基于動態(tài)規(guī)劃的機場救援資源調(diào)度研究

王媛卓，鄭 礁

（中國民航大學經(jīng)濟與管理學院，天津 300300）

基于動態(tài)規(guī)劃的機場救援資源調(diào)度研究

王媛卓，鄭 礁

（中國民航大學經(jīng)濟與管理學院，天津 300300）

結合近年機場救援效率低下的實例，提出優(yōu)化調(diào)度救援資源、提高救援效率的必要性。結合機場應急救援突發(fā)事件種類和每種突發(fā)事件的應急工作流程，找出救援過程中各個關鍵工作，結合動態(tài)規(guī)劃的方法建立模型。根據(jù)某機場應急關鍵救援工作的實際情況，建立了包括信息傳遞、應急疏散與旅客安置、防火處置與救援道路暢通、運行保障為關鍵工作的動態(tài)規(guī)劃模型，得出資源調(diào)度的最優(yōu)方案，為機場在有限的指揮時間內(nèi)作出最優(yōu)決策提供幫助。

救援資源；關鍵救援工作；動態(tài)規(guī)劃

2013年1月昆明長水機場遭遇大霧天氣，當天取消440個航班，滯留近萬名旅客，歷經(jīng)10 h才將旅客基本疏散完畢；2015年5月福建長樂機場因故關閉6h，造成機場大面積延誤，80多架航班受到影響，滯留旅客4 000多名；2015年12月國航CA1822航班發(fā)生起火，8輛消防車錯噴福州航空飛機，造成重大經(jīng)濟損失；2016年11月上海浦東機場擺渡車緊急制動造成車內(nèi)乘客受傷，半小時內(nèi)機場方面沒有任何應急措施，導致飛機延誤和公關危機。上述應急救援不力事件反映出機場的救援保障工作尤為關鍵，機場良好的協(xié)調(diào)保障工作能夠增加救援效率和成功率。所以，為應對機場突發(fā)事件，不僅要制定完整的應急預案，還要根據(jù)救援協(xié)調(diào)保障過程中各個關鍵點所需的資源數(shù)量合理分配有限資源[1]。目前機場應急管理的主要工作是應急預案制定和日常安全檢查，缺少對救援資源的優(yōu)化管理。因此，如何應用科學管理方法優(yōu)化救援資源，成為機場應急管理應關注的問題。合理調(diào)度救援資源，不僅可提高救援效率，而且能夠節(jié)約資源配置的數(shù)量和成本。

1 機場應急救援與動態(tài)規(guī)劃適用性

1.1 機場救援資源

機場應急救援資源指救援過程中涉及的救援人員和使用的救援設備，是應急救援中各項工作都要使用的資源，如救援車輛、救援器具、護具、消防器材等設備和物資按照機場級別配備，合理調(diào)度救援資源可保障救援過程順利進行。

1.2 機場應急關鍵救援工作

關鍵救援工作是指決定救援結果的一系列工作，貫穿救援過程始終，其完成的好壞決定了整個救援過程的效果。根據(jù)機場應急救援突發(fā)事件種類及每種突發(fā)事件應急工作流程，確定關鍵救援工作[2]為：①信息通報與傳遞；②應急疏散與旅客安置；③防火處置與救援道路暢通；④運行保障；⑤火災撲救。

信息通報與傳遞是事件發(fā)生后第一時間啟動的關鍵工作有：①運控中心接到突發(fā)事件通報，詢問并記錄關鍵信息；②按突發(fā)事件處置檢查單，向各應急救援單位發(fā)布指令；③處置階段與政府和社會力量聯(lián)系，請求協(xié)作支援，通報救援情況；④根據(jù)處置情況通知相關單位及時恢復運行，并向社會發(fā)布公告。

應急疏散與旅客安置主要涉及航站樓、公共區(qū)（停車樓等）、飛行區(qū)3個區(qū)域。主要工作包括：①對受困人員展開搜救和疏散；②協(xié)助公安確定爆炸物轉運路線，并疏散路線上的人員；③排除恐怖威脅之后，最快時間疏散人員；④現(xiàn)場急救初步處理后，利用車輛迅速送醫(yī)救治；⑤協(xié)助急救中心處置及轉運傷亡人員；⑥協(xié)助安置旅客及機組，安撫家屬并說明情況。

防火處置與救援道路暢通主要指火場、化學品污染區(qū)、恐怖威脅區(qū)有火情或有起火可能性，做好附近建筑物、航空器或油庫的防火處置，切斷可燃氣、航油供給線路，關閉受損不能使用的場道。排除周邊設備、車輛干擾，保證場內(nèi)救援區(qū)域道路暢通，維護應急通道及標識，引導社會救援力量進出區(qū)域。殘損航空器搬移以及配合公安設置非法干擾處置區(qū)等。

運行保障工作包括迅速調(diào)整運行流程和資源，按照信息通報和指令，最大限度保障安全區(qū)域內(nèi)航班的起飛、降落，以及機場后勤工作的正常運行。

據(jù)目前情況，作為機場消防救援主體，消防支隊進行火災撲救或轉移出事航空器至安全區(qū)域時，所有消防資源會立即投入救援工作，不存在多選項決策，故此項關鍵工作在動態(tài)規(guī)劃中沒有討論必要。因為各關鍵工作不存在先后順序，且貫穿救援工作始終，所以用于一項關鍵工作的資源不能再用于其它項工作。

1.3 動態(tài)規(guī)劃適用性

各個關鍵工作相互交叉貫穿始終，構成救援系統(tǒng)，如何利用一定量的資源迅速高效地完成救援行動需要運控中心作出方案的選擇。資源的調(diào)度決策構成一個決策序列[3]，不同的決策序列常常導致不同的效果，所以需要在允許集合中選擇一個序列，使其在預定標準下達到最好的效果。常規(guī)最優(yōu)化方法只能求解某一階段某一點的最優(yōu)解，單一的最優(yōu)解并不代表整個救援系統(tǒng)最優(yōu)解。動態(tài)規(guī)劃研究是用于解決最優(yōu)化問題的重要工具，是決策過程最優(yōu)的通用方法。該方法把每種分配進行求解，并把結果記錄在表中，可得到原問題的解，并且分析出最優(yōu)解。

2 應急資源的動態(tài)規(guī)劃建模

參數(shù)設定：N為關鍵救援工作；Q為機場應急資源總量；rk為救援關鍵點對資源數(shù)量的最低需求；k為階段變量，k=1，2，...，n；Sk為 k 階段初能分配的最大機場應急資源數(shù)量；xk為第k階段分配的資源數(shù)量；Pk為救援的成功率。

設某機場應急資源為Q，關鍵救援工作個數(shù)為n，由于救援工作性質(zhì)、難度以及機場應急救援能力不同，每一個關鍵救援工作對應急資源的最低需求量rk不同，如表1所示。根據(jù)層次分析法并結合機場救援協(xié)作能力評價確定不同數(shù)量資源對救援的成功率Pk，如表2所示。使用動態(tài)規(guī)劃的方法分配機場應急資源至n個關鍵救援工作，使救援成功率最大[4]。

表1 關鍵救援工作與資源最低需求量關系Tab.1 Relationship between critical rescue work and minimum demand for resources

表2 救援資源數(shù)量與救援成功率關系Tab.2 Relationship between amount of rescue resources and success rate rescue

狀態(tài)轉移方程為

每階段最大救援成功率為

采用逆序法對此問題進行求解。則有當k=n時，根據(jù)題意可得出xn的取值范圍rn≤xn≤Sn，且xn取值只取整數(shù)。將xn代入式（2），可得fn（Sn）在xn不同取值下的數(shù)值。當k=n-1時，根據(jù)題意可得出xn-1的取值范圍rn-1≤xn-1≤Sn-1，在取值范圍內(nèi)取整數(shù)進行運算。

3 實例分析

3.1 問題描述

某機場發(fā)生航空器沖出跑道，第一時間啟動信息通報與傳遞工作，將現(xiàn)場環(huán)境、風向、能見度等氣象條件以及施救布局和車輛行動路線報告救援指揮中心，消防支隊噴射泡沫覆蓋、冷卻燃油外泄的機體，其他救援人員最快時間疏散機上人員，并轉移至安全區(qū)域，迅速調(diào)整受影響區(qū)域運行流程和資源，最大限度保障飛行區(qū)正常運行，事故調(diào)查取證結束后，最快時間將航空器轉移至安全地點。根據(jù)情況，該機場此次突發(fā)事件涉及的關鍵救援工作包括：信息通報與傳遞、應急疏散與旅客安置、防火處置與救援道路暢通、運行保障、火災撲救與殘損航空器搬移。根據(jù)處置過程的復雜程度對應急資源數(shù)量的最低需求rk是不同的，具體需求如表3所示。另外參與處置的資源數(shù)量的不同對不同階段點的處置成功率Pk也有所不同，通過歷次應急救援演習和專項演習記錄得到各關鍵點資源數(shù)量與救援成功率Pk的關系，如表4所示?，F(xiàn)應急救援可調(diào)用的資源共有30單位，需要機場應急救援中心進行決策，分配有限的資源，使應急救援成功率最大。

表3 航空器沖出跑道關鍵救援工作與資源最低需求量關系Tab.3 Relationship between critical rescue work and minimum rescue requirement when aircraft out of runway

因每個關鍵工作對應急資源需求量有最低要求，故救援成功率與資源數(shù)量關系表中，低于最低需求量的表格為空白，根據(jù)救援能力和救援工作難度，每個關鍵救援工作的救援資源達到上限后再增加，救援成功率無變化，即達到資源最高需求量，故高于最高需求量的表格為空白，如表4所示。

3.2 計算過程及結果

根據(jù)應急資源的動態(tài)規(guī)劃模型求解，可得出最大的成功率為f1（S1）=0.666 4，此時應調(diào)度6單位資源進行應急疏散，調(diào)度7單位資源進行信息傳遞，調(diào)度8單位資源進行防火處置與救援道路暢通，調(diào)度9單位資源進行運行保障。計算結果如表5所示。

表4 航空器沖出跑道救援資源數(shù)量與救援成功率關系Tab.4 Relationship between amount of rescue resources and success rate of rescue when aircraft out of runway

表5 計算結果Tab.5 Calculation result

4 結語

對機場應急救援資源和救援保障關鍵點進行分析，把每個關鍵工作分別看作一個階段，使用動態(tài)規(guī)劃方法建立多階段調(diào)度模型，得到如下結論：

1）每個關鍵點的最優(yōu)解不代表整個救援的最優(yōu)解；

2）通過動態(tài)規(guī)劃決策可直接提高救援成功率，也可通過增加應急救援演習和專項演習，以及加強演習總結等方面提高救援能力，進而提高救援成功率；

3）對機場應急救援進行動態(tài)規(guī)劃應建立在多次演習記錄的基礎上，多次的演習記錄可保證救援能力的準確，而單次的演習結果并不能作為參考。

[1]戴更新,達慶利.多資源組合應急調(diào)度問題的研究[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2000(9):52-55.

[2]中國民用航空局.民用運輸機場應急救援規(guī)則[M].北京：中國民航空局,2000.

[3]吳育華.管理科學基礎[M].天津:天津大學出版社,2009.

[4]李 軍.物流配送車輛優(yōu)化調(diào)度理論與方法[M].北京:中國財富出版社,2001.

（責任編輯：孟 欣）

Research on airport rescue resource scheduling based on dynamic programming

WANG Yuanzhuo,ZHENG Jiao
（Economics and Management College,CAUC,Tianjin 300300,China）

Considering the low efficiency example of airport rescue in recent years,it is necessary to optimize the rescue resources and improve the rescue efficiency.According to the types of emergency rescue incidents and the emergency process of each incident,the key tasks in rescue process are confirmed,and the model is established with the method of dynamic programming.According to the actual situation,a key airport emergency rescue dynamic programming model is built,including the establishment of information transmission,emergency evacuation and passengers resettlement,fire disposal,rescue of roads and running security.Meanwhile,the optimal solution is obtained for resource scheduling,helping airports make best decisions within limited time.

rescue resource;critical rescue effort;dynamic programming

V351

：A

：1674－5590（2017）04－0062－03

2017-04-15；

：2017-05-20

王媛卓（1988—），女，天津人，助理實驗師，碩士，研究方向為安全工程、安全管理.