城市道路紧急救援交通管控研究综述

郭永涛，姚　佼

（1.江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212006；2.上海理工大学，上海 200093）

城市道路紧急救援交通管控研究综述

郭永涛1，姚佼2

（1.江苏省交通技师学院，江苏 镇江 212006；2.上海理工大学，上海 200093）

城市紧急救援事关人民生命财产安全，须需对其出行进行交通管理与控制，保证其优先通行。文章在分析城市紧急救援定义的基础上，从紧急救援交通管控思路及目标演化、管控模型及其评价等方面对国内外现有的研究进行了归纳和总结，指出了现状研究的不足，并进一步指出与车路协同系统、车载数据的结合是其未来发展的方向。

紧急救援；交通管理与控制；管控模型；车路协同

1　概述

随着经济的发展、城市功能的聚集、突发事件发生概率的提高和后果的不确定性，常规的以提高交通服务水平、缓解交通拥堵为目的的研究已无法满足未来发展的需求，城市交通关注的重点将逐渐从大概率但危害程度相对较低的事件（如拥堵）向小概率但恶性程度高的事件（如突发灾害）转移［1］。

紧急救援车辆是指救护车、消防车、执勤警车、市政抢修车（电力、供水、交通）、工程抢险车等正在执行特殊紧急救援任务的车辆。现实生活中，这些车辆因为对沿线交通状态缺乏有效的了解和掌握，无法机动灵活地调整行驶线路，加之传统交通信息采集方式的空间局限性，沿线交叉口信号优先控制策略无法对其及时响应，常常使其淹没在拥堵车流中，进退维谷，无端消耗宝贵的紧急救援时间［2］。相关研究表明，自然或人为重大突发事件发生后，同样伤势的重伤人员，在30 min内获救，其生存率为80%，60 min和90 min内获救，其生存率分别仅为40%和10%［3］，为减少生命和财产损失，事发后需在救援机构和出事地点之间及时动态规划出一条“黄金生命线（Golden Life Line）”，并在沿线对救援车辆进行及时响应，设置合理的交通管控策略，使其尽可能无延误通行，缩短行程时间［4］。然而，受制于传统的交通信息采集方式，现有研究大多局限于单个交叉口检测的感应控制，无法发挥交通控制与诱导协同优势，且大多控制的目标仅关注紧急救援交通的自身效率，对其带来的交通安全问题和对背景社会交通的影响等缺乏统筹考虑。特别是交通问题日益严峻的大城市，紧急救援交通管控导致交通安全、交通拥堵问题愈发突出，先进的城市交通管理与控制系统中，功能深化的紧急救援交通管控具有巨大意义。

2　城市紧急救援交通管控思路及目标演化

2.1 城市紧急救援交通管控的思路

城市紧急救援交通管理与控制的研究始于20世纪70年代，Griffin［5］在Honey［6］研究的基础上，以消防车救援为例，提出了紧急救援的过程应包括紧急救援服务设施布局、紧急救援车辆调度、定位、路径选择和优先控制等内容。对紧急救援交通管控的研究以行程时间研究为开端，主要围绕路径寻优和交叉口感应控制以及两者的组合展开，研究的整体脉络如图1所示。

图1　紧急救援交通管控的研究脉络

2.2 城市紧急救援交通管控的目标演化

紧急救援管控和公交优先控制有一定的横向联系性，早期研究将两者归为同类问题（priority and preemption），后来二者逐渐被区分开来，NTCIP 1202中将其定义为强制优先（preemption），具备最高的优先级［7］，紧急救援管控的目标应为紧急救援车辆在途行程时间最短。但随着研究深入，Amalia Vrachnou（2003）的研究发现［8］紧急救援车辆在交叉口存在大量安全隐患，且事故严重程度较高。因此，对于紧急救援交通的管控也非绝对优先，应是在保证不产生次生交通事故的前提下的优先。近年来，随着城市交通拥挤的趋势不断加剧，在保证紧急救援通畅的前提下，尽可能降低其他社会交通的干扰和影响亦成为紧急救援交通管控的新要求［9］。

2.3 紧急救援交通与社会背景交通关系

Nelson和Bullock［10］研究指出影响紧急救援交通管控的主要因素包括交叉口几何空间、社会车辆占用路网情况、信号过渡方案、优先信号持续时间、交叉口每个信号周期内可用的松弛时间等，特别是交叉口间交通状态处于临界过饱和状态时，单纯的利用信号优先可能导致路网大范围的死锁，应该考虑更高层次的管控策略，如路径诱导避开这些路段。

Casturi运用元胞自动机对道路上紧急救援车辆与社会背景车辆的相互关系进行建模仿真研究［11］，将紧急救援车辆看做移动瓶颈，选取平均延误和最大延误为主要评价指标，分析了不同流量水平下信号优先对应急车辆与社会车辆的影响。

3　城市紧急救援交通管控模型

紧急救援交通管控模型的研究主要围绕紧急救援车辆路径寻优、交叉口感应控制及两者的组合展开。

路径寻优方面，朱茵等对经典的Dijkstra算法改进即紧急救援交通的离线路径寻优［12］；刘杨进一步考虑了可靠性、安全性、道路条件限制的影响，建立了多目标的紧急救援交通路径选择模型［13］；何胜学应用博弈论在路径寻优过程中加入了对背景交通的考虑［14］。这些研究从不同角度推动了紧急救援车辆路径选择的发展，但受制于固定检测器有限的数据采集信息，大都为离线方案，对于实时交通状态以及交通控制方案运行状态的考虑尚需深入研究。

紧急救援交通的交叉口感应控制，主要是借鉴公路铁路交叉口优先、公交优先控制的相关研究［10，15］，由固定检测器的感应激活相位，通过绿灯延长、红灯早断、插入紧急救援专用相位、跳相等予以放行，并将路段汇入与路口综合进行考虑［16］。但对控制策略的恢复和减少对社会背景交通的影响缺乏深入研究。

目前路径结合信号的优先控制策略是日本研发的FAST系统。其核心是基于路径的应急车辆动态优先信号策略，为执行应急任务的应急车辆提供安全快捷、途中受干扰较少的行车环境，从而减少行程时间［17，18］。针对城市拥挤路网，黄玮［9］等的研究在交叉口感应控制中加入了出行路径的考虑，据此预测沿途紧急救援到达，研究相关交叉口的排队快速消散。但限于现有的感应检测方式，出行路径大多为离线确定，对于实时交通状态无法及时响应。如何基于紧急救援车辆的实时状态信息，将其视为移动瓶颈，通过实时路径选择与交叉口感应控制进行互动，有待进一步深入研究。

4　城市紧急救援交通管控的评价

目前紧急救援交通管控的评价主要集中在效率和安全性及两者的结合上。

关于效率的评价，Bullock的研究表明应急信号的设置对社会车流产生的影响并不是很大，造成的社会车辆行程时间增加幅度约为1%～2%，这主要因为其社会车流需求水平适中。从而也表明，控制适量的社会车流能确保交叉口在执行应急优先信号过程中不发生过饱和现象［19］。

关于安全性的评价，Amalia Vrachnou对重大事故报告系统（FARS）中1997-2001年5年数据进行分析，结果表明大约有31%的紧急救援车辆冲突发生在信号控制交叉口［8］；并且对比路段上的冲突事故，发生在交叉口的冲突事故严重程度要高很多。Chuck Louisel的研究表明通过优先信号设置可减少冲突数目，提高应急车辆出行安全性，并通过北佛吉尼亚的案例进行了验证［20］。

5　现状研究存在的不足

城市紧急救援交通的管控虽取得了诸多有意义的成果，但仍存在以下主要问题：

（1）路径优化大多处于离线状态，无法根据实时交通状态进行调整；

（2）控制策略的制定亦受制于固定地点检测方式，大多局限于单个交叉口，且无法实现交通控制机与紧急救援车辆状态的实时动态交互，易造成误差积累，影响控制效果；

（3）目前大多数城市交通管控模型研究都属于被动的响应模式，缺乏主动的优先管控思路；

（4）受制于现有固定地点的线圈、视频等检测装置，检测与响应存在时间差，无法及时处理该段时间内发生的紧急状况。

6　结论

本研究对国内外城市紧急救援管控的思路、目标演化、模型、评价进行了介绍，指出了现状存在的问题和不足。随着国内外车路协同系统的推广和普及应用，全时空交通状态的获取成为可能。未来城市紧急救援交通管理与控制的研究方向可能会聚焦在以下几方面：

（1）面向紧急救援交通管控的车载数据特征快速辨识提取与融合。全时空的车载数据很容易使交通管理者陷入“数据海洋”，甚至是“数据灾难”，如何进行数据挖掘，快速辨识和提取与紧急救援交通管控有关的重要信息，实现“大海捞针”，并与传统的检测器数据实现有效融合，还有待进一步研究。

（2）基于车载数据的紧急救援多目标管控研究。以往的研究更多地关注紧急救援本身的通畅性，而对其可能产生的安全隐患和对路网社会交通的影响范围缺乏系统深入的研究，车载数据的获取，紧急救援交通管控的精细化处理，使得这些目标的考虑成为可能。

（3）基于车载数据的紧急救援主动管控研究。紧急救援车辆、社会车辆实时状态信息的获取，其管控模型不再只能被动的适应，通过对状态跟踪，主动调节车流、紧急救援车辆车速、交通信号等都成为可能。

［1］陆键.构建我国城市重大交通基础设施突发灾害应急救援管理体系［J］.交通与运输，2012（3）：1-3.

［2］胡宝秀，杨洁.消防车遇高峰拥挤无人让，网友支招避让救援车［N/OL］. 东方早报，2012-04-10.

［3］ 杨孝宽，魏恒.突发事件应急交通规划方法与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［4］ 彭春露.城市突发事件紧急救援管理可靠性问题研究 ［D］.上海：同济大学，2006.

［5］Griffin R M，Johnson D. A Report on the First Part of the Northampton Fire Priority Demonstration Scheme-the Before Study of EVADE［J］. Traffic Engineering and Control，1980，21（4）：182-185.

［6］Honey D W. Priority Rules for Fire Appliances ［J］. Traffic Engineering and Control，1972，14（8）：166-167.

［7］ NTCIP 1202. Object Definitions for Actuated Traffic Signal

Controller Units［S］. AASHTO，ITE and NEMA. Nov 2005.［8］ Amalia Vrachnou. An Analysis of Emergency Vehicle Crash Characteristics ［D］. Virginia：Virginia Polytechnic Institute and State University，2003.

［9］黄玮.城市道路应急车辆信号优先控制策略［D］.上海：同济大学，2010.

［10］Nelson Eric J，Bullock Darcy. Impact Evaluation of Emergency Vehicle Preemption on Signalized Corridor Operation ［C］∥TRB Annual Meeting，Transportation Research Board，Washington，D.C.，2000：1-19.

［11］Casturi Ramakrishna. A Macroscopic Model for Evaluating the Impact of Emergency Vehicle Signal Preemption on Traffic［D］. Virginia：Virginia Polytechnic Institute and State University，2000.

［12］朱茵.交警特勤最优路径［J］.中国人民公安大学学报，2008，1 （1）：78-81.

［13］刘杨，云美萍，彭国雄.应急车辆出行前救援路径选择的多目标规划模型［J］. 公路交通科技，2009，26 （8）：135-139.

［14］何胜学，范炳全.基于有效路径的交通流博弈分配算法［J］.交通运输系统工程与信息，2007，7（1）：115-119.

［15］Mirchandani Pitu B，David E Lucas. Integrated transit priority and rail/emergency preemption in real-time traffic adaptive signal control ［J］. Journal of Intelligent Transportation Systems，2004（2）：101-115.

［16］ 胡红，刘小明，魏恒，等.基于路口和路段入口综合控制的应急疏散交通控制算法［J］.交通运输工程学报，2009，9（3）：108-111.

［17］ Shibuya，Shuetsu，Toshihiro Yoshida， et al. Fast emergency vehicle preemption systems ［J］. Transportation Research Record：Journal of the Transportation Research Board，2000，1739（1）： 44-50.

［18］Tanaka，Yoshio，Hiroshi Yamada，et al. The fast emergency vehicle pre-emption system improved the outcomes of out-ofhospital cardiac arrest［J］. The American journal of emergency medicine，2013，31（10）：1466-1471.

［19］Bullock Darcy，Morales，Sanderson. Evaluation of Emergency Vehicle Signal Preemption on the Route 7 Virginia Corridor［R］. FHWA-RD-99-70，Federal Highway Administration，Virginia，1998.

［20］Chuck Louisel，John Collura. A Framework for Evaluation of Preferential Treatment of Emergency and Transit Vehicles at Signalized Intersection ［C］∥ ITSVA Annual Meeting，June 2002.

Literature Review on Traffic Management and Control for Urban Road Emergency Rescue

Guo Yongtao1， Yao Jiao2
（1. Jiangsu Jiaotong College， Zhenjiang 212006， China; 2. University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Emergency rescue is related to lives and properties intensively， so it' s important to give it priority of right-of-way via traffic management and control. In this paper， definition of emergency rescue was first analyzed， then research at home and abroad on management and control strategy， model and evaluation were summarized respectively， moreover， drawbacks of research in this area were pointed out， and finally the future direction of research in this area is proposed which is the integration of vehicleroad cooperative system and on-road data.

emergency rescue; traffic management and control; management and control model; vehicle-road cooperative

U491.1+2

A

1672–9889（2015）05–0067–03

郭永涛（1981-），男，黑龙江五大连池人，讲师，主要从事智能交通、电气自动化的研究和教学工作。

（2015-02-12）