·1668 工程科学学报，第37卷，第12期 这些国家每一个家庭的标准配置，我国也将应急广播 1 体系建设列入“十二五”规划纲要.基于调频广播技 问题分析 术和广播数据系统(radio data system,RDS)技术的应 1.1警报传播与人员跃迁 急广播预警通知系统，由于具有成本节省、施工方便、 在井喷失控等重大工业突发事件中，疏散通常是 覆盖范围广、设备可按地理区域控制等优点，适于在高 确保人员安全的最彻底的应急保护措施，为快速有效 含硫井场地区推广四 的实施疏散，必须在一定时间内向可能受到影响的人 应急广播预警通知系统由调频广播发射端、调频 员发布警报，将疏散的相关信息传递给他们@.警报 基站和分布在居民室内的警报接收端组成，其中警报 信息的发布可以利用广播、电话、电视、互联网络、挨家 接收端内部含有地址信息，发射端通过含有地址信息 挨户通知等多种方式实现，不同的传播渠道在不同的 的调频信号控制警报接收端的开启与报警.警报接收 地理和社会背景下传播效果存在差异.由于我国含硫 端的部署是应急预警通知系统设计与优化的主要内容 井场多位于偏远山区，借助电视和互联网络发布警报 之一，警报接收端部署的优化在于根据井口周边居民 的方式因其成本过高而并不利于推广.此外，井喷事 的个人风险水平及企业自身经济条件，确定井口周边 故发生后人员疏散有时涉及上万户居民，如果通过电 警报接收端的部署范围、部署比例及安装位置，使企业 话逐一告知或是村干部挨家挨户通知的方式发布警报 职工和周围居民的个人风险降低至可接受水平，同时 其效率较低，影响整体疏散的效果.基于调频广播技 使总部署成本最低.“最坏假想事故情景”方法是国外 术和广播数据系统(DS)技术的应急广播通知系统因 土地安全规划中常采用的方法，目前国内多参照这一 其成本低廉、覆盖范围广且设备可按地理区域控制的 方法确定警报接收端的部署范围，并在这一范围内每 特点更适合高含硫井场地区预警机制的建设.系统原 户室内安装一台警报接收端，即“平均部署法”的。但 理图如图1所示. 这一方法的局限性在于所采用的经验模型不能充分考 应急广播警报传播并非直线的刺激一反应的过 虑人员疏散特点及警报通知的传播规律，因此难以同 程，居民从警报接收端接收到广播警报信息后还会经 时兼顾安全性和经济性这两方面的优化目标贝.对警 历对警报形成个人认识、决定是否相信警报、估计危险 是否涉及自己、决定是否采取疏散响应等过程.此外， 报接收端部署方案进行优化，一种方法是借助事故场 景模拟与人员疏散模拟对多种方案进行比较和优选， 居民接到警报信息后，通常会先通知亲属和朋友以确 定信息的正确性，即信息蔓延传播效应，因此那些未安 但这样的优化只能是在所考虑的有限几个方案中进 装警报接收端的住户也可能通过亲友、邻居等人的电 行；另一种方法是解析法，如规划论法，这种方法 话、短信、沿途喊叫等形式间接获得广播警报信息，并 可以给出问题的最优解，并根据情况变化迅速得出新 可能因此采取疏散行动0-”.令，表示从事故发生至 情况下的最优解.本文旨在利用多目标规划理论和解 安装有警报接收端的住户收到警报所需的时间，当！> 析方法建立能适应复杂事故场景和实现应急管理自动 。时，警报的传播与扩散过程可通过对S形曲线积分 化需要的警报接收端部署模型，并研究所建模型的特 运算得到，离散化警报传播与扩散时间后可采用以下 点和适用的算法，以期对警报接收端部署工作提供一 方程描述警报的传播曲线☒： 条新的思路 dn (t) 本文首先确定个人风险定量分析的方法，即根据 d出=ka(W()-n(0)]+ 警报传播规律确定疏散人员加载到路网中的方式，根 (1-AA2a2n(t）(N(t）-n())].(1) 据人员跃迁规律确定疏散人员的时空分布及在相应位 式中：N()为1时刻仍滞留在目标区域的人员总数与 置接触的有毒气体剂量，基于个体脆弱性模型计算人 该区应疏散人员总数之比，N(0)=1;n(t)表示t时刻 员在疏散过程中致死概率，从而得到个人风险水平. 仍滞留在目标区域的人员中收到警报的人员总数与该 然后以最小化平均个人风险水平和部署成本为优化目 区应疏散人员数之比：k表示在！时刻收到报警通知并 标建立警报接收端的部署模型，并分析求解该模型的 认识到其含义的人员比例；a,和a,分别为应急广播参 时间复杂度.为了从实际应用的角度解决警报接收端 数和信息扩散蔓延效率参数：入。入，和入，为其他通知 部署的双目标优化模型，并降低计算的复杂性，再根据 渠道对应急广播警报传播的影响系数，其中入。，入， ALARP准则对井场进行分区管理，并由此确定部署计 A2≥1. 划区的范围，通过引入贪心策略，将部署计划区划分为 研究表明，得到明确警报信息的人群中，仍有一定 若干部署子区域，从而提出一种求解所建模型的较好 比例的人员因为自身的某种原因继续做自己的事而不 可行解的算法.最后通过案例分析对本文提出的模型 参与疏散，假定该比例为b,:未获得明确警报信息的人 和算法进行测试. 群中，也有一定比例的人员因“看到附近许多人在疏工程科学学报，第 37 卷，第 12 期 这些国家每一个家庭的标准配置，我国也将应急广播 体系建设列入“十二五”规划纲要［4］． 基于调频广播技 术和广播数据系统( radio data system，ＲDS) 技术的应 急广播预警通知系统，由于具有成本节省、施工方便、 覆盖范围广、设备可按地理区域控制等优点，适于在高 含硫井场地区推广［5］． 应急广播预警通知系统由调频广播发射端、调频 基站和分布在居民室内的警报接收端组成，其中警报 接收端内部含有地址信息，发射端通过含有地址信息 的调频信号控制警报接收端的开启与报警． 警报接收 端的部署是应急预警通知系统设计与优化的主要内容 之一，警报接收端部署的优化在于根据井口周边居民 的个人风险水平及企业自身经济条件，确定井口周边 警报接收端的部署范围、部署比例及安装位置，使企业 职工和周围居民的个人风险降低至可接受水平，同时 使总部署成本最低． “最坏假想事故情景”方法是国外 土地安全规划中常采用的方法，目前国内多参照这一 方法确定警报接收端的部署范围，并在这一范围内每 户室内安装一台警报接收端，即“平均部署法”［6］． 但 这一方法的局限性在于所采用的经验模型不能充分考 虑人员疏散特点及警报通知的传播规律，因此难以同 时兼顾安全性和经济性这两方面的优化目标［7］． 对警 报接收端部署方案进行优化，一种方法是借助事故场 景模拟与人员疏散模拟对多种方案进行比较和优选， 但这样的优化只能是在所考虑的有限几个方案中进 行; 另一种方法是解析法，如规划论法［8--9］，这种方法 可以给出问题的最优解，并根据情况变化迅速得出新 情况下的最优解． 本文旨在利用多目标规划理论和解 析方法建立能适应复杂事故场景和实现应急管理自动 化需要的警报接收端部署模型，并研究所建模型的特 点和适用的算法，以期对警报接收端部署工作提供一 条新的思路． 本文首先确定个人风险定量分析的方法，即根据 警报传播规律确定疏散人员加载到路网中的方式，根 据人员跃迁规律确定疏散人员的时空分布及在相应位 置接触的有毒气体剂量，基于个体脆弱性模型计算人 员在疏散过程中致死概率，从而得到个人风险水平． 然后以最小化平均个人风险水平和部署成本为优化目 标建立警报接收端的部署模型，并分析求解该模型的 时间复杂度． 为了从实际应用的角度解决警报接收端 部署的双目标优化模型，并降低计算的复杂性，再根据 ALAＲP 准则对井场进行分区管理，并由此确定部署计 划区的范围，通过引入贪心策略，将部署计划区划分为 若干部署子区域，从而提出一种求解所建模型的较好 可行解的算法． 最后通过案例分析对本文提出的模型 和算法进行测试． 1 问题分析 1. 1 警报传播与人员跃迁 在井喷失控等重大工业突发事件中，疏散通常是 确保人员安全的最彻底的应急保护措施，为快速有效 的实施疏散，必须在一定时间内向可能受到影响的人 员发布警报，将疏散的相关信息传递给他们［10］． 警报 信息的发布可以利用广播、电话、电视、互联网络、挨家 挨户通知等多种方式实现，不同的传播渠道在不同的 地理和社会背景下传播效果存在差异． 由于我国含硫 井场多位于偏远山区，借助电视和互联网络发布警报 的方式因其成本过高而并不利于推广． 此外，井喷事 故发生后人员疏散有时涉及上万户居民，如果通过电 话逐一告知或是村干部挨家挨户通知的方式发布警报 其效率较低，影响整体疏散的效果． 基于调频广播技 术和广播数据系统( ＲDS) 技术的应急广播通知系统因 其成本低廉、覆盖范围广且设备可按地理区域控制的 特点更适合高含硫井场地区预警机制的建设． 系统原 理图如图 1 所示． 应急广播警报传播并非直线的刺激—反应的过 程，居民从警报接收端接收到广播警报信息后还会经 历对警报形成个人认识、决定是否相信警报、估计危险 是否涉及自己、决定是否采取疏散响应等过程． 此外， 居民接到警报信息后，通常会先通知亲属和朋友以确 定信息的正确性，即信息蔓延传播效应，因此那些未安 装警报接收端的住户也可能通过亲友、邻居等人的电 话、短信、沿途喊叫等形式间接获得广播警报信息，并 可能因此采取疏散行动［10--11］． 令 t0表示从事故发生至 安装有警报接收端的住户收到警报所需的时间，当 t ＞ t0时，警报的传播与扩散过程可通过对 S 形曲线积分 运算得到，离散化警报传播与扩散时间后可采用以下 方程描述警报的传播曲线［12］: dn( t) dt = λ0 k［λ1α1 ( N( t) － n( t) ) ］+ ( 1 － λ0 k) ［λ2α2 n( t) ( N( t) － n( t) ) ］． ( 1) 式中: N( t) 为 t 时刻仍滞留在目标区域的人员总数与 该区应疏散人员总数之比，N( 0) = 1; n( t) 表示 t 时刻 仍滞留在目标区域的人员中收到警报的人员总数与该 区应疏散人员数之比; k 表示在 t 时刻收到报警通知并 认识到其含义的人员比例; α1和 α2分别为应急广播参 数和信息扩散蔓延效率参数; λ0、λ1和 λ2 为其他通知 渠道对应急广播警报传播的影响系数，其中 λ0，λ1， λ2≥1． 研究表明，得到明确警报信息的人群中，仍有一定 比例的人员因为自身的某种原因继续做自己的事而不 参与疏散，假定该比例为 b1 ; 未获得明确警报信息的人 群中，也有一定比例的人员因“看到附近许多人在疏 · 8661 ·