برخی از شهرها یا جوامع طرح تخلیه را برای استفاده در مواقع اضطراری تهیه می کنند. دلایل متعددی وجود دارد که چرا مقامات شهری ممکن است طرح خود را اجرا کنند، یکی از دلایل اصلی آن یک بلای طبیعی است، مانند گردباد، سیل یا آتش سوزی. یک طرح تخلیه می تواند به جامعه کمک کند تا به طور مؤثرتری به شرایط اضطراری پاسخ دهد و بنابراین می تواند به نجات جان افراد کمک کند. با این حال، ارزیابی چنین طرحی برای یک شهر ممکن است دشوار باشد، زیرا عملی نیست که یک شهر یا شهر کامل تخلیه کامل را تمرین کند. به عنوان مثال، دره میل، شهری در شمال کالیفرنیا، طرح تخلیه آتش سوزی را ایجاد کرد اما تخمینی برای مدت زمان تخلیه نداشت.
امروز ما یک مطالعه موردی را شرح می دهیم که در آن با شهر دره میل برای آزمایش و بهبود طرح تخلیه آنها همکاری کردیم. ما رویکرد خود را در مقاله خود، “مطالعه تخلیه دره آسیاب” ترسیم می کنیم. ما با استفاده از یک شبیه ساز ترافیک برای مدل سازی تخلیه در سطح شهر شروع کردیم. هدف تحقیق این بود که برآوردهای دقیقی برای مدت زمان تخلیه شهر به شهر ارائه شود و با مطالعه الگوی خروج، تغییراتی برای موثرتر کردن طرح پیدا شود. در حالی که کار قبلی ما در مورد این موضوع تخمینی برای زمان تخلیه ارائه می‌کرد و نشان می‌داد که چگونه می‌توان زمان را در صورت انجام برخی تغییرات جاده کاهش داد، توصیه‌های موجود در آن مقاله – مانند تغییر تعداد خطوط خروجی در یک شریانی – مشخص شد. قابل اجرا نبودند. دور کنونی تحقیق با مدل‌سازی دقیق‌تر تعداد و مکان‌های شروع وسایل نقلیه، با استفاده از یک نقشه واقعی‌تر، و با همکاری نزدیک با مقامات شهری برای اطمینان از اینکه تغییرات پیشنهادی در طرح قابل اجرا هستند، مطالعه اولیه را بهبود می‌بخشد.
جغرافیا و روش شناسی
دره میل در شهرستان مارین، کالیفرنیا، در شمال سانفرانسیسکو است. بسیاری از اقامتگاه ها در دامنه تپه های شیب دار چندین دره قرار دارند که توسط جنگل های انبوه چوب قرمز احاطه شده اند.
 |
 |
| نماهای هوایی از دره میل، با حسن نیت از شهر دره میل. |
بسیاری از این اقامتگاه ها در مناطقی هستند که تنها یک جهت خروجی دارند، به سمت مرکز شهر. از آنجا بهترین مسیر تخلیه به سمت بزرگراه 101 است که در قسمت مسطح شهر است و محتمل ترین منطقه دور از آتش سوزی های احتمالی است. برخی از محله‌ها مسیرهای دیگری دارند که هم از شهر و هم از بزرگراه 101 منتهی می‌شوند، اما این مسیرها از مناطق جنگلی تپه‌ای عبور می‌کنند که می‌تواند در هنگام آتش‌سوزی خطرناک یا غیرقابل عبور باشد. بنابراین، طرح تخلیه تمام وسایل نقلیه را به سمت غرب بزرگراه 101 به سمت شرق، به بزرگراه هدایت می کند (نقشه زیر را ببینید). محله‌های شرق بزرگراه 101 در شبیه‌سازی گنجانده نشده‌اند، زیرا از مناطقی با درجه خطر آتش‌سوزی بالا دور هستند و نزدیک به بزرگراه هستند.
دره میل حدود 11400 خانوار در غرب بزرگراه 101 دارد. اکثر خانوارهای دره میل دو وسیله نقلیه دارند. زمان تخلیه با تعداد وسایل نقلیه مقیاس می شود، بنابراین به نفع مشترک است که تعداد وسایل نقلیه مورد استفاده در طول تخلیه به حداقل برسد. برای این منظور، Mill Valley یک کمپین آگاهی عمومی دارد که هدف آن تخلیه هر خانوار با یک وسیله نقلیه است. در حالی که هیچ کس نمی داند که در طول تخلیه از چند وسیله نقلیه استفاده می شود، می توان حدس زد که به طور متوسط بین یک تا دو در هر خانواده باشد. بنابراین، مشکل اساسی تخلیه این است که چگونه می توان بین 11 تا 23 هزار وسیله نقلیه را از محل سکونت های مختلف به یکی از سه مجموعه بزرگراه 101 بر روی سطح شیب دار برد.
 |
| قسمت شبیه سازی شده دره میل در غرب بزرگراه 101 در داخل مرز آبی قرار دارد. بزرگراه 101 به رنگ سبز نشان داده شده است. مربع‌های قرمز سه مجموعه بزرگراه 101 را نشان می‌دهند. منطقه صورتی دارای بالاترین درجه خطر آتش سوزی است. |
کار فعلی از همان روش کلی تحقیق قبلی استفاده می کند، یعنی اجرای شبیه ساز ترافیک مبتنی بر عامل SUMO منبع باز بر روی نقشه دره میل. شبیه ساز ترافیک با شبیه سازی هر وسیله نقلیه به صورت جداگانه، ترافیک را مدل سازی می کند. رفتارهای دقیق وسایل نقلیه توسط مدلی که از خودرو پیروی می کند دیکته می شود. به هر وسیله نقلیه یک نقطه و زمان برای شروع و یک مسیر اولیه داده می شود. مسیرهای اکثر وسایل نقلیه بسته به شرایط در طول شبیه سازی به روز می شوند. برای در نظر گرفتن تغییرات بالقوه در رفتار راننده تحت شرایط استرس زیاد تخلیه، اثرات “تهاجمی” هر خودرو نیز بررسی می شود، اما در مورد ما این تاثیرات حداقل است. برخی از فرضیات ساده‌کننده این است که وسایل نقلیه از آدرس‌های مسکونی سرچشمه می‌گیرند و جاده‌ها و بزرگراه‌ها در ابتدا خالی هستند. این مفروضات تقریباً با شرایطی مطابقت دارد که اگر تخلیه در نیمه شب اتفاق بیفتد، ممکن است با آن مواجه شوید. ورودی‌های اصلی در شبیه‌سازی شبکه راه، مکان‌های خانوار، میانگین تعداد وسایل نقلیه در هر خانوار و توزیع زمانی خروج است. ما باید در مورد توزیع خروجی فرضیاتی داشته باشیم. پس از گفتگو با مسئولان شهر، توزیعی را انتخاب کردیم که اکثر وسایل نقلیه ظرف یک ساعت حرکت کنند.
چهار گلوگاه
دره میل دارای سه مجموعه رمپ بزرگراه 101 است: شمالی، میانی و جنوبی. همه وسایل نقلیه باید از یکی از این مجموعه‌های رمپ برای رسیدن به مقصد خود استفاده کنند (یا شمالی‌ترین یا جنوبی‌ترین بخش بزرگراه 101 که در نقشه ما گنجانده شده است). با توجه به اینکه ما فقط نگران اکثریت دره میل هستیم که در غرب بزرگراه قرار دارد، دو خط وجود دارد که به رمپ شمالی و یک خط به هر یک از رمپ های میانی و جنوبی نزدیک می شود. از آنجایی که هر وسیله نقلیه ای برای رسیدن به بزرگراه باید از یکی از این چهار خط عبور کند، آنها گلوگاه هستند. با توجه به موقعیت جغرافیایی و زیرساخت های موجود، افزودن خطوط بیشتر غیرممکن است. بنابراین، هدف این تحقیق تلاش برای اصلاح الگوهای ترافیکی برای به حداکثر رساندن نرخ ترافیک در هر یک از چهار خط است.
برنامه تخلیه
زمانی که ما این تحقیق را شروع کردیم، دره میل یک طرح اولیه تخلیه داشت. این شامل اصلاح الگوهای ترافیک – غیرفعال کردن چراغ‌های راهنمایی و تغییر قوانین راهنمایی و رانندگی – در چند بخش جاده، و همچنین مشخص کردن منابع (افسران راهنمایی و رانندگی، علائم) لازم برای اجرای تغییرات بود. به عنوان مثال، یک جاده دو طرفه ممکن است به یک جاده یک طرفه تغییر کند تا تعداد خطوط خروجی دو برابر شود. تغییر موقت جهت تردد نامیده می شود جریان مخالف.
نمودار زیر کسری شبیه سازی شده از وسایل نقلیه ای را نشان می دهد که حرکت کرده یا به مقصد خود رسیده اند در مقایسه با زمان، برای 1، 1.5، و 2 وسیله نقلیه در هر خانوار (از چپ به راست). خط چین در سمت چپ کسری را نشان می دهد که خارج شده است. خطوط مشکی یکدست نتایج طرح تخلیه اولیه را نشان می دهد و خطوط نقطه چین نشان دهنده نتایج عادی شبکه جاده (خط پایه) است. طرح اولیه تخلیه به میزان قابل توجهی سرعت تخلیه را افزایش می دهد.
 |
| کسر تجمعی وسایل نقلیه در برابر زمان بر حسب ساعت. منحنی تقاضا در خط چین در سمت چپ نشان داده شده است. خطوط ثابت منحنی های طرح تخلیه اولیه را برای 1، 1.5 و 2 وسیله نقلیه در هر خانوار نشان می دهد (از چپ به راست). خطوط نقطه چین برای حالت پایه یکسان است. |
ما می‌توانیم با اندازه‌گیری نرخ‌ها در گلوگاه‌ها بفهمیم که طرح اولیه تخلیه چقدر مؤثر است. نمودارهای زیر نرخ ترافیک را در هر یک از چهار خط منتهی به بزرگراه در رمپ برای مورد 1.5 وسیله نقلیه در هر خانواده برای هر دو حالت پایه (قوانین عادی راه، نشان داده شده با رنگ خاکستری) و طرح تخلیه اولیه نشان می دهد. (با رنگ مشکی مشخص شده است). میانگین نرخ هر خط در موارد مختلف بسیار متفاوت است. واضح است که در حالی که طرح تخلیه منجر به افزایش نرخ تخلیه می شود، جا برای بهبود وجود دارد. به طور خاص، رمپ های روی سطح میانی کاملاً مورد استفاده قرار نمی گیرند.
 |
| نرخ‌های ترافیک در چهار خط منتهی به بزرگراه 101 در رمپ‌های داخلی هم برای حالت پایه (قوانین عادی جاده؛ با رنگ خاکستری نشان داده شده است) و هم برای طرح تخلیه اولیه (با رنگ مشکی نشان داده شده است). |
طرح تخلیه نهایی
پس از مطالعه نقشه و بررسی گزینه‌های مختلف، ما با همکاری مسئولان شهری، حداقل مجموعه‌ای از تغییرات جدید جاده‌ای را پیدا کردیم که زمان تخلیه را در مقایسه با طرح اولیه تخلیه (در زیر نشان داده شده) به طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. ما این را طرح تخلیه نهایی می نامیم. بخش مخالف طرح اولیه را 1000 فوت بیشتر به سمت غرب تا یک تقاطع اصلی گسترش می دهد. مهمتر از همه، این اجازه می دهد تا یکی از دو خط خروجی (به طور معمول) به مسیریابی ترافیک به رمپ های میانی اختصاص داده شود. همچنین دو خط خروجی از آن تقاطع اصلی ایجاد می‌کند که به سمت رمپ‌های شمالی، بیش از ¾ مایلی به سمت شرق می‌رود.
 |
| نقشه تغییرات اصلی در طرح تخلیه نهایی. خط قرمز نشان می‌دهد که ترافیکی که به سمت شمال در Camino Alto حرکت می‌کند، به سمت رمپ میانی بزرگراه 101 منحرف می‌شود. خط آبی نشان می دهد که ترافیک در لاین شمالی E Blithedale Ave در بخش contraflow جدید هدایت می شود. |
نرخ هر قطعه خط با مقایسه طرح تخلیه اولیه و نهایی در زیر برای 1.5 وسیله نقلیه در هر خانوار نشان داده شده است. شبیه سازی نشان می دهد که طرح نهایی میانگین نرخ ترافیک در خط منتهی به رمپ های میانی را از حدود 4 وسیله نقلیه در دقیقه به حدود 18 افزایش می دهد. همچنین نرخ عبور رمپ های شمالی را بیش از 60% افزایش می دهد.
 |
| نرخ‌های ترافیک در چهار خط منتهی به بزرگراه 101 در رمپ‌های داخلی برای هر دو مورد مقدماتی (با سایه‌های خاکستری نشان داده شده است) و طرح تخلیه نهایی (با رنگ مشکی نشان داده شده است). |
نمودار زیر کسر تجمعی وسایل نقلیه در برابر زمان را نشان می‌دهد و موارد 1، 1.5 و 2 وسیله نقلیه در هر خانوار را برای طرح‌های تخلیه اولیه و نهایی مقایسه می‌کند. سرعت بسیار قابل توجه است، در مقیاس ساعت. به عنوان مثال، با 1.5 وسیله نقلیه برای هر خانوار، تخلیه شهر با استفاده از طرح اولیه تخلیه 5.3 ساعت و با استفاده از طرح نهایی تنها 3.5 ساعت طول کشید.
 |
| کسر تجمعی وسایل نقلیه در برابر زمان بر حسب ساعت. منحنی تقاضا در خط چین در سمت چپ نشان داده شده است. خطوط ثابت منحنی های طرح تخلیه نهایی را برای 1، 1.5 و 2 وسیله نقلیه در هر خانوار نشان می دهد (از چپ به راست). خطوط نقطه چین برای طرح اولیه تخلیه همین را نشان می دهد. |
نتیجه
طرح های تخلیه می تواند در رساندن سریع بسیاری از افراد به ایمنی در شرایط اضطراری بسیار مهم باشد. در حالی که برخی از شهرها طرح های تخلیه ترافیکی دارند، برای مقامات دشوار است که بدانند این طرح چقدر خوب کار می کند یا اینکه آیا می توان آن را بهبود بخشید. Google Research با اجرای شبیه‌سازی ترافیک به Mill Valley کمک کرد تا طرح تخلیه آنها را آزمایش و ارزیابی کند. ما متوجه شدیم که در حالی که طرح اولیه زمان تخلیه را تسریع می کند، برخی تغییرات جزئی در طرح به طور قابل توجهی تخلیه را تسریع می کند. ما در طول این تحقیق با شهر همکاری نزدیک داشتیم و میل ولی طرح نهایی را اتخاذ کرده است. ما توانستیم جزئیات شبیه‌سازی بیشتری را به شهر ارائه دهیم، از جمله نتایج تخلیه شهر در یک منطقه. جزئیات کامل را می توان در مقاله یافت.
توصیه های دقیق برای یک طرح تخلیه خاص، لزوماً مختص منطقه مورد مطالعه است. بنابراین، تغییرات شبکه جاده‌ای خاص که برای دره میل یافتیم، مستقیماً برای سایر شهرها قابل اجرا نیست. با این حال، ما فقط از داده‌های عمومی (شبکه جاده از OpenStreetMap؛ اطلاعات خانوار از داده‌های سرشماری) و شبیه‌ساز منبع باز (SUMO) استفاده کردیم، بنابراین هر شهر یا آژانسی می‌تواند از روش مورد استفاده در مقاله ما برای به دست آوردن نتایج برای منطقه خود استفاده کند.
سپاسگزاریها
ما از شهردار سابق جان مک کاولی و پرسنل شهر دره میل تام ولش، لیندسی هاینس، دانیل استود، ریک ناوارو و آلن پیومبو برای بحث ها و بازخوردهای متعدد و کارلا برومبرگ برای مدیریت برنامه تشکر می کنیم.