最优性原理:作为整个过程的最优策略具有这样的性质:无论过去的状态和决策如何,对前面的决策所形成的状态而言,余下的诸决策必须构成最优策略。
R Bellman方程见式(1)。
undefined (1)
式中:fk*(i)为在第k步中点i到终点的最短路径;dk(i,j)为由点i到达点j的距离。
式(1)说明点i到终点的最短路径是这样选定的:使j到达终点的路径是点i到达终点路径的一部分,并由条件dk(i,j)+fk+1*(j)取最小选定。
动态规划的求解步骤是:由最后阶段的各种状态取其最优决策开始计算,直到初始阶段各种状态的最优决策为止。
2 建筑安全疏散问题的提出与基本假设
建筑内发生突发事件时,人员自救至关重要。有效的疏散计划对于减轻灾害或事故损失,保证人民生命财产安全具有重要意义。疏散计划是应急预案的重要内容之一,研究疏散路径、人员分流以及动态疏散引导的数量化,将会使疏散更加合理、有效、安全。
基本假设:以全体人员安全撤离作为动态调整网络总体目标;根据突发事件和建筑结构特点人为划分疏散阶段,定义状态,状态与状态间的连接即为通路,未必与实际疏散通道一一对应;建筑安全出口在疏散网络图合并为一个,室外即为安全;网络模型中所示权重,代表通过安全疏散路线的综合代价,用无量纲数字表示,对于无量纲数字的确定,在多种文献中均有论述,如文献[1]～文献[4];人员训练有素,状态一致。
3 最优疏散路径的选择
3.1 问题描述
某三层商业楼,有三个疏散楼梯可供逃生,一层有两个安全出口。每层均为敞开式大厅。发生突发事件,需要对人员进行疏散,寻找安全疏散路线。
3.2 建立模型
疏散以建筑内全体人员全部撤离为目的,故以三层最远端人员(甲)撤离为目的,建筑中其他人员的行动通过对行为人甲的影响(如人员拥堵影响撤离速度)表现出来。因为建筑内为敞开式营业厅,假设没有造成疏散拥堵,故仅将楼梯和安全出口作为节点考虑,构造网络模型如图1所示。
在图1中,A点表示疏散起点,位于三层某点;B1、B2、B3是三层楼梯下端点(位于二层地面),A与Bi的连线值表示人员穿行于大厅与通过三层楼梯的代价;C1、C2、C3是二层楼梯的下端点(位于一层地面),Bi与Cj的连线值表示人员穿行于二层大厅与通过二层楼梯的代价;安全出口有两个,分别为D1、D2,Ci与Dj之间的连线值为从二层楼梯下端到安全出口外的代价;E为安全出口外端,意味安全。
疏散过程可以看作如图1所示的多阶段决策过程。寻找最优疏散路径以疏散代价之和最小为目标。
3.3 动态规划方法求解
由图1表示的最短线路问题中,可将线路网络分成4个阶段,即A至Bi(i=1,2,3)为第一阶段,Bi(i=1,2,3)至Ci(i=1,2,3)为第二阶段,Ci(i=1,2,3)至Di(i=1,2)为第三阶段,Di(i=1,2)至E为第四阶段。
求解是从后向前逆向进行的。第四阶段有两条路:f4(D1)=d(D1,E)=3,路线是Di→E;f4(D2)=d(D2,E)=4,路线是D2→ E。第三阶段见式(2)。
undefined
这说明由C1到终点E的最短距离为7,其路线是C1→D1→E;同理,计算得C2到终点E的最短距离为11,其路线是C2→D1→ E;由C3到终点E的最短距离为10,其路线是C3→D1→E。
第二阶段见式(3)。
undefined
同理计算得f2(B2)=18,f2(B3)=19,相应的疏散路线是B1→C1→D1→E,B2→C1→D1→E以及B3→C3→D1→E。
第一阶段见式(4)。
undefined
说明从A点进行安全疏散,最优路线为路线是A→B1→C1→D1→E,最短距离为19。
在实际应用中,任意点的疏散路线都可以类似考虑。
4 人员优化分流
以某三层公共阅览室为例,其二、三层平面示意图如图2所示。
图2中S区域为天井,人员只能从天井四周疏散,图书馆一楼为敞开式大厅,在一楼疏散只需考虑从楼梯口到安全出口的行走距离因素即可。
如果在阅览室满员时疏散必然会在楼梯处发生拥堵,所以撤离时疏散楼梯的应用,即人员的合理分流至关重要。一般情况下,每一层楼梯人员的疏散相对独立,就近选择疏散楼梯,直到发生拥堵才会考虑选择其他路径,会造成时间的浪费。制定疏散预案,从开始时刻优化人员分流可以大大提高疏散效率。
案例中建筑有两个疏散楼梯,假设二楼人员就近选择楼梯疏散。由于两个阅览室的人员数目不均等,如果再选择就近疏散,三层人员会在二层楼梯处与二层人员会合,出现两部楼梯上人员密度失衡的情况。故考虑人员分流的行动应从三层开始,建立网络疏散图,优化疏散预案。
4.1 初始节点的处理
从图2可知,三层有两个阅览室,每个阅览室有两个出口。在疏散中,每个阅览室被人为划分为两个空间(动态),以每个空间距离出口最远端的距离为疏散起点,那么三层共有4个疏散起点Ai,i=1,2,3,4,而疏散以最后一人撤离为目标,所以设定一个虚拟初始节点,连接4个疏散起点,之间连线上的距离是该疏散起点的疏散代价与4个节点的最大疏散代价之差。即疏散以undefined为评价指标,那么初始节点S与各节点Ai之间的连线值为Z*-Zmin(Ai,E),i=1,2,3,4。
4.2 人员分流的处理
设综合报刊阅览室n人,其中流向电梯一n1人,则流向电梯二n-n1人,根据阅览室情况,该阅览室人员有k种划分;科技及外文阅览室m人,其中流向电梯一m1人,则流向电梯二m- m1人,该阅览室人员有l种划分。设三层楼梯下端与二层汇合处为节点Bj,j=1,2,从节点Ai到Bj的连线值dj(x,y)(j=1,2)表示相应路段上的疏散代价,x、y为两个阅览室流向每个电梯的人员数,对应着人员分流方案。
4.3 人员会合的处理
三层电梯下方出现两层人员会合的情况,人员密度增加,速度变慢。二层待疏散人员也存在疏散初始节点的问题。为此,在网络模型中引入虚拟节点Ck,k=1,2,设置在Bj的后面,意味着三层人员排在二层人员后面疏散,这样不影响对整个建筑人员疏散时间的评估。Ck与Bj间连线值表示三层人员等待二层人员撤离所付出的代价。
4.4 动态疏散引导
由于动态规划是由最后阶段的各种状态取其最优决策开始,直到初始阶段各种状态的最优决策为止。所以在安全疏散时,从开始救援的安全点开始,依次向里考虑,安排疏散路径,遇到瓶颈或故障点可以及时进行调整,确定的疏导方案是与实际相契合的。
(1)临时故障点的处理。
设dk(i,j)表示疏散节点i和j之间的距离,如果突发事件导致两点间的道路中断,则将dk(i,j)的值改变为+∞,由于求解从后向前,在dk(i,j) +fk+1*(j)取最小的过程中,经过j点的路径自然会被删除,从而不需改变网络结构图就能够动态调整疏散路线。
(2)临时救援点的处理。
在突发事件发生时,人们可以从建筑底部安全出口撤离,但是对于高层建筑,面对突发事件如火灾、毒气时,全部人员从底层撤离耗时太长不切实际,避难层、顶部的应用变得尤为重要。这时在网络图中安全出口的数量明显增加,疏散距离也会成倍缩减。此外在救援中,抢先救援人员可能根据实际情况增加外部救援点,那么在网络图中就会增加新的终点,与临近节点的距离改变为零,相邻区域的节点间的距离也会相应减小,新的疏散路线也会产生。
5 结束语
动态规划方法能够有效解决多阶段决策问题的求解问题。安全疏散路径选择和人员优化分流可以作为多阶段决策问题来处理。笔者构造网络模型,利用动态规划方法解决该类问题,为科学制定和评估消防疏散预案提供新的思路。
摘要：针对建筑安全疏散预案的设计问题,将动态规划设计方法分别应用于最优路径的选择和人员分流的预案设计中,在合理构造安全疏散网络模型的基础上,依据动态规划的原理进行科学计算。实验证明该方法能够定量分析人员分流问题,动态调整网络模型,有效地适应疏散中遇到的变化。
关键词：动态规划,安全疏散,网络模型
参考文献
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疏散路径规划 篇2
一、火灾蔓延对室内人员疏散路径规划空间的影响
火灾发生时, 不可避免会有火焰和烟气的产生, 而这些火焰和烟气必然会影响室内人员的安全疏散。其中火焰会影响人员的有效疏散, 能够对人员造成灼伤, 甚至导致人员伤亡, 还可能会加重人员的心理负担, 导致焦躁和恐惧的心理, 这也就可能会导致踩踏事件的发生, 严重危及人员的生命安全。而烟气的产生不但会影响人员的视线, 影响室内人员的安全疏散, 烟气中还可能会存在部分有毒有害的气体, 人员吸入有毒有害的气体后, 可能会导致昏厥的情况发生, 如果不能得到及时有效的救治, 可能会导致人员死亡的情况, 威胁的人员的安全。
在实际的室内人员疏散路径规划时, 其具体的通道空间直接受到烟气和火焰的影响, 为了明确火灾蔓延对室内人员疏散路径规划的空间影响, 可以采用程序化扫描的更新方式实现, 通过这类分析方法, 可以有效的提高分析的质量和效率, 并达到精准测量的效果。借由这种方式, 可以得到双连通图, 不同类型的双连通图, 可以对室内的基本构造进行标示, 还能够对火灾蔓延的动态情况和能够影响的范围有所标示。
通过实测分析得到火灾蔓延能够有效的缩减疏散的整体空间, 通过双连通图可以得到火灾蔓延对人员的通过空间和容纳空间具有直接的影响。火灾的蔓延范围, 能够减少空间的承载能力。当烟气充满通道上覆空间时, 必然会导致整个通道的可移动空间被缩减, 影响人员的安全。
二、考虑火灾蔓延的室内人员疏散路径规划
(一) 疏散路径规划路径内容分析
在实际的室内人员疏散路径规划设计过程中, 在考虑空间因素的同时, 还需要合理的将火灾蔓延对空间的影响考虑在内。为此, 在实际的疏散路径规划过程中, 需要合理的对两个条件进行分析, 从而使得空间内部的质量能够得到提升, 在提高人员疏散效率的同时, 保障人员安全。
此外, 还需要对区域蔓延的火灾超出人员的承受能力进行考量, 人员在该区域内部可能会受到高温的影响, 疏散路径规划需要尽可能的避免这一区域。另外, 还有一种环境逐渐向超出人体承受的区域的发展趋势进行规划设计时, 同样需要对这类区域进行规避。
(二) 智能路径规划算法
针对火灾蔓延的基本情况, 可以采用基于群体智能仿生计算的路径规划算法进行分析, 在考虑各个影响因素的同时, 对个体或群体的在建筑内部的空间行为进行分析, 并展开与之相对的疏散路径的规划设计。本次研究以神经网络算法为例, 合理的对火灾蔓延后的室内人员疏散路径规划设计。采用神经网络算法, 在模拟动物神经网络行为的同时, 完成分布式信息处理。而且, 由于神经网络具有极强的学习能力, 可以有效的应用到人员的疏散和路径规划中, 可以为人员疏散路径规划提供基础参考。此外, 针对火灾蔓延还可以采用A*算法进行计算, 该算法具有简单有效的特点, 并且十分容易实现, 通过A*算法可以得到算法路径为F=G+H。还可以对G进行改进, 得到G=A1+Ad, 可以有效的完成对人员疏散的模拟和分析。
(三) 仿真模拟
通过室内人员疏散路径规划的算法分析, 结合传统的A*算法, 对其进行仿真模拟分析, 人员在仿真模拟过程中, 能够自主的规避区域内部的火灾蔓延情况。在不考虑火灾蔓延影响的情况下, 人员所需的逃生时间最短, 考虑火灾蔓延, 部分潜在灾区, 同样可以影响室内人员疏散安全, 由于A*算法不考虑人员的积极因素, 设置为所有室内人员均具备良好的逃生欲望, 经过反复的躲避灾区和潜在灾区, 人员所用的逃生时间变得更多。为此, 得到火灾蔓延时间是室内人员疏散路径规划设计中的重要因素, 设计人员在结合建筑实际情况的基础上, 科学的展开设计, 进而有效的减少火灾对人们的生活质量和安全的影响, 推动人员逃生速率的提升。
三、结语
火灾是影响人们健康和安全的重要因素, 在实际的房屋建筑设计中, 需要科学的展开室内人员疏散路径规划。火灾发生过程中, 不可避免的会产生火焰和烟气, 影响人员的安全撤离, 使得室内人员的疏散路径空间得到缩减, 影响人员逃生的安全和质量。本次研究对结合室内同向和火灾蔓延的分析, 详细的分析火灾蔓延对室内人员疏散路径的空间影响, 并清晰的指出室内人员疏散路径规划需要重视火灾蔓延的影响, 结合A*算法和仿真模拟, 从而总结出较为合理的影响因素, 促使相关设计人员能够合理的对火灾蔓延对室内人员疏散路径规划设计, 保障建筑内部的安全性和功能性, 为人们营造一个安全、舒适的生活空间。
参考文献
[1]牛磊, 李秀霞, 宋宜全等.火灾蔓延对室内人员疏散路径规划的空间影响[J].消防科学与技术, 2016, (04) :492-496.
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基于蚁群算法的动态疏散路径改进 篇3
越来越多的建筑物在追求大型化、高层化，使得内部构造越复杂，更容易产生错觉。作为装饰材料被广泛的应用于建筑物中的合成高分子材料，大都是易燃材料且种类繁多，一旦发生火灾就会燃烧会释放大量的热量，当热量达到一定程度，人员的生命会受到威胁。然而传统疏散系统路径指示无法与报警系统联动，不能针对火灾现场环境的变化而调整，容易产生错误的逃生路径。基于传统的静态疏散系统满足不了人员安全疏散要求的状况，学者引入了动态疏散的概念[1]。
1 动态疏散
动态疏散也叫智能疏散，它是针对现代建筑的大型化、高层化、复杂化提出的一种新的智能化疏散方法。通过搜集火灾现场的一系列动态信息，比如火灾现场温度、危险气体浓度等，对这些信息分析、计算确定风险大小，通过优化算法最后得出疏散的最优路径。处于火灾现场的人员可以根据智能疏散指示系统，完成由灾害现场转移到安全出口的过程。
可是最短疏散路线并不意味着疏散时间最短，同时也并不一定是最安全的路线。动态疏散是一种多目标决策问题，影响决策的因素有火灾现场温度、燃烧时间、危险气体浓度，同样也包括人群密度、出口疏散能力、疏散通道环境等。而每一种影响决策的因素都会延长疏散时间，影响疏散人员效率。考虑火灾的热辐射通量值对每个风险点的距离限定分析，以风险最低的原则选择路径[2]。
2 建筑火灾风险分析
火灾过程大致分为起火、初期增长、充分发展和减弱四阶段。从疏散角度看，疏散阶段可分为察觉、行为和反应、移动。
保证建筑物内人员安全疏散的关键是所有人员疏散完毕所需时间(RSET)必须小于火灾达到危险状态的时间(ASET)。本文疏散路径的设计思路，所设计的疏散路径不但要保证t时刻人员在当前路径上要达到安全可接受的水平，而且人员在此路径上行走完所需的时间也是相对最少的。建筑物疏散通道当中的温度都是通过火源的热辐射的方式，通常都是在起火节点和比较临近火源的节点才能受到温度的侵袭比较大，其他节点受到温度的侵袭比较小。
随着时间推移，火场环境也在变化，依据探测系统探测到的火场信息，对建筑物各节点的风险动态分析，找出当前时刻每个节点作为起始节点的最优疏散路径，得出不同时刻每个节点作为起始节点的最优疏散路径，同时去除热辐射量大于等于人员可能受到伤害范围内的节点，同时确保每条路径上各节点风险值之和是相对最小的。
3 热辐射通量计算
热辐射对人员的影响与强度、持续时间有关，还与人的年龄、性别、皮肤暴露程度、身体健康状况有关，其强度大小及作用时间长短决定了建筑物破坏程度以及人员的伤亡程度。
若环境温度对人体的影响可以用风险值来直接表达，那么就可以找出哪些节点的风险值超过了人体的可接受水平即为高风险点，哪些节点的风险值在人体的可接受水平内即安全点，在这些安全点中选取可连接节点为安全疏散路径，再从安全疏散路径中的寻找一条最优路径，也就是说在所有安全疏散路径上的各个节点的风险值相加最小的一条路径。
热辐射的不同入射通量所造成的损失
通过彼得森(Peterson)提出的热辐射烧伤影响的概率方程确定火灾产生的热辐射造成的死亡区域。皮肤裸露时的死亡几率为：
式中：Pγ*MERGEFORMAT-死亡概率值，计算死亡区域时;
t-人体暴露于热辐射的时间，s;q-人体接收到的热通量，
大型复杂建筑的消防火灾会产生爆炸冲击波，烟气扩散等，而本文中主要考虑热辐射，近似作为液体扩展沸腾蒸汽爆炸(BLEVE)，短时间内高强度的热辐射可能造成重大财产损失和人员伤亡。
燃烧火球直径(D)和持续时间(t)计算公式为：
式中：W——火球中消耗的可燃物的质量，kg。
通常情况燃烧时火球可能升空，而本课题中保守认定火球没有离开地面，则热通量为：
式中：q——处火球热辐射通量;
r0——火球半径，D/2。
5 蚁群算法原理
蚁群算法是从蚂蚁寻找食物时以信息素作为媒介而间接进行信息传递中受到启发。当蚂蚁从蚁穴走到食物源或反之，都会在经过地面释放信息素，从而形成了含有信息素的路径。蚂蚁能够感觉出路径上信息素浓度的大小，以更高的概率选中信息素浓度最高的路径。通过信息素的正反馈机制，蚂蚁最终能够找到蚁穴与食物源之间的最优路径。蚂蚁在路径的决策时是衡量当前节点到下一个节点的路径距离来直接表达路径优劣。
6 疏散模型建立
针对大型建筑的疏散系统可以描述成具有n*MERGEFORMAT个节点的网络图，蚁穴就是人员疏散的起始节点，食物源就是出口节点。
首先引入蚁群算法中的常量和变量：
n为节点个数;m为蚂蚁数量;
时刻位于节点i的蚂蚁数目，则
dij为两节点i和j之间的距离;ηij为边(i,j)的能见度，即
τij为(i,j)轨迹上信息素强度;∆τkij为蚂蚁k在边(i,j)上单位长度轨迹信息素量。为蚂蚁k从节点i选择到节点j的转移概率，j是蚂蚁在节点i的下一个可访问节点。
初始时刻，假定各节点之间路径的信息素量相等，设τij(0)=C。蚂蚁k(k=,1,23...,m)从食物源到蚁穴的过程中通过信息素量选择下一个节点。在t时刻蚂蚁k在节点i选择到节点j的转移概率为的推导式
其中，allowedk={,0,12...,n-1}表示下一刻蚂蚁k允许被选择的节点。由的推导式可知，转移概率成正比，前面已经给出。α和β为两个参数，分别反映了蚂蚁在节点间移动过程中累计的信息素以及启发信息在选择路径中的重要性，它们的取值为α≥0，β≥0。
为了使蚂蚁在寻找最优路径时避免走过相同的以及特定的节点，蚂蚁都定制禁忌表tabuk(k=3,2,1...m)，表中记录了在某时蚂蚁已经走过的节点以及某时刻超出安全范围的节点，不允许该蚂蚁在同一次循环中再次经过这些节点。当本次循环结束后，通过禁忌表选择该蚂蚁当前所建立的疏散方案，即由起始节点到达出口节点所组成节点路径长度。之后，禁忌表储存的数据将清空，蚂蚁又可以无限制地选择节点。
经过n个时刻，蚂蚁结束一次从食物源到蚁穴的循环，每条节点路径上信息素量通过下式更新：
当25kw·m-2≤qr≤37.5kw·m-2,Rr≤dij时，ηij≈0.
式中∆tkij(t,t+1)表示第k只蚂蚁在(t,t+)1时间内留在路径(i,j)上的素量，其信息素量值通过蚂蚁表现的优劣程度而定，路径越短，释放的信息素浓度就越多;∆τij(t,t+1)表示循环中路径(i,j)的信息素增量。ρ为信息素蒸发系数，其作用是避免信息素的无限积累，而且还可以使算法“忘记”之前选用的较差疏散路径，它的取值为。
按∆τkij的取值不同，可以形成不同类型的蚁群算法，主要包括：
(1)、Ant-Cycle模型
其中L k为第k只蚂蚁在本次循环中所走路径的长度。
(2)、Ant-Quantity模型
俩种模型中Q为信息素增加强度系数，表示的是一只蚂蚁在经过路径(i,j)上释放的信息素量[3]。
实验结果表明：Ant-Cycle模型比Ant-Quantity模型有更好的性能，这是因为Ant-Cycle模型利用全局信息更新路径上的信息素量，而Ant-Quantity模型使用的是局部信息。所以此处建模利用全局信息即采用Ant-Cycle模型。
虽然疏散模型是基于TSP问题建立的，此外仍需引入疏散中用到的出口节点和起火节点两个变量。起火节点是通过设定它与相邻节点之间的当量距离很大来确定的，此处设为100000，则起火节点到达相邻节点的边(i,j)的能见度ηij约等于0，由此得出的转移概率ijPk也为0。故起火节点等同于被阻断，疏散时不能经过此节点。而当时间推移以起火点为的中心，燃烧火球产生的热辐射量超出疏散人群所能承受的量时，同样要将火球半径范围内的疏散节点的能见度ηij也近似于0，同样得出转移概率ijPk为0，疏散时不能经过此节点。从而在避免局部信息最优路径的同时，实现了真正意义上的动态智能疏散。
7 结论
疏散决策和消防探测硬件结合必将是未来发展的目标，使得疏散路径更需要结合实际情况动态选择，所以以热辐射通量为限定条件对动态蚁群算法应用到疏散路径的进一步完善是有意义的。
摘要：发生建筑火灾时,高热辐射量,充满爆炸冲击波可见度低的环境下,人员必须按允许的疏散时间内选择路径安全地到达安全区域。在大型建筑中对路径上环境因素对人员疏散决策造成的影响进行了定性和定量的风险分析,结合动态疏散系统的优势,考虑到动态环境参数的变化,从而改良传统蚁群算法在疏散路径应用,并且结合热辐射通量影响疏散路径的限定重新构建该数学模型,有效提高疏散效率,真正意义上减少火灾、爆炸等重大事故造成的人员伤亡。
关键词：蚁群算法,疏散时间,热辐射,禁忌表
参考文献
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疏散路径规划 篇4
本文结合GIS和多目标进化算法, 提出应急疏散路径优化三步法模型来求解疏散路径最优方案, 如下图1所示。
1.1 安全避难区域选址
在Arcgis软件中矢量化合适的场地作为安全避难区域, 建立安全避难区域地理信息数据库, 包括:地理位置、面积、可容纳人数等。
1.2 待疏散区到安全避难区域的最优路径
将待疏散区数据、安全避难区域数据和道路网络数据导入Arcgis软件, 求解出每个待疏散区到指定安全避难区域的最优路线和最优路线的长度。
2 应急疏散路径优化
2.1 构建空间多目标优化模型 (Spatial MOP)
建立的应急疏散路径多目标优化数学模型如下所示:
其中, U表示过载能力最小化, V表示总疏散时间最短, Cj为第j个安全避难区域的容量, 和分别表示第i个待疏散区到第j个安全避难区域的最短距离dij和Pij人数。
2.2 多目标进化算法求解MOP
采用NSGA-Ⅱ算法来求解应急疏散路径多目标优化数学模型。算法流程如图2所示。
2.3 最优化方案:pareto前沿
pareto前沿上的A、B、C三点都是最优解, 他们之间不存在支配关系 (占优关系) 。例如B点的支配域为以B点为两条射线顶点的范围, B点的解比支配域范围内E、F和G点的解更优。所以, 实线pareto前沿上的点都为最优解, 如图3。
3 结论
(1) 构建了应急疏散路径优化三步法模型, 该模型同时满足过载能力最小化和总疏散时间最短两个决策目标, 提高了应急疏散路径规划的准确性。
(2) 将NSGA-Ⅱ多目标进化算法与GIS技术有效结合, 求解应急疏散路径空间多目标优化问题。
(3) 由于以pareto前沿形式来表示一组应急疏散路径优化方案的方法是首次提出, 因此如何从pareto前沿中再次选择最优化方案还有待进一步研究。
摘要：针对现有应急疏散路径规划较少考虑多个决策目标和可视化能力不足的问题, 提出一种将GIS (地理信息系统) 技术和多目标进化算法结合的模型, 建立可以优化应急疏散路径的方案。建立空间多目标优化模型, 并用NSGA-Ⅱ多目标进化算法来求解, 得出一组疏散路径最优方案。结果表明:该模型在进行应急疏散路径规划上具有可行性, 并且有很好的可视化效果, 其疏散路径优化结果可直接为决策者制定疏散方案提供参考。
关键词：GIS,多目标进化算法,应急疏散,疏散路径
参考文献
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疏散路径规划 篇5
随着经济建设的飞速发展,我国的城市化水平显著提高,城市的建筑和人口密度也迅速增加,使得城市所承受的压力越来越大,而应对各种突发事件的能力越来越差。在这种情况下,如果不能提高城市抵御各种灾害和次生灾害的能力,一旦遭遇自然灾害,势必造成极大的损失。2008年汶川大地震和2010年玉树大地震等严重地震灾害,向我们提出了警示:避难与救援是震后特别是大震后防灾减灾的重要举措,每座城市尤其是大中城市必须规划建设各种类型的避难疏散场所,以便在发生地震、火灾、洪灾等严重灾害时为灾民提供安全而实用的防灾避难活动空间,并为灾后城市的重建创造基础条件。
1 避难疏散场所的概念和分类
1.1 避难场所的概念
《北京中心城地震应急避难场所(室外)规划纲要》[1]提出的地震应急避难场所的概念是:具有一定规模的平坦用地,配套建设了应急救助设施(设备),储备应急物资,设置标识,能够接收受灾市民临时或长期疏散避难(生活)的空间,确保避难市民安全。避免震后次生地质灾害和火灾等危害,以及方便政府开展救灾工作的场所,主要包括公园、绿地、体育场、操场、广场等室外开放空间。
2006年北京市城市规划设计研究院提出的《城市地震应急避难场所规划设计原则及技术规范(征求意见稿)》[3]中对应急避难场所的定义做了描述:具有一定规模的平坦用地,划定各类应急功能区,配套建设应急救援设施(设备)或地震后相关设施可以进行相应功能转变,储备应急物资,设置标识,具备接收受灾市民临时或长期疏散避难(生活)的基本条件,并确保避难市民安全,避免震后次生地质灾害和火灾等危害,以及方便政府开展救灾工作。
1.2 避难疏散场所的分类
根据我国城市的实际情况,避难场所按其特点可分为:中心避难场所、固定避难场所、紧急避难场所以及防灾据点等。
1)紧急避难场所:是指供避难疏散人员临时或就近避难疏散的场所,也是避难疏散人员集合并转移到固定避难疏散场所的过渡性场所。2)固定避难场所:指供避难疏散人员较长时间避难和进行集中性救援的场所。3)中心避难场所:规模较大、功能较全、起避难中心作用的固定避难疏散场所。场所内一般设抢险救灾部队营地、医疗抢救中心和重伤员转运中心等。4)防灾据点:指采用较高抗震设防要求、有避难功能、可有效保证内部人员安全避难的建筑。
2 对于避难疏散场所设置的技术要求
1)紧急避难场所的抗震疏散要求如表1所示。
2)固定避难场所的抗震疏散要求见表2。
3)中心避难场所的抗震疏散要求。中心避难疏散场所,除满足固定避难疏散场所的要求外,还应满足设置抗震防灾指挥机构、情报设施、抢险救灾部队营地、直升飞机停机坪、医疗抢救中心和重伤员转运中心等的需要。场地一般应达到50 hm2以上。
3太原市小店区避难疏散场所设置现状与存在的问题
根据《太原市中心城区抗震防灾专项规划———应急避难场所分项规划》(2010—2020)[5]中的相关资料数据,结合笔者的现场调查后,把目前小店区已设置的应急避难所进行了统计,见表3。
由表3结合小店区的地理环境情况,我们可以看到,小店区避难疏散场所现状存在的问题主要有以下几个方面:1)整个行政区的避难场所分布不均;2)一半以上的避难场所服务半径过小;3)城中村内部,建筑密度大,几乎无开敞式避难场所;4)避难场所的相关配套设施基本没有,无法满足居民的应急要求。
4对小店区避难疏散场所规划设置的几点建议
1)政府要重视城市避难疏散场所的规划建设问题,要加强对城市建设的管理与规划工作,努力宣传提高全民防灾的意识,并且制定出相关的政策法规。2)通过各种媒体,教育机构向市民宣传避震疏散常识,让市民知晓城市各个避震疏散场所的名称、位置、疏散的路线、场所的应急制度、应急标示等。3)加固、改造一些已建成大型的大空间的公共建筑以及各类学校的教学楼、宿舍楼等建筑物,作为避难疏散场所。4)为所有作为避难疏散场所的公共建筑规划设置完善的配套应急设施。5)规划储备避难场所的应急物资。估计震后灾民生后所需的各种物资和服务,在城市每个室内地震避难所建立储备仓库并设专人管理。6)为可作为避难疏散场所的公园、绿地增加避难疏散功能。7)近几年,太原市小店区正进行大规模的旧城改造和城中村改造,如果在改造中能充分考虑防灾避难场所并且合理规划建设,将提高小店区的抵御各种灾害能力,有利于人民群众的生命安全得到更好的保障。
参考文献
[1]北京中心城地震及应急避难场所(室外)规划纲要[Z].
[2]苏幼坡,马亚杰,刘瑞兴.日本防灾公园的类型、作用与配置原则[J].世界地震工程2,004,20(4):27-29.
[3]李继东,周长兴.城市地震应急避难场所的规划建设——以北京市地震应急避难场所为例[J].话题,2008(23):122-125.
[4]陈苏诞,张晓峰,王蕾.太原市地震紧急疏散与避难场所安全性扫描[J].城市减灾2,007(1):22-25.