基于路況屬性的高速公路應急救援路徑決策

趙轉轉,王艷杰,代　倩(長安大學汽車學院,陜西西安　710064)

基于路況屬性的高速公路應急救援路徑決策

趙轉轉,王艷杰,代倩
(長安大學汽車學院,陜西西安710064)

摘要:闡述高速公路應急救援調度模式。選取高速公路路徑里程作為靜態路況屬性指標,依據高速公路聯網收費數據,以救援所處時段內的實時路況作為動態路況屬性指標,對其無量綱化處理,運用層次分析法對路況屬性加權,得到相應的路況屬性值。通過實例分析驗證路徑選擇方法的可行性。結果表明:良好的救援路徑應具備行駛里程短、動態路況影響小的特點。

關鍵詞:高速公路;路況屬性;應急救援;路徑選擇

為救援車輛趕赴事故現場選擇合理的路徑是應急調度的重要內容。由于路徑選擇不合理,導致應急救援人員不能及時趕到事故現場,可能錯過最佳救援時間。路況屬性是高速公路應急救援隊伍行動時路徑選取的依據,是路網屬性抽象的重要內容。在救援過程中車輛行駛時間在整個救援階段占有較大比例［1－3],選擇合理的救援路徑,對高速公路交通事故應急決策有重要的意義。

目前關于應急救援的研究成果頗豐,其論證點主要集中在時間和成本這2個指標上,鮮見結合道路實際路況來探索和分析高速公路應急救援路徑的選取依據［4－9]。本文介紹應急調度組織模式,并依據高速公路聯網收費數據,評價高速公路動態路況對救援車輛的影響程度,將主要影響救援路徑選取的路況屬性因素量化,利用AHP法加權,得到不同類型屬性無量綱化后的路況屬性量化值,并通過實例分析證明該路徑選擇方法的合理性。

1　應急調度組織模式

應急救援組織模式如圖1所示。

應急聯動組織有利于提高管理突發事件的效率,高速公路救援服務中心下設交警、衛生、消防、清障施救、環保等部門［10－13]。根據對救援過程的梳理,在應急救援時間緊迫的情況下,選擇合理的救援路徑可以減少救援車輛趕赴現場的時間。

2　應急救援路徑的選取

2.1路況屬性的表征

應急救援情況下最優路徑的選取是復雜的決策過程。交通流量、路面寬度、路段限高、限重等都是影響路徑選取的因素。應急救援情況下路徑的選擇應使救援車輛到達救援地點的時間最短。高速公路路網中影響救援車輛行程時間的因素主要有車輛平均速度、常態時段交通量以及路徑里程。

圖1　應急救援組織模式

1)車輛平均速度。車輛的平均運行速度越快,到達救援地點的時間越短,反之則越長。

2)常態時段交通量。常態下的時段交通量越大,對救援車輛影響越大,救援時間越長,反之越短。

3)路徑里程。路徑里程越長,救援車輛行程時間越長,反之越短。

在聯網收費數據庫中提取救援所處時段內高速公路上車輛的流水信息,運用SQL Server 2012提取車輛出入口站點、出入口時間、相鄰站點間行駛里程、車型等形成應急救援車輛路況屬性OD數據庫,統計各個路段每種車型常態下的時段交通量,繼而得出救援所處時段內的平均運行車速。

采用常態下的高速公路車輛平均運行速度D1和常態時段交通量D2作為動態路況的表征量,高速公路路徑里程D3本身就是一個靜態屬性量化指標。

目標管理是進行任何一項管理工作的基本方法和手段，成本控制也應遵循這一原則，即目標設定、分解、責任到位和成本執行結果、評價和目標修正，從而形成目標管理的計劃、實施、檢查、處理的循環.在實施目標管理過程中，目標的設定應切合實際，更落實到各部門、班組甚至個人；目標責任應全面，既有工作責任，更有成本責任[3].

需要指出的是,由于應急救援車輛多屬于特殊車輛,不考慮車輛經過收費站時引起的時間延誤。

2.2無量綱處理

路況屬性從不同角度刻畫對應急車輛產生的影響,如道路里程是從空間上進行描述,通行時段內的行駛速度是從時間上進行描述。為了消除不同量綱的影響,需要把各種不同量綱的屬性整合,將路徑的各屬性通過變換映射到固定區間［0,1],使其無量綱化、規范化［14－16]。

將不同類型路況屬性無量綱化,建立目標路況評價矩陣,有

式中: Xij為路況屬性無量綱化結果; ui為路況屬性權重值; i為高速公路路況屬性,i =1,2,3; j為備選路徑方案。

車輛平均速度越大,其相應的路況屬性指標X1j應越小;常態時段交通量越小,其路況屬性指標X2j應越小;同樣,路徑里程越短,其路況屬性指標X3j應越小。所以有

式中: D1max為備選路徑平均速度的最大值; D1min為備選路徑平均速度的最小值; Dij為j路徑的路況屬性值。

2.3加權處理

道路屬性數據的加權關鍵在于指標因子的設計［17]。將路況屬性按表1中的隸屬度比較原則兩兩比較,得出相對隸屬度矩陣,求解該矩陣的最大特征值λmax對應的特征向量ui,即為目標屬性權重。

表1　相對重要度矩陣標度的含義

高速公路路況屬性間相對隸屬度矩陣為:

計算得最大特征值λmax=3.018 3,其對應的特征向量即為高速公路的路況屬性隸屬度權重,有

3　實例分析

假設某高速公路路段在17: 00時發生交通事故,交通事故點S附近高速公路路網結構如圖2所示。有4條備選路徑,分別為:

1)1→2→S; 2)5→4→S; 3)8→7→6→S; 4)9→7→6→S。

采集各路徑的路況信息,提取高速公路聯網收費數據庫出入口收費站代碼、出入站時間和行駛里程字段后,經SQL Server 2012提取,并運用Trans CAD分配流量,得到常態小時交通量與平均運行車速,繼而可得各路況屬性指標初步測算值,見表2。

圖2　高速公路路網拓撲結構圖

表2　路況屬性指標初步測算值

根據式2)、3)分別對路況屬性無量綱規范化,有

引入路況屬性相對隸屬度矩陣,得到目標路況評價矩陣

為保證路況指標權重不一致程度在容許的范圍內,引入一致性檢驗指標RC［15],表達式為:

式中: n為路況屬性個數,n =3; RI為平均隨機一致性指標,RI與矩陣的維數有關,RI=0.58。

因0.015 8＜0.1,故層次單排序結果有較好的一致性。

由式(1)知,路徑3最理想,產生的應急救援時間延誤最小,路徑1次之。

路徑3與路徑1相比,雖然應急救援行駛里程相對較長,但車輛平均運行速度大,常態下時段交通量小,對救援車輛產生的影響小,可見最短路徑方案并非最佳救援路徑,需要根據路況綜合屬性進行評價。

雖然路徑2車輛平均運行速度大,但由于行駛里程長,常態時段交通量大,延誤時間長,故路徑2不可取。

與路徑3相比,路徑4常態下時段交通量較小,但車輛平均運行速度較小,救援行駛里程相對較長,延誤時間長,故路徑4不可取。

層次排序后若某2個方案的評價值相近,即若式(1)的測算結果大致相同以致難以取舍時,可比較其它對應急救援路徑有較弱影響的屬性,如高速公路上是否有養護施工、路面狀況影響等進行選擇。

4　結論

1)綜合分析影響應急救援車輛行駛的路況屬性,對各屬性進行規范化處理,并選取4條優勢應急救援路徑進行比較,從而選出理想的車輛應急救援路徑。

2)研究方法基于實際路況,具有一定的現實性,該方法簡單、可操作性強,研究結論有助于應急救援路徑的有效決策,利用聯網收費數據可節約采集數據時的調查時間和成本,而且對應急救援路徑選取的評價方法也是一種補充。

3)在實際應急救援中,車輛上高速公路之前不可避免要經過城市道路,城市路段上的延誤時間無法忽略,本文未進行深入研究。由于量化困難,一些較弱路況屬性沒有考慮在內,不能完全體現評價結果。可結合高速段和城市道路的路況屬性,拓寬調查廣度和樣本量,提高應急路徑選取的適應性和精度。

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(責任編輯:楊秀紅)

Freeway Emergency Rescue Route Decision Based on Road Attribute

ZHAO Zhuanzhuan,WANG Yanjie,DAI Qian(School of Automobile,Chang'an University,Xi'an 710064,China)

Abstract:The paper discusses the freeway emergency scheduling model and selects the mileage of freeway route as the static road attributes of freeway.Additionally,based on the freeway network toll data,it regards the realtime traffic condition as dynamic road attributes.Then,it adopts the analytic hierarchy process to get road attribute weights according to the non-dimensional treatment.Finally,it introduces a case to prove the feasibility of selection method.The result shows that a better freeway emergency rescue route should include characteristics of short mileage and small dynamic road attributes.

Key words:freeway; road attribute; emergency rescue; route choice

作者簡介:趙轉轉(1992—),女,山西孝義人,碩士研究生,主要研究方向為道路交通運輸安全.

基金項目:交通運輸部科技項目(2008312812420)

收稿日期:2015－04－17

DOI:10.3969/j.issn.1672－0032.2015.03.003

文章編號:1672－0032(2015)03－0009－04

文獻標志碼:A

中圖分類號:U492.8