文摘
有毒气体泄漏扩散的特征,从而动态地影响周围的区域。大多数当前的疏散交通管理模式设置道路风险水平作为一个静态值,与距离有关的风险来源,或一个动态值,它是由有毒气体浓度。然而,有毒气体传播方向并不认为,这可能导致一些疏散人员从少开车危险区域高危险区域。解决传统的疏散交通管理模型的缺点,本文提出了一种改进的道路风险水平评价方法根据不同的风险水平的上游和下游地区的道路和发展一个更安全的疏散交通管理模式下有毒气体的扩散。细胞传输模型(CTM)是用来描述疏散交通加载过程。数值试验进行阮和Dupuis网络。试验结果表明,改进的道路风险等级评估方法可以避免疏散人员驾驶区域从危险区域更高的风险水平。
1。介绍
有毒气体泄漏可以扩散,影响更多地区随着时间的推移。2003年12月23日,中国四川省开县,H2气体管道泄漏事故造成243人死亡,超过60000人被疏散,直接损失约9000万元人民币(1]。2015年8月12日,一个严重的爆炸事件发生在天津港口危险货物仓库,天津,中国,798年造成165人死亡,8日失踪,非致命的伤害(2]。自80年代初以来,研究人员开始开发各种气体扩散模型来预测分散行为,如高斯模型,DEGADIS,板,阿罗哈,可以,CFD (3- - - - - -6],HEGADAS [7],HGSYSTEM [8],PHAST [9],SCIPUFF [10],跟踪[11],框模型[12],TWODEE [13,14],显示2 (15]。基于这些气体扩散仿真模型,得到气体浓度值和作为指标来评估风险水平不同的职位和发展疏散交通管理模型。
所总结的Christou et al。16),两种方法都采用欧盟的风险评估:一个叫“后果”的方法着重于评估事件的后果;另一个称为“基于风险的”侧重于评估可能的后果和发生概率的场景。提出了一些策略将有毒气体影响地区划分为不同的区域根据其风险水平。AEGL(急性照射指南级别)用于迎宾的定义是敏感的人们的有害气体接触准则。应急指南(ERG)定义了初始隔离和保护行动区(17,18]。化学储备应急准备计划(CSEPP)使用出口加工区(应急计划区)概念涉及三个同心区,即第一反应区(IRZ)、防护行动区(巴斯),和预防区(PZ) [19]。欧德et al。20.)使用瞩目区包括圆形区域(CZ)和楔形武政)区域应急计划区。(低至合理可行的)指导和21)将风险划分为三个区域:无法忍受的区域,一个广泛接受的区域,和“ALARP”区。IDLH(立即生命危险或健康)是用来规划区域划分为不同的区域根据其风险水平(17]。
应,赖et al。22)静态距离值设置为危害源路风险水平评价指标制定疏散交通管理模型。燕et al。23)也使用危害源的距离风险水平评价指标的不同位置优化疏散效率的有毒化学物质泄漏。Kimms和Maiwald24考虑不确定性的道路容量和使用浓度作为风险水平评价指标和发展biobjective安全和弹性城市疏散规划。这些基于距离的方法的共同缺点对风险水平的评估不同位置,他们总是忽视风险水平的动态变化与有毒气体的扩散。Zhang et al。25)使用高斯模型来模拟分散使用的液氯和气体浓度的不同位置和不同的时间风险水平评价指标制定疏散交通模型。Yu et al。26使用高斯模型来模拟气体扩散和选定的浓度和时间剂量负荷指数开发动态疏散仿真框架。虽然这些传统;道路风险水平评价方法能反映动态变化的风险水平的不同位置与有毒气体的扩散,他们没有考虑到有毒气体传播方向和可能导致疏散人员开车从危险区域高危险区域,从而增加了风险。
图1给出了一个例子关于;道路风险等级评价方法在传统疏散交通管理。黑色粗线代表一个从节点米到节点它的长度是 。箭头显示了交通方向。和是两个不平等的集中值区和下游区上游的这条路。和道路长度由两个浓度区, 。红色虚线是两个区域的边界。传统模型使用 这条路的风险水平评价指标。有两种情况下,(1)C1>C2和(2)C1<C2。当C1>C2,路上开车撤离到安全区域;当C1<C2,这条路开车撤离到更危险的地区。这显然是真的,风险水平的道路情况(1)C1>C2是低于(2)C1<C2。但根据传统模型两种情况没有区别。因此传统的道路风险水平评价方法不能保证安全的疏散。
为了应对传统模型的缺点,本文提出了一种改进的道路风险水平评价方法基于不同的风险级别的上游和下游区域的道路在有毒气体的扩散。本文选择中医(27,28)描述疏散交通运输网络上加载过程和集成了这种改进的方法开发一个疏散交通管理模型。它不仅考虑了风险水平的动态特性与扩散的有毒气体也可以区分不同的风险级别的上游和下游的道路和避免疏散人员被疏散到更高的危险区域从危险区域。
本文由以下部分组成:部分2将改进的道路风险等级评价方法;部分3将开发一个疏散交通管理模式下的有毒气体扩散的基础上改进的方法来减少风险所经历过的疏散人员;部分4将测试一个数值例子分析疏散效果的模型;结论将在部分5。
2。改善道路风险水平评价方法
介绍列出了一些原则将风险划分为不同的区域,如AEGL。灵感来自于这些原则,尽管不同的职位有不同的气体浓度的价值观,他们有类似的风险和可能导致统一的后果在疏散人员,如致命的伤害。位置具有类似风险值可以分为一个区。把图2作为一个例子,这个例子将影响区域划分为四个区。每个区域的范围和住宅社区的风险水平动态变化与有毒气体的扩散。
(一)
(b)
(c)
(d)
在图2边界,紫色代表最长的位置,有毒气体扩散可以到达。有四个住宅社区在紫色的边界。所有的居民都应该及时疏散到安全的地方。有4个区域由红、橙、绿、紫色的边界。外面的紫色的范围边界安全区域和不受有毒气体的影响。的确,气体浓度越高,更高的风险水平和风险更高。风险水平之间的等效变换和气体浓度以评估不同的区域的风险。带# 1气体浓度最高,风险最高的水平。带# 4最低气体浓度和最低的风险水平。
表1显示了不同的区域的风险水平基于气体浓度。数字“4”和“1”分别代表最高的风险水平和风险水平最低。在传统的模型中,道路的风险计算是基于气体浓度的积累。将价值等同于气体浓度转换成风险水平后,传统模型同样可以使用风险水平的积累来取代气体浓度的积累来评估风险的道路。
表2根据传统模型显示了道路风险水平。可以看到这条路风险级别评估表的传统模型是一个对称矩阵。基于传统道路风险等级评价方法,表3给出了风险水平在图7的道路2。路(n3,n4)作为一个例子,传统累积;风险等级评估方法不区分这两者的不同风险水平的上游区和下游区这条路和可能带来的区域的疏散人员更高的风险水平。
此外,道路可能是由两个以上的区域。本文选择了两种风险最高级别从这些区域评估风险水平的道路,不低估风险水平的必经之路。
因为传统道路风险等级评估方法不区分这两者的不同风险级别的上游区和下游区道路,本文提出了一种改进的道路风险水平评价方法。该方法包括以下步骤:(1)列出所有区域划分并根据风险级别评估其风险水平评价指标,如浓度。(2)比较不同风险水平的区域并生成道路风险级别评估矩阵;风险水平越高,数量越大。(3)列表所有道路的交通网络和相关区域的道路。(4)比较上游区域的风险水平和风险水平的下游区选择的道路;得到这条路道路风险水平的风险级别评估矩阵。
把图2作为一个例子来说明这种改进方法,表1列出五个区在图2基于气体浓度和风险水平值,比较了风险水平的这些表区根据区域的风险水平1,选择这条路风险水平根据评估矩阵表4。表5清单7的风险水平道路图2。
不同于道路风险水平的对称矩阵根据传统评价方法,表4是一个不对称的大学入学考试。这意味着改善道路风险水平评价方法不仅可以确定风险水平的道路,但也能反映出不同风险级别的上游位置和下游的位置。如果上游位置的道路风险水平高于其下游位置,这条路将风险水平低于其上游位置的情况下有较低的风险水平比它的下游位置。
3所示。疏散交通管理模式
本节将开发一个疏散交通管理模式下的有毒气体扩散的基础上,改善道路风险水平评价方法疏散人员风险降到最低。
符号和参数 :的一组离散的时间步长, ;T:仿真时间范围; :任何时候一步Ω, ; :组的离散时间步更新影响范围,如 , ,和在图2, , , , , , ; :任何时间步 , ; :时间步长来 ; :组细胞; :任何细胞, ; :设置道路风险水平; :风险级别的路, ; :组细胞道路风险水平在 , , ; :组区域风险水平,和同样的一个区域内的住宅社区与该区域相同的风险水平。 :风险级别的任何区域或住宅社区, ; :所有住宅社区范围内最大的有毒气体扩散; :设置风险水平的住宅社区在 , , , ; :任何住宅社区, ; :总人口的住宅社区 , ; :上游的细胞的细胞 , ; :下游的细胞的细胞 , ; :的避难所(一些区域内安全区域); :任何庇护, ; :向后冲击波的细胞在 ,公里/小时, , ; :畅通的细胞的速度在 ,公里/小时 , , ; :能力的细胞在 ,阿明费/ h, , ; :果酱的细胞密度在 ,阿明费/公里, , ; :设置权重系数的区域风险水平或住宅社区风险水平; :权重系数的住宅社区的风险水平 , ; :设置权重系数的道路风险水平; :权重系数的道路风险水平 , , 。
决策变量 :汽车电池的数量在 ,和等于交通密度的乘积(阿明费/公里)和长度(公里)的细胞在 ,veh , ; :驾驶车辆进入细胞的数量 从细胞在时间步 , , ; :车辆疏散到道路的数量从住宅社区在时间步长, , , ; :车辆疏散到细胞的数量从住宅社区与风险水平在时间步 , , , , ; :车辆的数量到达住所(安全区域)从细胞在时间步 , , , 。
疏散交通管理模式
目标函数(1)最小化经验风险由所有灾民有毒气体的扩散。它包括有经验的风险和风险的车辆行驶在道路居民被困在社区。是总风险的道路。通过给予不同的权重系数基于道路风险水平不同的道路,这不仅数学表达式可以指导疏散人员选择更安全的道路,但也可以撤离风险更高水平的道路与更高的优先级。 总风险是有经验的居民被困在住宅社区。这数学表达式给出了更危险的区域更高的权重系数在疏散。它不仅可以考虑这种风险水平的社区动态变化与扩散的有毒气体,但是也可以保证更多的人被疏散到道路尽可能避免疏散被困在社区。 是受困居民社区的数量吗o在t+ 1。
约束(2)流守恒方程和表达细胞上的汽车数量在 。 是车辆在细胞数量的变化 。 是驾驶汽车的数量从上游细胞到细胞和住宅社区。 从细胞代表车辆的数量其下游细胞和避难所。
约束(3)- (6)表达疏散交通加载CTM的过程。在任何时候 ,两个相邻细胞之间的流动之间的最小值在上游的汽车数量的细胞 ,上游细胞的能力 ,下游细胞的能力 ,和下游细胞的剩余空间 。
约束(7)- (9)表示,所有住宅社区的居民将被疏散到避难所。约束(10)和(11)表达在任何时候,居民疏散到交通网络的数量和疏散人员到达庇护所的数量不应小于0。
约束(12)表示初始状态的交通网络,没有疏散人员开车在路上。约束(13)和(14)是决策变量的非负约束。约束(15)限制的重量系数区域风险水平和道路风险水平。
4所示。案例分析
本节将使用阮和Dupuis网络(29日)作为一个例子来测试改进道路风险水平评价方法在有毒气体的扩散。为了验证这个方法可以避免不安全的疏散区高风险水平区低风险水平,传统累积道路风险水平评价方法作为其比较模型。
图3与13显示了阮的拓扑结构和Dupuis网络节点和19弧。弧上标的数字代表的大量细胞分为道路。每一个弧代表双向道路交通3车道和它们有相同的参数,如阻塞密度:125 veh /公里/车道;畅通的速度:48 km / h;容量:1800 veh / h /巷。相应的仿真参数设置为时间步长τ= 10;时间T = 1000年代,即100时间步长;每一个细胞的长度是畅通的速度时间步/ 3600。
(一)
(b)
(c)
(d)
在这个疏散场景中,社区附近发生有毒气体泄漏o1它会扩散到周围的区域。在图3(一个),紫色圆圈最大范围受到有毒气体的影响。有三个住宅社区范围内。的居民住宅社区o1可以转移到公路(4、9)和(4、5)。的居民住宅社区o2可以转移到公路(5,4)、(5、9),(5、6),(5、1)。的居民住宅社区o3可以转移到公路(7,6),(7、11),(7、8)。住所附近节点13和居民需要撤离到这躲避道路(9日13)和(13)很快。数据3 (b)- - - - - -3 (d)显示区域划分在300年代,600年代和900年代。表6使风险水平的区域# 1,# 2,# 3,# 4和安全区域。基于改进道路风险等级评价方法提出了部分2、表7列出此交通网络的道路风险级别评估矩阵和相应的权重系数。风险水平越高,权重系数越大。左边的斜线道路风险水平。正确的代表权重系数。这些权重系数将被用作系数在目标函数。在这篇文章中,是设置为大数字,以避免疏散人员被疏散到高风险级别从低风险区域区。表8列出此交通网络的道路风险级别评估矩阵和相应的权重系数。左边的斜线道路风险水平。正确的代表权重系数。表9礼物的重量系数区域风险水平,他们将被用作系数在目标函数。
图4从社区提出了累积人口疏散到道路o1,o2,o3在低和高的要求。低需求是150o1,300年o2,和300年o3。高要求是300年o1,450年o2,和450年o3。从有毒气体泄漏的发生时间疏散完成时间,所有累积输入线单调增加。这意味着两种方法可以清除所有社区尽快。
(一)
(b)
(c)
(d)
表10提出了一种微小的区别两种方法之间的间隙时间不同的社区。与传统方法相比,改进后的方法不会增加间隙时间两个风险更高水平的住宅社区o1和o2他们俩都没有延迟疏散。然而,改进方法的间隙时间略有增加o3和延迟疏散。然而,这种延迟并不意味着增加居民的风险o3。图5显示了传统方法抢救一些居民o36路(7日)前30的时间步骤,这意味着这些居民开车进入高风险级别从低风险区域# 3区# 4,增加他们的风险。然而,改进方法允许居民o3保持低风险水平的社区o3而不是抢救他们路(7,6)和驱动到高风险级别区# 3。虽然传统方法完成撤离o3更快,它的居民将会增加风险o3比改进的方法。
(一)
(b)
(c)
(d)
图6是累积的车辆到达的庇护下两个不同的疏散要求。无论是在低需求或高需求,累积输出线两种方法一致。从一开始就与疏散人员到达避难所避难疏散所有人口,所有行单调增加。与传统方法相比,改进的方法也可以尽快疏散撤离到避难所,不延迟清关时间的交通网络。
(一)
(b)
基于以上分析,改进方法不增加住宅社区的风险和减少疏散效率的所有居民住所。此外,当疏散人员驱动交通网络,改进方法能够区分不同的风险级别的上游区和下游区道路,不撤离疏散人员进入区域从较低的风险水平区域更高的风险水平。
公路(4)和(7,6)为例,数据7和8目前累计驾驶车辆进路(4)和路(7,6),分别在低和高的需求。图3显示在前30的时间步骤,下游区道路(5 4)# 1区和上游区是# 2;下游区道路(7,6)区# 4 # 3和上游区。风险级别的下游区这两个道路高于他们的上游。如果一些灾民疏散到这些道路,他们将推动高风险级别从低风险区域级别区。这将增加他们的风险。如果疏散人员保持上游区和选择避难所,他们将更安全,不选择这些道路来增加他们的风险。数据7和8说明改进后的方法能有效区分不同风险级别的上游和下游区域的道路,不使疏散人员开车到高风险水平位置从低风险水平位置。
(一)
(b)
(一)
(b)
5。结论
大多数当前的疏散交通管理模式设置道路风险水平作为一个静态值,与距离有关的风险来源,或一个动态值,它是由有毒气体浓度。这些模型可能无法准确地估计道路的风险水平,甚至可能有些人撤离危险区域高危险区域,增加他们的风险。为了开发安全疏散交通管理模型,提出了一种改进的道路风险水平评价方法。这种方法风险水平的区域和发达的道路相比风险级别评估矩阵。风险级别的所有的道路都可以从这个矩阵通过对比风险水平的上游区和下游区。这个评估矩阵不仅可以评估风险水平的道路,但也可以区分不同的风险级别的下游区和上游区域的道路。根据道路风险等级评估,本文给予不同权重系数和发展道路疏散交通管理模型。测试结果表明,改进的道路风险水平评价方法不能保证疏散人员被疏散到更危险的地区,和总风险的住宅社区和间隙时间没有增加。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由中国国家重点研发项目(2017号yfc0803300),中国国家自然科学基金(授予号。71621001,71631002,71631002,71371001),和中央大学的基础研究基金(2018号yjs083)。