钱塘江中上游船舶交通事故应急救援资源配置研究

文 石晶鑫，张 阳（金华市公路与运输管理中心，浙江 金华 321000）

一、引言

随着金华经济不断发展，内河港口资源相继开发，钱塘江中上游航道通航能力得到了大幅度提升和发展[1]。钱塘江中上游航道里程进一步增加，船舶流量不断上升，水上交通事故频繁发生，对水上应急管理的要求相应提高[2]。水上交通事故发生后，若不能提供及时有效的救援处理措施，极有可能引发二次事故，造成更为严重的人员伤亡和经济损失[3]。本文综合考虑应急资源服务点选址、应急物资分配、应急物资适应性等问题，在满足安全、高效、适用的前提条件下，以成本最低为目标，构建水上应急物资储备库选址分配优化数学模型，并针对模型设计遗传算法求解，初步确定金华市水上应急物资储备库与服务点（救援点）选址建议方案。

二、建立分配模型

（一）参数说明

（二）应急救援物资储备库覆盖半径

水上应急救援物资需要由船舶运输到需求点，应急救援物资储备库的覆盖半径即船舶在风、水流等自然条件影响下，在应急响应时间内所能服务的最远距离。根据船舶自身性能，在不考虑外界因素影响下，船舶的服务半径R=vt，其中v为船舶速度，t为规定的应急响应时间。然而，船舶在运送应急救援物资时，除了船舶自身性能外，还会受风、水流等的影响，因此船舶实际的航行速度是各影响因素矢量叠加的结果，如图1所示。

图1 速度矢量叠加示意图

其中：rij表示覆盖半径rj在朝向水域单元i方向的投影，覆盖半径rj是一个矢量集合。

（三）应急救援物资需求量在储备库之间的分配方法

当水域单元被多个应急救援物资储备库覆盖时，需要对需求量进行分配。基于引力模型对需求量进行分配，引入0-1变量ijη和时间变量tij，则分配模型为

其中：引力uij与服务质量成正比，与到达时间成反比；ijη表示如果水域单元不在应急救援物资储备库的覆盖范围内，不予分配需求量。Mij为应急救援物资储备库j对水域单元i的需求量iq的分配量：

（四）建立模型

结合前面的分析，建立水上应急救援物资储备库选址-分配模型，以最低成本实现对水域的全面覆盖和重点加强。模型目标函数：

需要满足以下约束条件：

式（6）表示应急救援物资储备库建成成本最低，第一部分为应急救援物资储备库建设固定成本，第二部分为应急救援物资储备成本；式（7）表示所有水域单元至少被覆盖1次，即水域的完全覆盖；式（8）表示重要度超过阈值的水域单元至少被覆盖2次，即水域的重点加强；式（9）表示水域单元的应急救援物资需求在储备库之间的分配量；式（10）表示应急救援物资储备库对于水域单元吸引力的计算公式；式（11）表示0-1变量约束。

（五）求解算法设计

水上应急救援物资储备库选址-分配模型（6）-（11）为NP-Hard问题（指所有NP问题都能在多项式时间复杂度内归遇到的问题。其中，NP是指非确定性多项式，所谓的非确定性是指，可用一定数量的运算去解决多项式时间内可解决的问题。），针对模型设计遗传算法，通过对染色体编码、适应度函数、遗传算子等的合理设计，实现对模型求解。

三、钱塘江中上游应急救援储备库选址研究

（一）水上应急物资储备库选址优化模型

水域应急救援资源的合理选址能够有效提高救援效率，减少不必要的损失。根据实际地理位置，钱塘江中上游航道以三江口为中心，往北、西南、东南3个方向呈线性分布，因此计算服务点的覆盖范围应以双向覆盖距离计算，覆盖半径不再适用。另一方面，由于应急物资种类丰富、影响因素多，可根据实际情况选择不同的应急物资进行灵活配置，优化模型只考虑选址问题。

由于救援时间t≤45分钟的限制，水上应急物资储备库候选点的覆盖距离D=vt，其中v为正常状态下的最低航行速度，结合辖区水域的具体情况，取值为7 km/h，因此D≤5.25 km，取D=5 km。

水上应急物资储备库选址主要关注的是风险和距离，故希望选定物资储备库位置应是与事故风险较高点距离较近的点。定义熵量为风险除以距离，则简化后的选址模型为：

（二）求解结果

定义点坐标为（d1，d2，d3），其中d1，d2，d3分别指衢江、兰江、金华江上的点与三江口的航道距离，即衢江上的点坐标为（d1，0，0），兰江上的点坐标为（0，d2，0），金华江上的点坐标为（0，0，d3）。根据坐标定义规则及水域单元划分和风险值3左右，可得各点坐标与水域单元风险值，见表1。

表1 水域单元中点的坐标和风险值

根据航道特点和往年事故情况，选择8个候选点，候选点及其坐标见表2，候选点分布情况见图2。根据式（12）的目标函数定义，可得各候选点的优化目标函数值，见表3。

图2 候选点在地图上的分布

表2 候选点及其坐标

表3 候选点的优化目标计算结果

（三）选址分析

根据优化模型计算结果及已有设施建设情况，选择下列点（P1、P3、P6、P7）做为水上应急物资储备库与服务点（以下简称“救援点”）：救援点：洋港服务区；救援点2：罗洋作业区；救援点3：女埠服务区；救援点4：黄湓海事管理码头。救援设施布局点选址结果见图3。

图3 救援设施布局点选址结果

四、钱塘江中上游水上救援资源需求分析

钱塘江中上游船舶事故相对较少，本文采用现场调研险情的方式对各航段风险情况进行合理分析。本次调研获得32名船员的信息，用以获取7大航段险情情况，并对各个航段进行统计分析。通过调研大连海事大学、上海海事大学、武汉理工大学、舟山市海上搜救中心、浙江海事局等单位对水上救援交通事故所需救援物资配备相近的研究成果和建议，结合各航段险情分析与船舶航行风险情况，各段主要拟配备物资分析及建议见表4。

表4 钱塘江中上游各救援点所需救援物资建议

续表

五、结论与建议

在综合考虑应急资源服务点选址、应急物资分配、应急物资适应性等问题的基础上，以成本最低为水上应急资源适应性分析目标，构建水上应急物资储备库选址-分配优化数学模型，结合金华辖区航道涉水工程和应急资源配置的现状，选出8个水上应急资源配置候选点，并运用遗传算法完成水上应急救援资源优化模型的求解，提出相对合理的水上应急救援资源配置点分布模型。根据模型计算结果，建议将洋港服务区、罗洋作业区、女埠服务区、黄湓海事管理码头这4个水上应急资源配置点作为金华市水上应急物资储备库与服务点（救援点）。

水上救援资源的合理有效配置是有效应对钱塘江中上游水上突发事件的关键手段之一。随着金华地区航道的整治建设、水运业的发展、水文气候的变化，辖区涉水险情将更复杂、更严峻。在保障金华市通航水域水上安全的过程中，各有关部门应依据安全系统工程所涉及的“人、船（设备、设施）、环境、管理等诸方面”，建立水上施救的安全管理体系，并不断动态调整和完善。浙江省金华市地方海事局应针对辖区航道水上安全管理的特点，建立联网的应急救助中心和信息指挥系统，制订完善规章制度，明确各自应急处置职责，通力合作强化对水域的监督管理，配备相应的监管设施，在辖区航道航线上对各类船舶的静、动态实行全时段监控，从而确保金华市辖区内航道船舶航行安全，维护航道水域环境清洁。