市域道路交通突發(fā)事件應(yīng)急資源調(diào)度路徑分析

閆俊霞，劉 萌，張 寧，張建峰，陳 楊

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

近年來，我國非常重視城市公共安全應(yīng)急救援工作，國務(wù)院陸續(xù)頒布《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，把公共安全、應(yīng)急救援作為獨(dú)立領(lǐng)域進(jìn)行戰(zhàn)略研究，并制定規(guī)劃綱要，多個城市著手建立城市應(yīng)急系統(tǒng)。應(yīng)急救援作為應(yīng)急系統(tǒng)重要部分需要技術(shù)輔助，完成數(shù)據(jù)共享、互聯(lián)互通、應(yīng)急決策的有效整合。城市道路交通突發(fā)事件頻發(fā)帶來直接損失，應(yīng)急救援延滯會導(dǎo)致二次事故發(fā)生，因此市域道路突發(fā)事件的應(yīng)急救援管理已成為城市交通部門亟待解決的關(guān)鍵問題?？焖贉?zhǔn)確響應(yīng)及合理調(diào)配應(yīng)急資源，需要應(yīng)急管理平臺實(shí)現(xiàn)多部門協(xié)同互動提高應(yīng)急管理水平。因此，應(yīng)急處理能力、路徑模型選擇成為國內(nèi)眾多學(xué)研究的重點(diǎn)。本文以市域道路應(yīng)急資源調(diào)度為背景，利用Dijkstra算法、層次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）尋求最優(yōu)路徑分析，討論突發(fā)路障等因素干擾下的最優(yōu)路徑分析，建立基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System,GIS）的動態(tài)應(yīng)急路線調(diào)度，實(shí)現(xiàn)動態(tài)應(yīng)急資源調(diào)度數(shù)字化決策支持。

1 相關(guān)理論及方法

1.1 Dijksta算法

Dijkstra算法從起點(diǎn)持續(xù)搜索到各個節(jié)點(diǎn)的最短距離，直到找到了最優(yōu)的路徑為止，當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化時，需要對每一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行多次的分析才能得出最優(yōu)解。

1.2 層次結(jié)構(gòu)模型

層次分析法由T. L. Saaty教授提出將影響復(fù)雜問題的因素劃分為不同的層序，再根據(jù)基于現(xiàn)實(shí)的主觀判斷，將影響因素進(jìn)行兩兩比較，通過數(shù)學(xué)方法的計(jì)算得出不同影響因素的權(quán)重的方法。

2 研究區(qū)域應(yīng)急調(diào)度最優(yōu)路徑分析

2.1 層次分析法權(quán)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(jìn)行分析并分類，如表1所示，路徑通行時間設(shè)為目標(biāo)類；將影響路徑通行時間的 6個因素設(shè)為準(zhǔn)則類，目標(biāo)層的路徑權(quán)重為；準(zhǔn)則層各個指標(biāo)對于目標(biāo)層的權(quán)重、、、、、，獲得準(zhǔn)則層各影響因素的權(quán)重值后，就可計(jì)算整個網(wǎng)絡(luò)中各條路徑的權(quán)重值：W=（×+×+×+×+×+×）。式中，、、、、、為準(zhǔn)則層各因素對于目標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)；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(shí)際數(shù)值等級對比度

2.2 構(gòu)建研究區(qū)道路路網(wǎng)數(shù)據(jù)

ArcGIS軟件對矢量化的在線網(wǎng)絡(luò)地圖進(jìn)行路網(wǎng)分析，通過幾何網(wǎng)絡(luò)建模形成邏輯網(wǎng)絡(luò)的過程中，對網(wǎng)絡(luò)的幾何要素的連通性進(jìn)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(jié)點(diǎn)捕獲工具，對幾何上的相互連通的路線的相交節(jié)點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)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?fù)涔ぞ撸瑢?shí)現(xiàn)路網(wǎng)模型中的路網(wǎng)連通性，路線交匯口處形成新的節(jié)點(diǎn)，對路網(wǎng)進(jìn)行處理后，在研究區(qū)域共設(shè)計(jì)出了268條折線與189個節(jié)點(diǎn)。

2.3 計(jì)算各救援點(diǎn)最短距離

在 Dijkstra算法結(jié)合道路權(quán)重信息，利用ArcGIS中路網(wǎng)分析功能對人民西路事故區(qū)域進(jìn)行應(yīng)急資源調(diào)度最優(yōu)路徑分析，分析該事故發(fā)生后應(yīng)急資源調(diào)度的路線及過程，結(jié)合醫(yī)院等級和特點(diǎn)，市中心醫(yī)院和市第一醫(yī)院作為實(shí)際救援醫(yī)院的合理性。

通過ArcGIS的Network Analysis模型，對研究區(qū)域公路路網(wǎng)建立路網(wǎng)模型，然后通過查詢工具把研究區(qū)域內(nèi)的所有醫(yī)院及發(fā)生事故地進(jìn)行標(biāo)注，詳細(xì)的醫(yī)院幾何位置及相關(guān)信息如圖 1。

圖1 研究區(qū)域點(diǎn)線要素地圖

（2）通過Dijkstra算法，結(jié)合計(jì)算的路徑權(quán)重，對研究區(qū)域內(nèi)的所有醫(yī)院進(jìn)行救援最優(yōu)路徑分析，從中選擇出救援速度最快的 2個對口醫(yī)院

（3）將利用判斷矩陣依次確定從中心醫(yī)院到事故發(fā)生地的所有可通行的路段，從中心醫(yī)院點(diǎn)進(jìn)行救援，如圖2所示，研究區(qū)域共涉及11所醫(yī)院。采用 Dijkstra算法計(jì)算各個救援醫(yī)院到事故點(diǎn)的最優(yōu)路徑分析結(jié)果并顯示醫(yī)院最優(yōu)救援導(dǎo)航路線。到事故救援點(diǎn)之間的所有可行的路徑，判斷矩陣如表2所示。

圖2 醫(yī)院分布圖

表2 基于Dijkstra算法市中心醫(yī)院至事故發(fā)生地判斷矩陣

2.4 路障存在時應(yīng)急路徑分析

在現(xiàn)實(shí)的公路應(yīng)急資源的調(diào)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(yīng)考慮突發(fā)性路障的存在，阻斷最優(yōu)路線的連續(xù)性，需要規(guī)劃新的最優(yōu)路徑。當(dāng)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(shè)置點(diǎn)、線、或面障礙，使創(chuàng)建最優(yōu)路徑分析模型時有效避開障礙性因素，并重新規(guī)劃最優(yōu)路徑。

結(jié)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(yōu)路徑時應(yīng)合理避開該不可通行路段，且在最優(yōu)路徑分析時對所在的維護(hù)路段設(shè)置禁止型線障礙，并用粗線段表示禁止通行的區(qū)間范圍，更好地規(guī)劃最優(yōu)路徑。路障存在時應(yīng)急路徑分析既要考慮路徑權(quán)重又兼顧路徑中存在的障礙，合理規(guī)劃中出高效、安全、快速最優(yōu)路徑，分析結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 第一醫(yī)院最優(yōu)救援路線圖

圖4 市中心醫(yī)院最優(yōu)救援路線圖

3 結(jié)論

市域交通復(fù)雜的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)增加了突發(fā)事件應(yīng)急救援的難度，也對道路應(yīng)急救援效率提出了更高的要求。本文對應(yīng)急資源調(diào)度路徑分析，通過應(yīng)急救援最優(yōu)路徑的選取，減少公路突發(fā)事件發(fā)生后應(yīng)急資源在路徑中所耗費(fèi)的時間，減少突發(fā)事件帶來的二次損失與傷害。通過AHP層次分析法計(jì)算公路應(yīng)急資源調(diào)度阻抗因素，結(jié)合案例實(shí)際交通信息建立各個權(quán)重屬性表，ArcGIS結(jié)合Dijkstra算法進(jìn)行路網(wǎng)分析，實(shí)時追蹤救援狀態(tài)并選擇路徑優(yōu)化節(jié)點(diǎn)，將救援結(jié)果路徑在地圖界面展示，有效縮短了應(yīng)急救援時間，從整體上提高了城市道路交通突發(fā)事件的應(yīng)急管理水平。