（交通信息工程及控制专业论文）高速公路重大事故应急救援资源调度方法研究.pdf

摘要 摘要 近年来，高速公路重大事故应急救援管理引起普遍的关注和重视。一方面，高速公路安全形势 日益严峻，加强交通事故救援管理各项工作必要性日益突出；另一方面，高速公路日益完善的软、 硬件条件也为开展事故救援管理工作提供了基础，为实施事故救援辅助决策增加了可能性。高速公 路紧急救援管理系统是降低突发事故造成重大人员伤亡和财产损失的有效手段，而救援资源调度是 紧急救援管理系统的决策核心部分。 本文以高速公路紧急救援调度方法为研究对象，结合紧急救援调度方法的研究现状，重点研究 了基于机会成本的高速公路重大事故应急救援资源调度方法。本文将资源调度问题研究按照响应事 件数量、救援资源种类和救援决策目标分为三个维度，并且对三个维度的国内外研究现状进行了总 结归纳，并对高速公路应急调度的两种研究方法进行了归纳和比较研究。围绕高速公路应急救援资 源调度进行联动机制设计层面、技术方法层面和实例应用层面研究。 从联动机制设计层面来说，通过对江苏省高速公路紧急救援联动实践的总结，提出了高速公路 联动组织指挥体系的构建和联动信息渠道的设计，以联动信息渠道设计以救援进程为线索，明确救 援各个环节各参与部门之间信息沟通的渠道和机制以保证联动行动的高效和快捷，提出了高速公路 救援实施的各部门联动信息设计图。 从技术方法层面来说，针对高速公路重大事故应急的决策要求( 全局性和稳定性) ，采用基于机 会成本的救援物资调度方法。在建立基于机会成本建立调度模型的基础上，提出“情景分解法”对模 型进行了简化和求解。“情景分解法”基本思路为首先将一个多资源问题分解为单资源问题，然后将 单资源问题分解为若干情景，最后针对分解情景求解“元问题”。 从实例应用层面来说，本文以南京周边高速公路网为应用背景，对仿真的事故和救援需求首次 应用基于机会成本的资源调度模型，采用“情景分解法”生成救援资源调度决策支持方案。 关键词：救援资源调度；联动机制；机会成本；“情景分解法” a b s t r a c t a bs t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ep u b l i ch a v ep a i dm u c ha t t e n t i o no ne m e r g e n c ya s s i s t a n c em a n a g e m e n ti nf r e e w a y m a j o ra c c i d e n t o no n eh a n d , t h ei m p o r t a n c eo fe n h a n c i n gt r a f f i ca c c i d e n ta s s i s t a n c em a n a g e m e n ti s b l o o m i n g 印b e c a u s eo fm u c hm o r es e r i o u sf r e e w a yt r a f f i cs a f e t yc o n d i t i o n o nt h eo t h e rh a n d , t h e i m p r o v e m e n to fs o f t - w a r ea n dh a r d w a r eo nt h ee x p r e s s w a yp r o v i d et h ep r o b a b i l i t yo ni m p l e m e n t i n g i n t e l l i g e n ti n c i d e n ta s s i s t a n c ed e c i s i o nm a k i n g e x p r e s s w a ye m e r g e n c y a s s i s t a n c em a n a g e m e n ts y s t e mi s a l le f f i c i e n tw a yt or e d u c i n ge n o r m o u sc a s u a l t ya n dp r o p e r t yl o s sc a u s e db ys u d d e na c c i d e n t s a n dr e s c u e r e s o u r c ed i s p a t c h i n gi st h ek e ye l e m e n to fe m e r g e n c ya s s i s t a n c em a n a g e m e n ts y s t e m t h i sp a p e rt a k ee x p r e s s w a ye m e r g e n c ya s s i s t a n c ed i s p a t c h i n gm e t h o da sr e s e a r c ho b j e c t ，a n dm a i n l y s t u d yo nt h eo p p o r t u n i t yc o s tb a s e de x p r e s s w a ye m e r g e n c ya s s i s t a n c ed i s p a t c h i n gm e t h o d , c o m b i n i n g w i t he m e r g e n c yd i s p a t c h i n gr e s e a r c hs t a t u s i nt h i sp a p e r , r e s c u er e s o u r c ed i s p a t c h i n gp r o b l e mi s c l a s s i f i e di n t ot h r e ed i m e n s i o n sa c c o r d i n gt ot h en u m b e ro fr e s p o n s ei n c i d e n t , r e s c u er e s o u r c ec a t e g o r i e s a n dd e c i s i o nm a k i n go b j e c la n ds u m m a r i z et h er e s e a r c hs t a t u si nd o m e s t i ca n da b r o a dc o n c e m i n gt h r e e d i m e n s i o n s t h e nt h ec u r r e n tt w os t u d ym e t h o du s e di ne x p r e s s w a ye m e r g e n c yd i s p a t c h i n ga r ec o m p a r e d a n ds u m m a r i z e d t h ep a p e rs t u d ye x p r e s s w a ye m e r g e n c yd i s p a t c h i n gi nt h r e ea s p e c t ：d e s i g no fi n t e r a c t i v e m e c h a n i s m ，m o d e lt e c h n i q u em e t h o d sa n dm e t h o da p p l i c a t i o ns t u d y a sd e s i g no fi n t e r a c t i v em e c h a n i s m ，t h i sp a p e r p r o p o s et h ed e s i g no fe x p r e s s w a yi n t e r a c t i v e o r g a n i z a t i o na n di n t e r a c t i v ei n f o r m a t i o nc h a n n e l ，a c c o r d i n gt o t h ee x p r e s s w a ye m e r g e n c ya s s i s t a n c e i n t e r a c t i v ep r a c t i c ei nj i a n g s up r o v i n c e t a k i n gr e s c u ep r o c e d u r e sa sc l u e s ，t h ep a p e r p r o p o s ee x p r e s s w a y e m e r g e n c ya s s i s t a n c ei n f o r m a t i o n i n t e r a c t i v ed e s i g na m o n ga g e n c i e st om a k es u r et h ep a r t i c i p a t i o n a g e n c i e si n t e r a c t i v ea c t i o ne f f i c i e n ta n dr a p i di nt h ew h o l er e s c u ep r o c e e d i n g a sm o d e lt e c h n i q u em e t h o d s ，t h i sp a p e ru s eo p p o r t u n i t y - b a s e dr e s c u er e s o u r c ed i s p a t c h i n gm e t h o d c o n s i d e r i n gt h er e q u i r e m e n t si ne x p r e s s w a ym a j o ra c c i d e n tr e s p o n s ed e c i s i o nm a k i n g ( g l o b a ls u p e r i o r i t y a n ds y s t e ms t a b i l i t y ) b a s e do no p p o r t u n i t yc o s tb a s e dd i s p a t c h i n gm o d e l ，t h i sp a p e rp r o p o s e “s c e n e d e c o m p o s i t i o nm e t h o d t os i m p l i f ya n dr e s o l v et h em o d e lp r o b l e m t h eb a s i ci d e ao f s c e n e d e c o m p o s i t i o nm e t h o d i sa sf o l l o w s ：t h ef i r s ts t e pi st ob r e a km u l t i - r e s o u r c ep r o b l e m i n t os i n g l e r e s o u r c e p r o b l e m ，t h e nt od e c o m p o s et h ea c t u a ls c e n ei n t os o m eb a s i cp r o b l e m ，a tl a s tt or e s o l v et h eb a s i cp r o b l e m u s i n go p p o r t u n i t yc o s tb a s e dd i s p a t c h i n gm o d e l a sm e t h o da p p l i c a t i o ns t u d y , t h i sp a p e ri st h ef i r s tt oa p p l yo p p o r t u n i t yc o s tb a s e dd i s p a t c h i n gm o d e l t og e n e r a t ee m e r g e n c ya s s i s t a n c ed i s p a t c h i n gd e c i s i o n m a k i n gr e s u l tu s i n g “s c e n ed e c o m p o s i t i o n m e t h o d o nf r e e w a yn e t w o r k si nn a n j i n gn e i g h b o r h o o da r e a k e yw o r d s ：r e s c u er e s o u r c ed i s p a t c h i n g ；i n t e r a c t i v em e c h a n i s m ；o p p o r t u n i t yc o s t ；s c e n ed e c o m p o s i t i o n m e t h o d i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：靼导师签名：缉日期： 继f ：_ - o l - 。 l 、绪论 1 、绪论 1 1 研究背景 如何应对突发事件，是任何国家、社会组织都必须面对的挑战。近年来，无论是自然灾害应急 管理，事故灾难应急管理，公共卫生应急管理，还是经济及社会安全应急管理，都日益引起国家和 公众对于应急管理的关注和重视。 目前，我国中央政府已经先后公布了国家突发公共事件总体应急预案、2 5 个专项预案和8 0 个部门应急预案，各级地方政府的总体应急预案编制工作也基本完成。安全生产和应急管理工作越 来越引起社会各行业的广泛重视，应急管理工作陆续展开，并取得了一些富有成效的工作。 从交通行业来说，交通安全严峻形势不容乐观，加强交通事故救援管理各项工作必要性日益突 出。 从世界范围来说，一份由世界卫生组织( w h o ) 和世界银行共同发表的预防道路交通伤害世 界报告指出“在人们每天所面对的各种问题中，道路交通伤害是最复杂也是最危险的。据估计全世 界每年约有1 2 0 万人死于道路交通伤害，受伤者多达50 0 0 万人。相当于全球五个最大城市人口的 总和。与其他不常发生的灾祸相比，这些数字背后的悲剧却很少引起大众媒体的关注”。世界卫 生组织( w h o ) 认为“道路交通伤害是一个重要的全球公共卫生问题”，从公共卫生的视角给予交通 安全以极为高度的关注【l j 。 从国内范围来说，“2 0 0 1 2 0 0 5 年，道路交通万车死亡率为7 6 0 ，约是发达国家的5 倍。严峻 的安全生产形势不仅严重威胁着人民群众生命安全和健康，也影响到社会安定和谐”忙j 。 随着国民经济的持续、快速发展，国家、地方高速公路建设迅猛发展。与此同时，高速公路的 交通安全问题日益显得突出，交通事故数量以及所造成的社会经济损失不断增加。2 0 0 2 的统计数据 表明，全国高速公路共发生事故2 9 6 1 1 起，造成3 9 2 7 人死亡【3 j 。以江苏省高速公路为例，截至2 0 0 6 年底，江苏省高速公路通车总里程达到3 3 5 5 公里，形成了全省纵横交错、四通八达的高速公路网络 骨架体系，然而重大交通事故却不断出现。1 9 9 6 年1 1 月发生在沪宁高速公路( 江苏段) 上的因能 见度降低而造成的4 4 辆车相撞、死亡1 0 余人、交通堵塞5 个多小时的重大事故和2 0 0 5 京沪高速公 路淮安段3 - 2 9 氯气泄露事故就是其中两个特大事故。 据有关统计资料：目前我国道路交通事故中的重伤员约有2 3 的人因不能获得及时、有效的救 护而死亡；在1 0 0 0 例交通事故中，只有约1 5 左右的受伤者能乘救护车到达医院。对于交通事故 重伤者，在交通事故发生后9 0 分钟内给予急救，其生存率为1 0 以下：在6 0 分钟内获救，其生存 率为4 0 ；在3 0 分钟内获救，其生存率高达8 0 。这些统计数据表明：采取科学的交通管理措施、 建设先进的高速公路紧急救援系统对于降低事故的死亡率、减少由事故引起的经济损失、减轻交通 拥堵、加强高速公路安全运营管理是十分必要和迫切的。 另一方面，高速公路日益完善的软、硬件条件也为开展事故救援管理工作提供了基础，为实施 智能事故救援决策增加了可能性。随着高速公路信息化建设不断完善，高速公路三大系统( 监控系 统、通讯系统、收费系统) 为组织实施紧急救援提供了可能。而且高速公路运营管理公司无论从社 会效益还是从企业发展的角度，对高速公路紧急救援系统的应用实施提出了迫切的需求。 高速公路紧急救援资源调度是整个高速公路紧急救援系统决策的核心部分，也是保证紧急救援 系统运行科学、稳定、可靠的重要保障。 目前高速公路事故救援过程中，高速公路监控调度( 分) 中心通常按照“属地原则”进行救援资 源调度。所谓“属地原则”就是高速公路监控调度( 分) 中心调配事故发生地点所在辖区内应急服务 东南大学硕士学位论文 点救援资源参与事故应急。“属地原则”对于处理轻微和一般事故是权责明确、行之有效的处理方法。 然而对于重、特大交通事故，一方面，辖区内的应急服务点所配置的救援资源通常无法满足救援的 要求，使得针对重、特大的交通事故需要高速公路紧急救援调度决策机构需要站在路网( 或者局部 路网) 的角度调配资源；另一方面，应对重、特大事故的救援资源是相对稀缺的救援资源( 如起吊 车等) ，高速公路紧急救援调度决策机构更应该合理调度稀缺的救援资源，以保证和提高整个路网( 或 者局部路网) 在应对整体救援需求时的稳定性和可靠性。 根据江苏省高速公路紧急救援系统的调研，高速公路应急救援正从以单一高速公路为主，其他 高速公路协助的救援模式转变为由全省高速公路的调度指挥中心统一调度指挥。这就为高速公路紧 急救援资源调度的实施提供了有力的支撑平台。 而目前针对高速公路重、特大事故紧急救援资源调度方面的研究仍然比较缺乏，本文正是针对 此类问题进行探索性的研究工作。 本次研究工作是江苏省交通科学研究项目“江苏省高速公路交通紧急救援决策支持系统研究”的 重要组成部分，本次研究正是为紧急救援辅助决策提供资源调度辅助决策的科学依据。救援资源调 度辅助决策将有效的增强救援决策的可靠性( 避免在高度紧张的条件下人为决策失误) ，为救援车辆 提供最佳救援路径，从而缩短应急响应时间。这对于降低事故死亡率、缓解随时间加剧的交通影响、 减少事故经济损失( 直接和间接经济损失) 、将事故对社会的影响降低到最低程度有非常重要的直接 和潜在的作用。 1 2 高速公路应急救援资源调度 智能运输系统( i t s ) 是未来运输系统智能化、信息化的发展方向，智能运输系统将先进的信息 技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系，从 而建立起一种大范围、全方位发挥作用、实时、准确、高效的交通运输管理系统，是目前国际公认 的解决城市街道及高速公路交通拥挤、改善行车安全、提高运行效率、减少空气污染等的最佳途径。 国际标准化组织i t s 研究领域中，与高速公路管理相关的内容包括先进的交通管理系统 ( a t m s ) 、先进的出行者信息系统( a t i s ) 、紧急救援等。i t s 的出现为高速公路管理，特别是安全管 理提供了强有力的解决策略和技术支持。我国i t s 的研究起步较晚，但政府部及交通运输人员已经 认识到开展t i s 研究具有重要意义，并于2 0 0 0 年3 月由交通运输领域专家组起草了中国智能运输系 统体系框架。其中与高速公路管理系统相关的研究包括交通管理与规划、出行者信息、突发事件和 安全等。 针对高速公路安全管理，国内外i t s 框架中都强调紧急救援系统的研究，并且达成这样的共识 建立快速、高效、完各的紧急救援系统是减少突发事件伤亡的有效途径。我国交通部在“十五” 公路交通技术创新重点中已明确提出开发高速公路突发事件紧急救援系统：以公路交通智能化管理 为目标，提高公路网运营管理技术，开发高速公路交通事故紧急救援和事故预防系统，研究交通事 故预测理论和交通仿真技术，完善事故发现和预测及调度系统，开发气象检测设备和车载防撞设备， 最终建成高速公路网突发事件紧急救援和事故预防系统，在交通事故一旦发生后能紧急救援并能合 理疏导交通。 从交通部“十五”公路交通技术创新针对高速公路紧急( 应急) 救援系统的阐述可以看出，高速 公路应急救援系统是一个涵盖救援全过程，功能覆盖预测、仿真、决策和实施，依赖于救援软、硬 件技术的创新和完善的高速公路安全管理综合系统。 高速公路交通应急救援决策支持系统是高速公路应急救援系统的重要组成部分，是应用计算机 技术实现应急救援辅助决策功能的集中体现。高速公路应急救援决策支持系统是在交通事故信息采 集与交通事故检测的基础上，集中于救援资源调度方案生成与优化；救援信息发布；联动机制制定、 救援过程中的交通诱导与控制策略领域。 2 1 、绪论 从这个角度说，高速公路应急救援资源调度成为应急救援决策支持系统的核心功能模块。 从广义上说，应急救援调度包括从事件被检测并确认开始，到救援资源到达现场实旌救援过程 中决策和实施内容，具体包括救援资源调度决策和救援资源调度实施。从狭义上说，应急救援调度 就是指救援资源调度决策，具体任务包括： ( 1 ) 确定应急救援物资的种类和数量； ( 2 ) 选择参与救援的出救点； ( 3 ) 确定参与救援的出救点提供的救援资源数量； ( 4 ) 确定救援资源到达事件发生点的最佳路径。 “确定应急救援物资的种类和数量”是根据事故的种类和严重程度对救援物资需求进行预测，“选 择参与救援的出救点”和“确定参与救援的出救点提供的救援资源数量”是在救援资源需求预测的基 础上，生成救援资源调度决策的最重要、最核心的组成部分，“确定救援资源到达事件发生点的最佳 路径”需要结合历史、现状、预测交通状况和救援车辆情况确定可行、经济的救援路径。 本文对高速公路救援资源调度方法研究，研究范围是在救援资源预测的基础上，锁定在“选择 参与救援的出救点”和“确定参与救援的出救点提供的救援资源数量”这两个问题上。 1 3 高速公路应急救援资源调度研究现状 国外发达国家( 如德国、美国、日本和西欧一些国家) 在高速公路交通事故管理的软、硬技术 研究方面处于比较先进的地位，高速公路事故应急救援系统的建设也比较完善【4 。13 | ，我国由于高速 公路建设起步较晚，包括应急救援系统的理论研究、建设、实施仍然相对比较薄弱【1 4 1 。 如上节所述，高速公路救援资源调度是紧急救援决策支持系统的核心组成部分，针对救援资源 调度的研究国内外的学者取得了广泛的研究成果，这些研究成果分布在不同的紧急救援领域( 交通 紧急救援是其中一个研究领域) ，本节就目前国内外研究成果综述如下： 国外比较重视应急物资调配决策支持系统的研究，尤其是一些多灾、多震国家，形成了一些较 有代表性的研究成果，在森林防火、地震【1 6 】、矿井塌陷【1 7 】、辐射废料泄露等方面都建立了一批 较为有效的应急决策支持系统。 2 0 世纪8 0 年代，在构建道路交通事件实时紧急救援管理决策系统的研究领域中取得重大进展， 提出了交通事件紧急救援管理中的五大模块：事件检测、事件确认、响应策略比选、响应策略实施、 事件实时监控，并针对五大模块提出了决策系统的模型库、知识库、专家库以及相应的软硬件支持 环境，为交通决策者提供紧急救援决策支持。其中响应策略比选和响应策略实施就是救援调度的重 要内容。 z o g r a f o s ( 2 0 0 2 ) l l9 j 将事件持续时间分成四个部分检测时间( d e t e c t i o nt i m e ) 、调配时间 ( d i s p a t c h i n gt i m e ) 、路途时间( t r a v e lt i m e ) 和现场处理时间( o n s c e n et i m e ) ，指出事件响应时间 由调配时间和路途时间组成。z o g r a f o s ( 2 0 0 2 ) 提出公路紧急救援调度的实时决策支持系统，其中 将资源调度分为两个子功能模块资源派遣和救援路径【2 0 j 。 如上节所述，从广义上说应急救援调度包括从事件被检测并确认开始，到救援资源到达现场实 施救援过程中决策和实施内容，具体包括救援资源调度决策和救援资源调度实施。如果按照z o g r a f o s 事件处理分析框架，应急救援调度的作用就是为了尽可能的减少事件响应时间。从狭义上说，应急 救援调度就是指救援资源调度决策，具体任务包括：( 1 ) 确定应急救援物资的种类和数量；( 2 ) 选 择参与救援的出救点；( 3 ) 确定参与救援的出救点提供的救援资源数量；( 4 ) 确定救援资源到达事 件发生点的最佳路径。 从国内外研究现状来看，救援资源调度方法的研究主要沿着三个维度开展工作，这三个维度分 别是： ( 1 ) 响应事件数量，即是只考虑当前事件，还是不仅考虑当前事件还考虑潜在的事件。 3 东南大学硕士学位论文 ( 2 ) 救援资源种类，即是只考虑一种资源，还是考虑多种资源。 ( 3 ) 救援决策目标，即是只考虑单一目标决策，还是考虑多目标决策。 1 3 1 维度一：响应事件数量 1 、只考虑当前事件 如果只考虑当前事件，那么直观的调度决策就是调配靠近事件发生地点最近的救援资源，这个 问题也就蜕变成如何寻找最近资源的问题，即组合优选问题和最短路问题。其中尤其是最短路问题， 问题本身具备广泛的应用背景( 包括应急救援) ，吸引了运筹学、管理科学、系统科学等领域学者的 广泛关注。t a k e o y a m a d a ( 1 9 9 6 ) 把应急问题转变为对网络最短路的求解【2 。对于应急救援调度决 策具有重要应用意义的是两类最短路问题：静态最短路和时变最短路。尤其随着智能交通技术在高 速公路的广泛应用，时变最短路的研究对于高速公路救援调度决策更具有应用前景。 目前研究较多的静态最短路问题。静态最短路问题是基于静态网络( 网络中的权值是一个常量， 不随时间变化) ，求取网络中两点之间的最短路径的问题。著名的计算机科学家荷兰的e w d i j k s t r a ( 1 9 5 9 ) 提出了著名的、具有深远影响的最短路径算法( d i j k s t r a 算法) 2 2 】。人们继d i j k s t r a 开创性的 工作之后提出了大量求解最短路径问题的方法，其理论不断发展，产生了大量算法【2 3 。3 l 】。在此基础 上，c h e r k a s s k y ，g o l d b e r g 和r a d z i k ( 1 9 9 6 ) 3 2 j 对1 7 个最短路径算法进行了理论分析和试验评价。 t a n 等p 列对2 0 多个最短路径算法进行了分析和评价，并且按照不同类型分为标号设置方法、标号修 改方法、动态规划方法、基于线性代数方法、启发式和双向启发式算法、基于流体神经网络的算法。 对于更具应用前景的时变最短路的研究也取得了积极的进展。时变最短路问题是基于时变网络 ( 网络中弧的权值随时间变化) ，求取网络中两点之间的最优( 最短) 路径的问题。c o o k e 和 h a l s e y ( 1 9 6 6 ) 3 4 是首次提出时变网络最优路径算法的著名科学家，他们改进了b e l l m a l l 的最短路径 算法，基于b e l l m a n 最优化原理建立了时间依赖网络的函数方程，利用迭代方法求解直到解没有进 一步的改进。k a u f i n a n 和s m i t h ( 1 9 9 3 ) i ”j 给出了d i j k s t r a 算法应用于动态网络最短路问题是不正确的 和违反最优化原理的“病态”实例。随后吸引了更多学者( 如o r d e r 和r o m ( 1 9 9 6 ) 【3 6 j ；k l o k s 和 w o n g p 7 ) ；c h e n 和t a n g 3 8 ；k i s e k os u n g ( 2 0 0 0 ) 【3 8 j ；g r i e r 和g c h a b i n i ( 2 0 0 2 ) l j 等) 的兴趣，促 进了该问题的研究。具有代表性的研究成果是o r d a 和r o m ( 1 9 9 0 ，19 9 6 ) 1 4 0 ，4 l j 给出的三种类型的网络 模型：不受限制的等待模型；禁止等待模型和源等待模型，但是在非f i f o 网络中无法找到最优路径 d 2 1 。谭国真( 2 0 0 3 ) 4 2 j 在没有任何限制性条件下，给出完整的理论研究和算法，能够求解h f o 网 络和非f i f o 网络的最优路径问题。 2 、不仅考虑当前事件还考虑潜在的事件 如果不仅考虑当前事件还考虑潜在的事件，c a r t e re ta 1 ( 1 9 7 2 ) 指出当考虑到对将来需求的服务， 最近可用的车辆可能不是最优的选择【4 3 】。m i r c h a n d a n ia n do d o n i ( 1 9 7 9 ) 指出，如果响应单元不可用 具有很高的概率，那么派遣最近的响应单元的派遣策略可能基于某种评价标准就不是最优的畔 。 m i r c h a n d a n ia n do d o n i ( 1 9 7 9 ) 指出，如果响应单元不可用具有很高的概率，那么派遣最近的响应单元 的派遣策略可能基于某种评价标准就不是最优的【4 5 1 。s h e r a l ie ta 1 ( 1 9 9 9 ) 提出了一个基于机会成本的 模型，证明了当考虑到未来的服务需求，派遣最近的可用车辆去当前事件发生地点不总是最优的【4 6 j 。 k a a no z b a ya n dw e i h u ax i a o ( 2 0 0 3 ) 提出了考虑到随机资源需求概率约束的混合整数规划模型，用 以解决在交通事件调度过程中应急车辆调配问题【4 7 】。 4 1 、绪论 1 3 2 维度二：救援资源种类 在更为广泛的应急救援领域( 例如自然灾害、突发公共卫生事件、战争等) ，管理科学、应用数 学、系统工程领域的学者把研究注意力更多的转向多物资种类的协调调度。s e i c h a n go h 在其博士 论文中把物资调配问题抽象为一个多物资多模式网络流问题，建立了多物资多模式多阶段的网络流 模型，根据模型的特殊结构，分别利用分解算法和启发算法对模型进行了求解，利用计算机数据对 模型作了检验t 4 s j 。1 9 9 6 年，s e i c h a n go h 与a i ih a g h a n i 合作发表了文章，把多物资多模式网络流 模型应用到应急救灾中j 。 对于高速公路救援调度来说，虽然事件类型的多样性，以及救援过程多部门的联动特性决定了 救援资源通常是多样的( 例如警车、路政车、救护车、消防车、清障车等) ，但是不同类型的车辆响 应同一事件是互不冲突的，即某种类型的车辆响应延迟并不影响其他类型车辆响应造成的损失掉叭。 因此，交通事件的调度决策研究大部分是基于一种救援资源，这种简化是实用的，也是合理的。 1 3 3 维度三：救援决策目标 救援调度通常以响应时间最短，救援成本最小( 包括计算潜在的救援成本) 作为决策目标。 但是如果决策者特别注重系统的稳定性或者费用时，“出救点数目最少”就有可能成为另外一个 优化目标，这样就产生了类似于“响应时间最短”、“出救点数目最少”的多目标模型。何建敏、刘春 林提出了应急救援调度的确定型出救点多目标问题的模糊规划方法 5 1 - 5 4 】。 救援资源调度方法的三个维度研究，可以用下图直观的表示： 事件数量 图1 1 救援资源调度方法的三个维度 除了上述数学模型方法，计算机仿真方法也是一种用来研究事件管理问题的常用方法。认识到 交通和事件运营管理的随机特性，p a la n ds i n h a ( 2 0 0 2 ) 弓1 进了一种可以既可以设计高速公路巡逻服 务，又可以改善现有运营管理计划【5 副。o z b a ya n db a r t i n ( 2 0 0 3 ) 在最近的一篇论文中利用a r e n a 仿 真软件包发展了一个仿真模型，这个仿真模型被用来模拟和检验华盛顿特区b e l t w a y 网络中事件管 理运营中不同事件管理策略的效果p 引。 综上所述，作为救援调度的重要应用，高速公路救援调度研究正逐步受到更多的重视。 5 东南大学硕士学位论文 1 4 本文研究的主要内容 本文针对高速公路重大事故应急救援资源调度主要进行了两个层面的研究机制设计层面 和技术方法研究层面。笔者认为，这两个层面的研究缺一不可，相辅相成。机制设计层面的研究为 方法研究提供了机制和组织保障，而技术方法层面研究为救援机制的实施增加了科学性和合理性。 因此，应急联动机制设计和应急调度方法构成了本篇论文高速公路重大事故应急救援资源调度方法 研究的两条主线。本文的主要研究内容共分为以下五章。 第一章通过简要分析交通行业严峻的安全形势，指出应急救援对于完善交通应急救援体系、改 善安全运营管理的重要作用。针对高速公路应急救援资源调度研究( 尤其是重大事故应急救援) 的 缺乏，说明了本文探索性研究工作的必要性。同时，回顾并且归纳了资源调度问题研究的三个维度 和研究现状。 第二章主要是高速公路应急救援资源调度的机制设计层面的研究。通过对江苏省高速公路紧急 救援联动实践的总结，提出了高速公路联动组织指挥体系的构建和联动信息渠道的设计，并且指出 通过四个方面措施对联动机制进行完善。提出了以救援进程为线索，指挥中心和现场指挥小组相互 协调，各救援部门相互协作的高速公路应急救援联动机制。 第三章对高速公路应急调度的两种研究方法进行了归纳和比较。首先对两种研究方法( 只考虑 直接成本的调度方法和考虑潜在成本的调度方法) 的研究思路、模型建立进行归纳总结，然后对两 种研究方法进行了比较，为下一章研究奠定基础。 第四章主要是高速公路应急救援资源调度的技术方法层面的研究。针对高速公路重大事故应急 的决策要求( 全局性和稳定性) ，本文采用基于机会成本的救援物资调度方法。在介绍机会成本概念 的基础上，首先通过一个反例说明应用机会成本分析方法相比较于直接考虑成本分析方法的区别和 优势，基于机会成本建立调度模型，接着提出“情景分解法”对模型进行了简化和求解。 第五章以南京周边高速公路网为应用背景，基于仿真的事故和救援需求，首次将基于机会成本 的资源调度方法应用到局部高速公路网重大事故的应急救援资源调度决策中，采用“情景分解法”生 成救援资源调度决策支持方案，为在全省高速公路范围内( 甚至包括相邻国省干道) 实施全路网应 急救援资源调度决策提供应用实例参考。 第六章对全文进行了总结，并提出了有待于今后进一步研究的问题。 论文各章节的相互逻辑关系如图1 2 所示： 6 1 、绪论 ii i 嚣l 1 r、r1 r 弟二蕈第三蕈第五蕈 面向高速公路应高速公路应急资基于机会成本的 急救援联动机制源调度方法比较救援资源调度方 设计分析法应用实例 土 第四蕈 基于机会成本的 救援资源调度方 法研究 机制设计层面技术方去层面 实例应用层面 1r 总薹鸾纛望 i 图1 2 论文主要研究内容及其相互逻辑关系 1 5 高速公路应急救援相关概念 紧急救援和应急救援 紧急救援主要存在两种理解：“紧急的或急需的帮助”以及“搜索与营救”。前者英文是“e m e r g e n c y a s s i s t a n c e ”，而后者是“s e a r c ha n dr e s c u e ”。我国对s e a r c ha n dr e s c u e 的理解是在灾害发生后为拯救生 命而进行的“搜索与营救”行动，而对于“e m e r g e n c ya s s i s t a n c e ”只是一般地译为“紧急救援”。目前，很 多国家已经形成了国家、地方和民间等完整的救援体系，也建立了相关的法律、行政法规、技术标 准和培训体系等保证救援行动的实施。 我国政府已先后公布了国家、地方、部门、行业的专项应急预案，安全生产和应急管理工作越 来越引起社会各行业的广泛重视。从政府管理的角度多用“应急救援”的表述，从实际内涵来说，“应 急救援”和“紧急救援”是基本一致的。 2 、救援资源 高速公路救援资源包括交警巡逻车、路政巡逻车、清障车、吊车、消防车、救护车等各类救援 车辆。如果将高速公路救援资源作一分类，可以发现高速公路管理公司可以调度的资源包括交警巡 逻车、路政巡逻车、清障车、吊车等，而消防车和救护车属于地方救援资源。 高速公路管理公司可以调度的资源中，交警巡逻车、路政巡逻车和清障车属于常用救援资源， 一方面因为这类资源使用频率较高，另一方面由于这类救援资源数量每条高速公路( 每段高速公路) 一般都会配备相当数量的车辆，数量相对充足。 吊车属于特殊救援资源，这是由于一般重大事故需要车辆起吊才会使用吊车这类救援资源，这 也就意味着这类资源的使用通常伴随着重大交通事故。而且，由于吊车设备本身成本很高，高速公 路公司基于成本考虑而只购置少量的吊车，因此会产生某条高速公路发生重大交通事故，由于本高 7 东南大学硕士学位论文 速公路吊车资源缺少( 或者起吊重量不足) 而需要调用其他高速公路的吊车资源。基于这种考虑， 吊车这类特殊资源需要基于高速公路网的整体利用而合理配置，并且当发生重大事故需要调配吊车 资源时，更需要合理调度以满足高速公路网对于吊车资源的使用要求( 不仅包括当前事故，而且还 要考虑到未来可能发生的事故) 。 3 、救援资源调度 高速公路救援资源调度是在紧急救援体系、联动机制研究的基础上，进一步优化救援决策、实 旌救援行动的关键内容。笔者认为，广义的高速公路救援资源调度包括两部分：应急调度决策和应 急调度实施。 应急调度决策指的是当高速公路发生各类突发事件时，高速公路调度指挥中心根据事件的类型 和严重程度形成事件响应的调度决策。狭义的来说，高速公路应急调度就是指调度决策。应急调度 实施指的是根据调度决策，派遣各类救援资源到达事件发生现场。 4 、救援出救点 救援出救点就是提供各类救援资源的场所。具体就高速公路救援出救点而言，就是提供交警巡 逻车、路政巡逻车、清障车、吊车、消防车、救护车等各类救援车辆的事故应急响应场所。 1 6 本章小结 本章通过对交通行业严峻的安全形势的分析，指出应急救援对于完善交通应急救援体系、改善 安全运营管理的重要作用，由于国内对目前高速公路应急救援资源调度研究( 尤其是重大事故应急 救援) 的缺乏，进一步突出了本文探索性研究工作的必要性。 本文将资源调度问题研究按照响应事件数量、救援资源种类和救援决策目标分为三个维度，并 且对三个维度的国内外研究现状进行了总结归纳。结合国内外高速公路紧急救援应用现状的分析， 明确本文研究的方向。同时，本章对高速公路应急救援相关概念做了背景知识说明。 8 2 、面向高速公路应急救援联动机制设计 2 、面向高速公路应急救援联动机制设计 我国高速公路的管理体制决定了在应对高速公路紧急事件( 包括突发公共事件) 时，各救援部 门( 包括监控中心、交警、消防、医院救护、环卫、特种物品处置等多个部f - j ) 联合、协调行动是 一种切实、可行的应对策略。 建立健全高速公路交通事故紧急救援体系，应该包括监控中心、交警、消防、医院救护、环卫、 特种物品处置等多个部门，并以立法形式予以确认，保证紧急救援体系的有效运转。而保证紧急救 援体系有效运行的关键又在于建立紧急救援系统各部门之间的联动机制，本着统一领导、分工合作、 信息畅通的原则，完善各部门联动运行机制设计。 本章在总结高速公路救援实施现状的基础上，从紧急救援的组织指挥体系，联动机制完善措施 和联动信息渠道设计三个方面完善联动机制设计，提出了以救援进程为线索，指挥中心和现场指挥 小组相互协调，各救援部门相互协作的高速公路应急救援联动机制。 2 1 联动组织体系现状 2 1 1 高速公路紧急救援联动实施的现状 高速公路紧急事件救援的时间进程由事件信息采集，事件响应，事件现场管理，事件过程中交 通管理与控制，恢复交通五个过程所组成，如图2 1 所示。 图2 1 紧急事件救援过程的时间进程 这些进程在时间上并不存在严格的先后关系，有些是同时进行的。按照以上进程，根据科研实 践与现场调查，以江苏省高速公路紧急救援为例，阐述当前救援过程的联动实施现状。 1 、事件信息采集。目前事件信息主要是从以下渠道获取：高速公路沿线紧急电话( s o s ) 、1 1 0 报警电话、高速公路紧急救助和咨询服务电话号码( 9 6 7 7 7 ) 、交警巡逻报告、路政巡逻报告、养护 机构报告、部分路段( 主要是匝道附近) 视频监视图像、直拨指挥调度中心的电话。这些信息的采 集体现了目前路公司( 指挥调度中心) 与总公司、1 l o 及路公司内部的信息联动。 2 、事件响应过程。指挥调度中心接到紧急事件的报警信息后，将通知各个紧急救援分中心的交 警、路政、排障、养护部门，共同赶赴现场处理事件。 3 、事件现场管理过程。为加强交通事故处置工作的协调和领导，将成立交通事故接警处置指挥 领导小组，下设指挥调度组和现场指挥组。现场指挥组设在事故现场。组长为事故现场交巡警负责 8 东南大学硕士学位论文 人，副组长为事故现场路政、排障、养护负责入。根据事故严重程度和处置的需要，领导小组组长 会到达现场，作为现场的第一指挥人。当消防到达现场，所有现场人员都要听从消防负责人的指