一些城市或社区会制定疏散计划，以应对紧急情况。城市官员制定计划的原因有很多，主要原因是自然灾害，如龙卷风、洪水或野火。疏散计划可以帮助社区更有效地应对紧急情况，从而有助于挽救生命。然而，城市很难评估这样的计划，因为让整个城镇或城市演练全面疏散是不切实际的。例如，加利福尼亚州北部的米尔谷市制定了一项野火疏散计划，但没有估计疏散需要多长时间。
今天，我们将介绍一个案例研究，在该案例研究中，我们与米尔谷市合作测试并改进了他们的疏散计划。我们在论文《米尔谷疏散研究》中概述了我们的方法。我们首先使用交通模拟器模拟全市疏散情况。研究目标是为该市提供疏散全市所需时间的详细估计，并通过研究疏散模式，找到使计划更有效的修改方法。虽然我们之前关于这个主题的研究提供了疏散时间的估计，并展示了如果实施某些道路变化，时间可以缩短，但事实证明，该论文中的建议（例如改变主干道上的出站车道数量）是不可行的。当前一轮研究通过更准确地模拟车辆数量和出发位置、使用更逼真的地图以及与城市官员密切合作以确保建议的计划变更被视为可行，从而改进了初步研究。
地理和方法论
米尔谷位于加利福尼亚州马林县，旧金山以北。许多住宅位于几个山谷的陡峭山坡上，周围环绕着茂密的红杉林。
米尔谷的鸟瞰图，由米尔谷市提供。
许多住宅所在的地区只有一个出口方向，即市中心。从那里撤离的最佳路线是 101 号高速公路，这条路位于城市的平坦部分，最有可能远离潜在的野火。一些街区还有其他路线可以远离城市和 101 号高速公路，但这些路线会经过丘陵森林地区，在发生野火时可能会很危险或无法通行。因此，疏散计划指示 101 号高速公路以西的所有车辆向东行驶至高速公路（见下图）。101 号高速公路以东的街区不包括在模拟中，因为它们远离火灾危险等级高的区域，并且靠近高速公路。
米尔谷位于 101 号公路以西，共有 11,400 户家庭。大多数米尔谷家庭拥有两辆车。疏散时间与车辆数量成正比，因此，在疏散过程中尽量减少使用的车辆数量符合共同利益。为此，米尔谷开展了一项公众意识活动，旨在让每户家庭乘坐一辆车疏散。虽然没有人知道疏散过程中会使用多少辆车，但可以肯定的是，平均每户家庭使用一到两辆车。因此，基本的疏散问题是如何有效地将 11,000 到 23,000 辆车从各个住宅区驶入 101 号公路的三个入口匝道之一。
101 号高速公路以西的米尔谷模拟部分位于蓝色边界内。101 号高速公路以绿色显示。红色方块表示 101 号高速公路的三组入口匝道。粉色区域的火灾危险等级最高。
当前工作使用与之前研究相同的通用方法，即在米尔谷地图上运行开源 SUMO 基于代理的交通模拟器。交通模拟器通过单独模拟每辆车来模拟交通。车辆的详细行为由跟车模型决定。每辆车都有一个出发点和时间以及一条初始路线。大多数车辆的路线会在整个模拟过程中根据条件进行更新。为了考虑在疏散的高压力条件下驾驶员行为的潜在变化，还研究了每辆车的“攻击性”的影响，但在我们的案例中，影响很小。一些简化的假设是车辆来自住宅地址，道路和高速公路最初是空的。这些假设大致对应于如果疏散发生在半夜可能遇到的情况。模拟中的主要输入是道路网络、家庭位置、每个家庭的平均车辆数量以及出发时间分布。我们必须对出发分布做出假设。与城市官员讨论后，我们选择了一种分布方式，使得大多数车辆在一小时内出发。
四大瓶颈
米尔谷有三组 101 号高速公路入口匝道：北部、中部和南部。所有车辆必须使用其中一组入口匝道才能到达目的地（我们地图上显示的 101 号高速公路最北段或最南段）。鉴于我们只关注高速公路以西的大部分米尔谷，因此有两条车道通往北部入口匝道，还有一条车道通往中部和南部入口匝道。由于每辆车都必须经过这四条车道中的一条才能到达高速公路，因此它们是瓶颈。鉴于地理位置和现有基础设施，增加更多车道是不可行的。因此，本研究的目的是尝试修改交通模式，以最大限度地提高四条车道上的交通速率。
疏散计划
当我们开始这项研究时，米尔谷有一个初步的疏散计划。该计划包括修改一些路段的交通模式——关闭交通信号灯和改变交通规则，以及指定实施这些改变所需的资源（交通警察、标志）。例如，双向道路可以改为单向道路，使出车道数量增加一倍。暂时改变交通方向称为逆行。
下图显示了每户 1 辆、1.5 辆和 2 辆汽车（从左到右）离开或到达目的地的车辆比例随时间的变化。最左侧的虚线表示已离开的车辆比例。黑色实线表示初步疏散计划结果，虚线表示正常道路网络（基线）结果。初步疏散计划显著加快了疏散速度。
车辆累计比例与时间（以小时为单位）的关系。需求曲线以最左侧的虚线表示。实线表示每户 1 辆、1.5 辆和 2 辆汽车的初步疏散计划曲线（从左到右）。虚线表示基线情况。
我们可以通过测量瓶颈处的速率来了解初步疏散计划的有效性。下图显示了在基准情况（正常道路规则；以灰色阴影显示）和初步疏散计划（以黑色轮廓显示）的情况下，每户 1.5 辆车的情况下通往高速公路入口匝道的四条车道上的交通速率。不同情况下每条车道的平均速率差异很大。很明显，虽然疏散计划可以提高疏散率，但仍有改进的空间。特别是，中间的入口匝道利用率很低。
101 号高速公路入口匝道四条车道的交通速率，包括基准情况（正常道路规则；以灰色阴影显示）和初步疏散计划（以黑色轮廓显示）。
最终撤离计划
在研究地图并调查了不同的替代方案后，我们与市政官员合作，发现了一组最小限度的新道路变化，与初步疏散计划（如下所示）相比，这些变化大大缩短了疏散时间。我们称之为最终疏散计划。它将初步计划的逆行部分向西延伸 1000 英尺，延伸至一个主要交叉路口。至关重要的是，这使得（通常）两条出站车道中的一条专用于将交通引导至中间的入口匝道。它还从该主要交叉路口创建了两条出站车道，直达向东超过 ¾ 英里的北部入口匝道。
最终疏散计划主要变化的地图。红线显示，沿 Camino Alto 向北行驶的车辆被转移到 101 号高速公路中间的入口匝道。蓝线显示，E Blithedale Ave 北车道的车辆被引导至新的逆行路段。
下图为初步和最终疏散方案的每车道比率对比图，其中每户 1.5 辆车。模拟结果表明，最终方案将通往中间入口匝道的车道上的平均车流量从每分钟约 4 辆车提高到约 18 辆车。它还将北入口匝道的通过率提高 60% 以上。
初步方案（灰色阴影部分）和最终疏散计划（黑色轮廓部分）中通往 101 号高速公路入口匝道的四条车道的车流量。
下图显示了车辆的累计比例与时间的关系，比较了初步和最终疏散计划中每户 1 辆、1.5 辆和 2 辆车辆的情况。以小时为单位，速度提升非常显著。例如，如果每户 1.5 辆车辆，使用初步疏散计划需要 5.3 小时才能疏散整个城市，而使用最终计划则只需 3.5 小时。
车辆累计比例与时间（以小时为单位）的关系。需求曲线以最左侧的虚线表示。实线表示每户 1 辆、1.5 辆和 2 辆车辆（从左到右）的最终疏散计划曲线。虚线表示初步疏散计划的曲线。
结论
在紧急情况下，疏散计划对于迅速将许多人转移到安全地带至关重要。虽然一些城市已经制定了交通疏散计划，但官员们很难了解该计划的效果如何或是否可以改进。Google Research 通过运行交通模拟帮助 Mill Valley 测试和评估他们的疏散计划。我们发现，虽然初步计划确实加快了疏散时间，但对计划进行一些细微的修改可以大大加快疏散速度。我们在这项研究期间与该市密切合作，Mill Valley 已经采用了最终计划。我们能够为该市提供更多模拟细节，包括一次疏散一个区域的结果。完整详细信息可在论文中找到。
针对特定疏散计划的详细建议必然是针对研究区域而制定的。因此，我们为米尔谷发现的具体道路网络变化并不直接适用于其他城市。但是，我们仅使用公共数据（来自OpenStreetMap的道路网络；来自人口普查数据的家庭信息）和开源模拟器 ( SUMO )，因此任何城市或机构都可以使用我们论文中使用的方法来获得其所在区域的结果。
致谢
我们感谢前市长约翰·麦考利 (John McCauley) 和米尔谷市工作人员汤姆·韦尔奇 (Tom Welch)、林赛·海恩斯 (Lindsay Haynes)、丹妮尔·斯托德 (Danielle Staude)、里克·纳瓦罗 (Rick Navarro) 和艾伦·皮翁博 (Alan Piombo) 的多次讨论和反馈，以及卡拉·布罗姆伯格 (Carla Bromberg) 的项目管理。
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