山區(qū)公路應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型研究

楊桪

摘 要：山區(qū)公路隧道救援方面依賴管理人員的經(jīng)驗，缺乏科學(xué)的分析指導(dǎo)，在一定程度上影響了應(yīng)急救援工作的開展。本文在分析應(yīng)急救援資源調(diào)配原則的基礎(chǔ)上，研究了如何對路網(wǎng)進行抽象，針對山區(qū)公路隧道路網(wǎng)應(yīng)急救援點布局進行建模，提出了應(yīng)急救援力量的布局模型，針對山區(qū)公路隧道區(qū)段路網(wǎng)進行應(yīng)急救援資源調(diào)配建模，提出了分階段協(xié)作的應(yīng)急救力量源配置優(yōu)化模型，并進行了實例分析，驗證了模型的實用性與可實施性。

關(guān)鍵詞：山區(qū)公路；救援力量；配置優(yōu)化模型

中圖分類號： U49 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）10-50-4

0 引言

目前，公路隧道應(yīng)急救援方面依賴管理人員的經(jīng)驗，缺乏科學(xué)的分析指導(dǎo)，在一定程度上影響了應(yīng)急救援工作的開展。國外研究者發(fā)現(xiàn)，事故后的緊急救援對于減少人員傷亡至關(guān)重要。在交通事故中，對于傷勢同等的重傷員，如果能在30分鐘內(nèi)得到救助，可以有80%的傷員存活下來；如果能在60分鐘之內(nèi)得到救助，可以有40%的傷員存活下來，但是如果救援時間超過了90分鐘，則僅有10%的傷員能夠存活下來，可以很明顯的看出，隨著救援響應(yīng)時間的不斷延長，人員傷亡情況會越來越嚴重。如何合理的配置資源，如何減少救援響應(yīng)時間，如何使救援力量發(fā)揮更好的作用，需要在構(gòu)建應(yīng)急救援力量配置模型時充分考慮救援物資的價格、成本、響應(yīng)救援需要的時間以及各應(yīng)急救援點所能容納救援物資的數(shù)量等因素，這樣不僅能達到快速高效的完成救援工作，還能減少應(yīng)急救援過程中的花費。因此，開展山區(qū)公路應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型研究，實現(xiàn)從經(jīng)驗型配置向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化配置的轉(zhuǎn)變，具有重要的理論價值和實際意義。

1 應(yīng)急救援力量配置需求分析

1.1 應(yīng)急救援力量配置需求

應(yīng)急救援力量配置是應(yīng)急管理工作的關(guān)鍵所在。山區(qū)公路隧道區(qū)段一旦發(fā)生事故，根據(jù)突發(fā)事件的緊急程度，應(yīng)在短時間內(nèi)開展應(yīng)急救援和物資調(diào)配工作。如果在事件發(fā)生之前科學(xué)分析山區(qū)公路隧道運營區(qū)段的突發(fā)事件特性，合理配置應(yīng)急救援資源，不僅能保證應(yīng)急救援工作及時順利的開展，還能充分利用有限的應(yīng)急救援力量。通過需求分析能使應(yīng)急救援力量資源調(diào)配更具備科學(xué)性和針對性，因此在研究應(yīng)急救援力量配置之前，應(yīng)做好相應(yīng)的需求分析工作。

1.2 應(yīng)急救援力量配置需求分析

1.2.1 分析山區(qū)高速公路現(xiàn)有應(yīng)急救援調(diào)配方案

通過調(diào)研，目前的我國高速公路應(yīng)急救援一般是由高速運營單位來主導(dǎo)，所在轄區(qū)的行政部門進行配合。一般高速公路由行政區(qū)域的監(jiān)控中心聯(lián)合監(jiān)管。其中應(yīng)急救援所需的消防和救護資源主要依靠轄區(qū)類的醫(yī)院和公安消防系統(tǒng)，主要配置方式如表1所示。

1.2.2 應(yīng)急救援資源調(diào)配需求分析

考慮山區(qū)公路隧道各個區(qū)域路段區(qū)段突發(fā)事件的約束條件和應(yīng)急救援資源，對山區(qū)公路隧道區(qū)域路段應(yīng)急救援力量配置進行需求分析：

①明確應(yīng)急救援中各部門相應(yīng)的職責(zé)并制定相應(yīng)的預(yù)案；②制定明確的應(yīng)急資源調(diào)配方案；③制定合理應(yīng)急救援點選址布局方案； ④制定明確的交通組織和物資調(diào)配方案。

2 應(yīng)急救援點選址布局模型分析

根據(jù)前文所述的應(yīng)急救援受到成本、時間、資源等應(yīng)急資源的條件約束，通過應(yīng)急救援點的合理選址布局，使得在保障應(yīng)急救援能夠及時響應(yīng)的同時又能減少應(yīng)急救援的成本。

將區(qū)域路網(wǎng)換分成若干個路段，以各個路段為基本單位進行分析。分析各個路段應(yīng)急救援點選址布局與應(yīng)急救援響應(yīng)時間的關(guān)系。從而采用 0-1 數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)建立在各種約束條件下，使應(yīng)急救援管理效益最大化的應(yīng)急點選址布局模型。

建立應(yīng)急救援點選址布局模型，首先要從數(shù)學(xué)的角度明確目標(biāo)函數(shù)、約束條件，以及函數(shù)中參數(shù)含義以及參數(shù)值。

2.1 區(qū)域路網(wǎng)的數(shù)學(xué)描述

對山區(qū)公路區(qū)域路網(wǎng)進行抽象和數(shù)學(xué)描述，有利于構(gòu)建應(yīng)急救援資源布局模型。（圖1）

選用山區(qū)公路區(qū)域路網(wǎng)進行研究。將應(yīng)急救援資源調(diào)配點和突發(fā)事件發(fā)生地抽象為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，對山區(qū)公路區(qū)域路網(wǎng)可進行如下數(shù)學(xué)描述。

③Vj表示區(qū)域路網(wǎng)中各個路段的安全性指數(shù)（j∈N），即一段時間內(nèi)，某路段的事故率。

突發(fā)事件不同，造成的危害和損失有大有小。式1、式2為標(biāo)準(zhǔn)事故數(shù)量換算公式，換算之后方便比較路段的安全性指數(shù)。其中，Pj代表區(qū)域路段j的標(biāo)準(zhǔn)突發(fā)事件樹，Qj代表區(qū)域路段j的標(biāo)準(zhǔn)交通量。Pjs代表區(qū)域路段j發(fā)生s級突發(fā)事件的數(shù)量，？茲s代表s級突發(fā)事件的加權(quán)系數(shù)。s代表突發(fā)事件的等級， z代表突發(fā)事件的分級數(shù)。

3 應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型研究

就現(xiàn)在山區(qū)高速公路的建設(shè)情況來看，高速公路路網(wǎng)已基本形成。在這種情況下，如果仍然按照在每一條高速公路上都配備能夠應(yīng)對一起事故和以一定概率應(yīng)對另一起事故的資源，則會使救援資源閑置和浪費。因此，當(dāng)事故發(fā)生時應(yīng)綜合考慮路網(wǎng)內(nèi)各救援點的協(xié)作，充分利用各救援點的救援資源。

假設(shè)高速公路區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)救援資源調(diào)配點位置已知，綜合分析該區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)的歷史交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，整理分析出事故多發(fā)地點，將其作為潛在的事故發(fā)生點，即進行應(yīng)急救援資源調(diào)配時需要進行救援的事故發(fā)生地，并將這些潛在事故發(fā)生點分別規(guī)劃到距離其最近的救援調(diào)配點管理范圍內(nèi)。當(dāng)事故一旦發(fā)生，事故的處理過程將分為兩個階段，第一階段應(yīng)由距離其最近的救援資源調(diào)配點提供救援所需資源，并且該救援資源調(diào)配點不可將所有的救援資源用到本次救援中，以防在同一時間段內(nèi)發(fā)生其他交通事故時無法進行應(yīng)急救援；第二階段需要的救援資源由其他救援資源調(diào)配點提供，并且這些其他調(diào)配點必須保留適量的救援資源以備所負責(zé)區(qū)域發(fā)生突發(fā)事件時提供。這樣不僅可以降低事故發(fā)生時的響應(yīng)時間，還可以通過多個調(diào)配點的協(xié)作減少救援資源調(diào)配量，使整個路網(wǎng)中所有調(diào)配點派出的救援資源總數(shù)最小。

3.1 分布協(xié)作式應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型

應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型的目標(biāo)是在保證滿足事故發(fā)生點對救援資源需求的基礎(chǔ)上，分兩個階段完成救援資源的配置，使路網(wǎng)范圍內(nèi)配置的資源總數(shù)最小；同時每個調(diào)配點所需要的救援資源數(shù)量至少是滿足現(xiàn)已發(fā)生的交通事故發(fā)生地對救援資源第一階段的需要數(shù)量和以一定概率p滿足其他潛在事故發(fā)生地對救援資源第一階段需要的數(shù)量之和。

以區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)救援資源調(diào)配總量最小為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建分布寫作式應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型如式6～11所示。其中式6為目標(biāo)函數(shù)，表示山區(qū)公路區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)配置的資源總數(shù)最??；式7～11為約束條件。

式7為資源數(shù)量約束，每個事故發(fā)生點接受的應(yīng)急救援資源總量不小于事故地對救援資源的需求量。

式8為資源數(shù)量約束，每個調(diào)配點擁有的資源總量不僅要能夠滿足已經(jīng)發(fā)生的交通事故第一階段對救援資源的需求，還要滿足其他潛在事故發(fā)生點對救援資源的需求。

式9為資源數(shù)量約束，說明每個資源調(diào)配點在向已發(fā)交通事故點提供第二階段的需求資源數(shù)量后，還必須能夠滿足其所管轄范圍內(nèi)發(fā)生另一起交通事故時第一階段需要的資源量。

式10、11為式6的系數(shù)約束，僅需要兩個調(diào)配點派出資源即可滿足事故救援需求的前提條件。

3.2 實例分析

以4條高速公路部分路段組成的區(qū)域高速公路網(wǎng)為例，每條高速公路上設(shè)置1個應(yīng)急救援資源調(diào)配點，分別用S1，S2，S3，S4表示。假設(shè)路網(wǎng)中的潛在事故發(fā)生地有8處，分別用A11，A12，A13、A12，A22、A13，A23、A14表示。圖2為事故發(fā)生地與應(yīng)急救援調(diào)配點之間的位置關(guān)系。

通過分析該高速公路路網(wǎng)內(nèi)歷史事故實際救援?dāng)?shù)據(jù)，統(tǒng)計得出在事故救援過程中各事故多發(fā)地點發(fā)生交通事故時第一階段和第二階段需要的資源數(shù)量，如表 2 所示。同時，分析歷史交通事故發(fā)生的等級情況，確定概率p的取值，假設(shè)，p=0.5。（表2）

將表中數(shù)據(jù)及p=0.5帶入式6～11中，用 Matlab 軟件求解目標(biāo)函數(shù)值，所得調(diào)配點配置資源結(jié)果如表3所示。

在突發(fā)事件情況下各點第二階段是否參加應(yīng)急救援參見表4 ，其中“1”代表該點參加應(yīng)急救援，其中“0”則代表該點不參加應(yīng)急救援。

若不采用分步協(xié)作式的方式進行資源調(diào)配，每個調(diào)配點僅負責(zé)所在區(qū)域的突發(fā)事件，每個調(diào)配點調(diào)配的資源量如式12所示。

對比表3和表5可知應(yīng)急救援資源配置優(yōu)化前后的結(jié)果，如圖3所示。經(jīng)過分布協(xié)作式優(yōu)化，各資源調(diào)配點的資源配置量和路網(wǎng)的總資源配置量都有明顯的降低，總資源量降低了36%，各資源調(diào)配點分別降低了18.2%，29%，65.8%，53.5%。

4 結(jié)語

應(yīng)急救援力量配置，直接關(guān)系到突發(fā)事件應(yīng)急救援工作的成敗。完成應(yīng)急救援工作的情況下，如節(jié)約救援成本，如何提高救援效率，如何應(yīng)急救援資源的優(yōu)化配置是工作的關(guān)鍵所在。本文在分析應(yīng)急救援資源調(diào)配原則的基礎(chǔ)上，研究了如何對路網(wǎng)進行抽象，針對山區(qū)公路隧道路網(wǎng)應(yīng)急救援點布局進行建模，提出了應(yīng)急救援力量的布局模型，針對山區(qū)公路隧道區(qū)段路網(wǎng)進行應(yīng)急救援資源調(diào)配建模，提出了分階段協(xié)作的應(yīng)急救援力量配置優(yōu)化模型，并進行了實例分析，驗證了模型的實用性與可實施性。本文在研究中并未考慮自然災(zāi)害等其他影響因素。

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