市域道路交通突發事件應急資源調度路徑分析

閆俊霞，劉 萌，張 寧，張建峰，陳 楊

（1.邯鄲學院 地理系，河北 邯鄲 056005；2.石家莊卓越中學，河北 石家莊 050000；3.東莞市麻涌中學，廣東 東莞 523000）

近年來，我國非常重視城市公共安全應急救援工作，國務院陸續頒布《國家突發公共事件總體應急預案》，把公共安全、應急救援作為獨立領域進行戰略研究，并制定規劃綱要，多個城市著手建立城市應急系統。應急救援作為應急系統重要部分需要技術輔助，完成數據共享、互聯互通、應急決策的有效整合。城市道路交通突發事件頻發帶來直接損失，應急救援延滯會導致二次事故發生，因此市域道路突發事件的應急救援管理已成為城市交通部門亟待解決的關鍵問題。快速準確響應及合理調配應急資源，需要應急管理平臺實現多部門協同互動提高應急管理水平。因此，應急處理能力、路徑模型選擇成為國內眾多學研究的重點。本文以市域道路應急資源調度為背景，利用Dijkstra算法、層次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）尋求最優路徑分析，討論突發路障等因素干擾下的最優路徑分析，建立基于地理信息系統（Geographic Information System,GIS）的動態應急路線調度，實現動態應急資源調度數字化決策支持。

1 相關理論及方法

1.1 Dijksta算法

Dijkstra算法從起點持續搜索到各個節點的最短距離，直到找到了最優的路徑為止，當某些節點發生變化時，需要對每一個節點進行多次的分析才能得出最優解。

1.2 層次結構模型

層次分析法由T. L. Saaty教授提出將影響復雜問題的因素劃分為不同的層序，再根據基于現實的主觀判斷，將影響因素進行兩兩比較，通過數學方法的計算得出不同影響因素的權重的方法。

2 研究區域應急調度最優路徑分析

2.1 層次分析法權重確定

通過AHP層次分析法首先對影響路徑的六個因素：路徑距離、道路擁堵程度、交通流量、道路等級、車輛行駛速度、天氣狀況進行分析并分類，如表1所示，路徑通行時間設為目標類；將影響路徑通行時間的 6個因素設為準則類，目標層的路徑權重為；準則層各個指標對于目標層的權重、、、、、，獲得準則層各影響因素的權重值后，就可計算整個網絡中各條路徑的權重值：W=（×+×+×+×+×+×）。式中，、、、、、為準則層各因素對于目標層的權重系數；為路徑距離，為限定車輛行駛速度，為交通流量，為天異常天氣下的路況，為道路等級，為道路平坦度。

表1 各影響因素實際數值等級對比度

2.2 構建研究區道路路網數據

ArcGIS軟件對矢量化的在線網絡地圖進行路網分析，通過幾何網絡建模形成邏輯網絡的過程中，對網絡的幾何要素的連通性進行處理：路線之間幾何銜接的處理，路線之間幾何上相互銜接，保障路線之間的連通性；通過 GIS軟件中的節點捕獲工具，對幾何上的相互連通的路線的相交節點進行節點捏合處理，完成道路路線之間幾何上的銜接；使用 GIS軟件中的拓撲工具，實現路網模型中的路網連通性，路線交匯口處形成新的節點，對路網進行處理后，在研究區域共設計出了268條折線與189個節點。

2.3 計算各救援點最短距離

在 Dijkstra算法結合道路權重信息，利用ArcGIS中路網分析功能對人民西路事故區域進行應急資源調度最優路徑分析，分析該事故發生后應急資源調度的路線及過程，結合醫院等級和特點，市中心醫院和市第一醫院作為實際救援醫院的合理性。

通過ArcGIS的Network Analysis模型，對研究區域公路路網建立路網模型，然后通過查詢工具把研究區域內的所有醫院及發生事故地進行標注，詳細的醫院幾何位置及相關信息如圖 1。

圖1 研究區域點線要素地圖

（2）通過Dijkstra算法，結合計算的路徑權重，對研究區域內的所有醫院進行救援最優路徑分析，從中選擇出救援速度最快的 2個對口醫院

（3）將利用判斷矩陣依次確定從中心醫院到事故發生地的所有可通行的路段，從中心醫院點進行救援，如圖2所示，研究區域共涉及11所醫院。采用 Dijkstra算法計算各個救援醫院到事故點的最優路徑分析結果并顯示醫院最優救援導航路線。到事故救援點之間的所有可行的路徑，判斷矩陣如表2所示。

圖2 醫院分布圖

表2 基于Dijkstra算法市中心醫院至事故發生地判斷矩陣

2.4 路障存在時應急路徑分析

在現實的公路應急資源的調度中，考慮路徑距離、車輛平均行駛速度、交通流量、天氣狀況、道路等級、道路平坦度等 6個阻抗因素之外，還應考慮突發性路障的存在，阻斷最優路線的連續性，需要規劃新的最優路徑。當路線中存在障礙性因素時，可以通過對障礙性因素所在的位置或路線設置點、線、或面障礙，使創建最優路徑分析模型時有效避開障礙性因素，并重新規劃最優路徑。

結合案例在叢臺路至和平路之間的中華大街段存在公路維修，在分析救援最優路徑時應合理避開該不可通行路段，且在最優路徑分析時對所在的維護路段設置禁止型線障礙，并用粗線段表示禁止通行的區間范圍，更好地規劃最優路徑。路障存在時應急路徑分析既要考慮路徑權重又兼顧路徑中存在的障礙，合理規劃中出高效、安全、快速最優路徑，分析結果如圖3、圖4所示。

圖3 第一醫院最優救援路線圖

圖4 市中心醫院最優救援路線圖

3 結論

市域交通復雜的路網結構增加了突發事件應急救援的難度，也對道路應急救援效率提出了更高的要求。本文對應急資源調度路徑分析，通過應急救援最優路徑的選取，減少公路突發事件發生后應急資源在路徑中所耗費的時間，減少突發事件帶來的二次損失與傷害。通過AHP層次分析法計算公路應急資源調度阻抗因素，結合案例實際交通信息建立各個權重屬性表，ArcGIS結合Dijkstra算法進行路網分析，實時追蹤救援狀態并選擇路徑優化節點，將救援結果路徑在地圖界面展示，有效縮短了應急救援時間，從整體上提高了城市道路交通突發事件的應急管理水平。