山区公路应急救援力量配置优化模型研究

杨桪

摘 要：山区公路隧道救援方面依赖管理人员的经验，缺乏科学的分析指导，在一定程度上影响了应急救援工作的开展。本文在分析应急救援资源调配原则的基础上，研究了如何对路网进行抽象，针对山区公路隧道路网应急救援点布局进行建模，提出了应急救援力量的布局模型，针对山区公路隧道区段路网进行应急救援资源调配建模，提出了分阶段协作的应急救力量源配置优化模型，并进行了实例分析，验证了模型的实用性与可实施性。

关键词：山区公路；救援力量；配置优化模型

中图分类号： U49 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）10-50-4

0 引言

目前，公路隧道應急救援方面依赖管理人员的经验，缺乏科学的分析指导，在一定程度上影响了应急救援工作的开展。国外研究者发现，事故后的紧急救援对于减少人员伤亡至关重要。在交通事故中，对于伤势同等的重伤员，如果能在30分钟内得到救助，可以有80%的伤员存活下来；如果能在60分钟之内得到救助，可以有40%的伤员存活下来，但是如果救援时间超过了90分钟，则仅有10%的伤员能够存活下来，可以很明显的看出，随着救援响应时间的不断延长，人员伤亡情况会越来越严重。如何合理的配置资源，如何减少救援响应时间，如何使救援力量发挥更好的作用，需要在构建应急救援力量配置模型时充分考虑救援物资的价格、成本、响应救援需要的时间以及各应急救援点所能容纳救援物资的数量等因素，这样不仅能达到快速高效的完成救援工作，还能减少应急救援过程中的花费。因此，开展山区公路应急救援力量配置优化模型研究，实现从经验型配置向规范化、标准化配置的转变，具有重要的理论价值和实际意义。

1 应急救援力量配置需求分析

1.1 应急救援力量配置需求

应急救援力量配置是应急管理工作的关键所在。山区公路隧道区段一旦发生事故，根据突发事件的紧急程度，应在短时间内开展应急救援和物资调配工作。如果在事件发生之前科学分析山区公路隧道运营区段的突发事件特性，合理配置应急救援资源，不仅能保证应急救援工作及时顺利的开展，还能充分利用有限的应急救援力量。通过需求分析能使应急救援力量资源调配更具备科学性和针对性，因此在研究应急救援力量配置之前，应做好相应的需求分析工作。

1.2 应急救援力量配置需求分析

1.2.1 分析山区高速公路现有应急救援调配方案

通过调研，目前的我国高速公路应急救援一般是由高速运营单位来主导，所在辖区的行政部门进行配合。一般高速公路由行政区域的监控中心联合监管。其中应急救援所需的消防和救护资源主要依靠辖区类的医院和公安消防系统，主要配置方式如表1所示。

1.2.2 应急救援资源调配需求分析

考虑山区公路隧道各个区域路段区段突发事件的约束条件和应急救援资源，对山区公路隧道区域路段应急救援力量配置进行需求分析：

①明确应急救援中各部门相应的职责并制定相应的预案；②制定明确的应急资源调配方案；③制定合理应急救援点选址布局方案； ④制定明确的交通组织和物资调配方案。

2 应急救援点选址布局模型分析

根据前文所述的应急救援受到成本、时间、资源等应急资源的条件约束，通过应急救援点的合理选址布局，使得在保障应急救援能够及时响应的同时又能减少应急救援的成本。

将区域路网换分成若干个路段，以各个路段为基本单位进行分析。分析各个路段应急救援点选址布局与应急救援响应时间的关系。从而采用 0-1 数学模型为基础建立在各种约束条件下，使应急救援管理效益最大化的应急点选址布局模型。

建立应急救援点选址布局模型，首先要从数学的角度明确目标函数、约束条件，以及函数中参数含义以及参数值。

2.1 区域路网的数学描述

对山区公路区域路网进行抽象和数学描述，有利于构建应急救援资源布局模型。（图1）

选用山区公路区域路网进行研究。将应急救援资源调配点和突发事件发生地抽象为网络节点，对山区公路区域路网可进行如下数学描述。

③Vj表示区域路网中各个路段的安全性指数（j∈N），即一段时间内，某路段的事故率。

突发事件不同，造成的危害和损失有大有小。式1、式2为标准事故数量换算公式，换算之后方便比较路段的安全性指数。其中，Pj代表区域路段j的标准突发事件树，Qj代表区域路段j的标准交通量。Pjs代表区域路段j发生s级突发事件的数量，？兹s代表s级突发事件的加权系数。s代表突发事件的等级， z代表突发事件的分级数。

3 应急救援力量配置优化模型研究

就现在山区高速公路的建设情况来看，高速公路路网已基本形成。在这种情况下，如果仍然按照在每一条高速公路上都配备能够应对一起事故和以一定概率应对另一起事故的资源，则会使救援资源闲置和浪费。因此，当事故发生时应综合考虑路网内各救援点的协作，充分利用各救援点的救援资源。

假设高速公路区域路网内救援资源调配点位置已知，综合分析该区域路网内的历史交通事故统计数据，整理分析出事故多发地点，将其作为潜在的事故发生点，即进行应急救援资源调配时需要进行救援的事故发生地，并将这些潜在事故发生点分别规划到距离其最近的救援调配点管理范围内。当事故一旦发生，事故的处理过程将分为两个阶段，第一阶段应由距离其最近的救援资源调配点提供救援所需资源，并且该救援资源调配点不可将所有的救援资源用到本次救援中，以防在同一时间段内发生其他交通事故时无法进行应急救援；第二阶段需要的救援资源由其他救援资源调配点提供，并且这些其他调配点必须保留适量的救援资源以备所负责区域发生突发事件时提供。这样不仅可以降低事故发生时的响应时间，还可以通过多个调配点的协作减少救援资源调配量，使整个路网中所有调配点派出的救援资源总数最小。

3.1 分布协作式应急救援力量配置优化模型

应急救援力量配置优化模型的目标是在保证满足事故发生点对救援资源需求的基础上，分两个阶段完成救援资源的配置，使路网范围内配置的资源总数最小；同时每个调配点所需要的救援资源数量至少是满足现已发生的交通事故发生地对救援资源第一阶段的需要数量和以一定概率p满足其他潜在事故发生地对救援资源第一阶段需要的数量之和。

以区域路网内救援资源调配总量最小为目标函数，构建分布写作式应急救援力量配置优化模型如式6～11所示。其中式6为目标函数，表示山区公路区域路网内配置的资源总数最小；式7～11为约束条件。

式7为资源数量约束，每个事故发生点接受的应急救援资源总量不小于事故地对救援资源的需求量。

式8为资源数量约束，每个调配点拥有的资源总量不仅要能够满足已经发生的交通事故第一阶段对救援资源的需求，还要满足其他潜在事故发生点对救援资源的需求。

式9为资源数量约束，说明每个资源调配点在向已发交通事故点提供第二阶段的需求资源数量后，还必须能够满足其所管辖范围内发生另一起交通事故时第一阶段需要的资源量。

式10、11为式6的系数约束，仅需要两个调配点派出资源即可满足事故救援需求的前提条件。

3.2 实例分析

以4条高速公路部分路段组成的区域高速公路网为例，每条高速公路上设置1个应急救援资源调配点，分别用S1，S2，S3，S4表示。假设路网中的潜在事故发生地有8处，分别用A11，A12，A13、A12，A22、A13，A23、A14表示。图2为事故发生地与应急救援调配点之间的位置关系。

通过分析该高速公路路网内历史事故实际救援数据，统计得出在事故救援过程中各事故多发地点发生交通事故时第一阶段和第二阶段需要的资源数量，如表 2 所示。同时，分析历史交通事故发生的等级情况，确定概率p的取值，假设，p=0.5。（表2）

将表中数据及p=0.5带入式6～11中，用 Matlab 软件求解目标函数值，所得调配点配置资源结果如表3所示。

在突发事件情况下各点第二阶段是否参加应急救援参见表4 ，其中“1”代表该点参加应急救援，其中“0”则代表该点不参加应急救援。

若不采用分步协作式的方式进行资源调配，每个调配点仅负责所在区域的突发事件，每个调配点调配的资源量如式12所示。

对比表3和表5可知应急救援资源配置优化前后的结果，如图3所示。经过分布协作式优化，各资源调配点的资源配置量和路网的总资源配置量都有明显的降低，总资源量降低了36%，各资源调配点分别降低了18.2%，29%，65.8%，53.5%。

4 结语

应急救援力量配置，直接关系到突发事件应急救援工作的成败。完成应急救援工作的情况下，如节约救援成本，如何提高救援效率，如何应急救援资源的优化配置是工作的关键所在。本文在分析应急救援资源调配原则的基础上，研究了如何对路网进行抽象，针对山区公路隧道路网应急救援点布局进行建模，提出了应急救援力量的布局模型，针对山区公路隧道区段路网进行应急救援资源调配建模，提出了分阶段协作的应急救援力量配置优化模型，并进行了实例分析，验证了模型的实用性与可实施性。本文在研究中并未考虑自然灾害等其他影响因素。

参 考 文 献

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