城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)

畢煦東 王川

摘 要：隨著交通擁擠、交通事故頻發(fā)，救援車輛作為特殊的公共交通面臨著比其他公共交通方式更加嚴(yán)峻的狀況。如何處理交通擁堵中的救援車輛問題將成為大城市發(fā)展的重要評(píng)價(jià)因素，因此建立一個(gè)“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”是十分必要的。本文將主要討論基于GPS技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)救援車輛的最佳出行路線的規(guī)劃問題，從而提高救援車輛的通行效率。在充分借鑒國際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國各個(gè)大城市的具體情況，提出我國大城市應(yīng)如何處理救護(hù)車輛和社會(huì)交通問題的建議，根據(jù)相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，運(yùn)用各種檢測技術(shù)，使救援車輛出行得以最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：救援車輛;GPS;出行規(guī)劃;優(yōu)先出行;車載導(dǎo)航

1 研究背景

交通作為城市的要素之一，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活中扮演著重要的角色。隨著交通的逐漸發(fā)展，產(chǎn)生了交通擁堵、交通安全等社會(huì)問題，通行效率也逐漸降低，有時(shí)甚至嚴(yán)重到影響居民的人身財(cái)產(chǎn)的安全[1]。

對于城市中的突發(fā)事件，救援車輛扮演著重要角色，消防車、救護(hù)車等救援車輛需要在第一時(shí)間到達(dá)時(shí)間發(fā)生地點(diǎn)實(shí)施救援，減少損失。例如火災(zāi)損失與撲救延時(shí)時(shí)間兩者呈現(xiàn)出線性增函數(shù)關(guān)系[2]，即：

式中：

—火災(zāi)損失值;

—火災(zāi)發(fā)生直到撲救措施實(shí)施的時(shí)間;

—火災(zāi)隨著時(shí)間發(fā)展造成的損失系數(shù);

—火災(zāi)最長能夠持續(xù)的時(shí)間，即如果消防滅火行動(dòng)不成功，可燃物燃盡而自滅的時(shí)間;

—消防不成功時(shí)的最大損失值。

根據(jù)以上函數(shù)可見應(yīng)急車輛的快速到達(dá)，在應(yīng)急服務(wù)中至關(guān)重要。

據(jù)報(bào)道：2012年年底某市發(fā)生了一起特殊的交通事故，一輛救護(hù)車恰逢交通高峰期轉(zhuǎn)送病人去醫(yī)院急救，導(dǎo)致原本10分鐘不到的路程最終花了40分鐘，患者因?yàn)闀r(shí)間的耽擱而不治身亡[3-4]。這一起社會(huì)事件引起了廣泛的關(guān)注，我們在哀悼逝者之余，意識(shí)到隨著城市化的發(fā)展，交通擁堵問題越發(fā)嚴(yán)重，城市中的救援車輛在車輛面對交通擁堵的情況時(shí)，該如何避免此類事件的再次發(fā)生，又該如何最大化行使自己的優(yōu)先通行權(quán)？因此我們開始思考能否建立一種專屬救援車輛的出行系統(tǒng)，一種既能夠?yàn)榫仍囕v規(guī)劃最佳出行路線，并使這條路線優(yōu)先化，同時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)不被其他社會(huì)車輛車載導(dǎo)航系統(tǒng)所選擇，且具有控制某些特殊交通設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的能力，在時(shí)間和空間上達(dá)到優(yōu)先的救援車輛出行的系統(tǒng)，并且還能規(guī)范和要求社會(huì)車輛在救援車輛執(zhí)行任務(wù)時(shí)進(jìn)行及時(shí)地避讓，方便救援車輛及時(shí)地救助傷者。

2 系統(tǒng)概述

“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”是基于大數(shù)據(jù)共享、ITS技術(shù)和GPS定位技術(shù)的系統(tǒng)，主要包括出行前最佳路徑規(guī)劃系統(tǒng)，路段及交叉口信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)和VISSIM仿真檢測、評(píng)價(jià)及整改系統(tǒng)三部分內(nèi)容。

出行前最佳路徑規(guī)劃系統(tǒng)通過ITS技術(shù)，將城市綜合交通信息中心的實(shí)時(shí)道路交通信息集成到救援管理中心，救援管理中心通過路徑選擇模型規(guī)劃救援車輛出行的最佳路徑，并將規(guī)劃好的路徑發(fā)送至救援車輛、交通信號(hào)控制中心及GPS定位導(dǎo)航管理中心，救援車輛按照規(guī)劃好的路徑出行，同時(shí)GPS定位導(dǎo)航管理中心控制已經(jīng)被“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”所選擇規(guī)定好的路線，使得其他社會(huì)車輛的車載導(dǎo)航系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)不能選擇規(guī)劃這條路線，減少此條路線的車流量，對于已在此路線上的社會(huì)車輛通過語音提示：此路段有救援車輛出行，請減速避讓。路段及交叉口信號(hào)優(yōu)先系統(tǒng)是交通信號(hào)控制中心在接收到救援管理中心傳送來的路徑后，結(jié)合該路徑上實(shí)際交通量及救援車輛實(shí)時(shí)位置，通過控制和優(yōu)化信號(hào)配時(shí)、改變路邊信息牌內(nèi)容，在時(shí)間和空間上給予救援車輛優(yōu)先通行。VISSIM仿真軟件是對此系統(tǒng)的內(nèi)容進(jìn)行仿真，包括救援車輛從出行前最優(yōu)路徑的選擇到執(zhí)行任務(wù)結(jié)束的整個(gè)過程進(jìn)行仿真，以及對路段和道路交叉口信號(hào)控制使救援車輛優(yōu)先通行的過程仿真。最后通過可行性評(píng)價(jià)報(bào)告來改變道路各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測優(yōu)化。

3 系統(tǒng)組成

“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”主要由道路交通設(shè)備、用戶終端和中心系統(tǒng)組成，具體組成件及關(guān)系如圖1、圖2所示：

應(yīng)急車輛的路徑選擇和常規(guī)車輛有一定的區(qū)別，應(yīng)急車輛出行的目的是為了快速到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行救援活動(dòng)，在而以往的研究中，一般認(rèn)為快速性是出行的唯一屬性[5]，而在本文中，認(rèn)為應(yīng)急車輛路徑選擇的屬性應(yīng)該包括快速性、安全性、可靠性。如圖3所示。

基于城市交通信息中心的救援車輛出行前最優(yōu)路徑的確定多目標(biāo)性以及多屬性的特點(diǎn)，受多種因素的影響，是多因素聯(lián)合作用下的結(jié)果，因此出行前最優(yōu)路徑的選擇是一個(gè)對于上述多目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化的問題。本文即根據(jù)圖4的流程采用多目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行模擬仿真。

在實(shí)際路徑優(yōu)化中往往需要找出多條優(yōu)化路徑，進(jìn)行比較，規(guī)劃好最佳路徑后，救援車輛在道路上行駛，并且享有絕對優(yōu)先通行的權(quán)力，本文將介紹在以下兩種情況下救援車輛優(yōu)先通行的原理。

（1）救援車輛通過路段：

用GPS定位技術(shù)可實(shí)時(shí)定位救援車輛位置，將位置信息傳送給數(shù)據(jù)分析計(jì)算系統(tǒng)，并計(jì)算出救援車輛與可變信息板的距離L，同時(shí)與救援車輛和可變信息板之間的閾值L0（L0為根據(jù)當(dāng)前道路上車流量大小通過計(jì)算出來的一個(gè)可變的值）相比較，當(dāng)L<L0時(shí)，車載導(dǎo)航的信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)向可變信息板的控制中心發(fā)送請求信號(hào)，并即時(shí)在可變信息板上顯示相關(guān)信息，讓救援車輛前方的社會(huì)車輛讓出道路，供救援車輛優(yōu)先通行。

（2）救援車輛通過交叉路口：

在車輛經(jīng)過路段的原理基礎(chǔ)上，用GPS定位技術(shù)可實(shí)時(shí)定位救援車輛位置，將位置信息傳送給數(shù)據(jù)分析計(jì)算系統(tǒng)，并計(jì)算出救援車輛與交叉口的距離L，同時(shí)與救援車輛和交叉口之間設(shè)定的閾值L1（L1為根據(jù)當(dāng)前道路上車流量大小通過計(jì)算出來的一個(gè)可變的值）相比較，當(dāng)L<L1時(shí)，車載導(dǎo)航的信號(hào)發(fā)送系統(tǒng)向交叉口信號(hào)燈的控制中心發(fā)送請求信號(hào)，并即時(shí)改變當(dāng)前信號(hào)燈相位，根據(jù)所規(guī)定的路線方向給救援車輛優(yōu)先放行，當(dāng)救援車輛通過交叉路口時(shí)，交通信號(hào)燈相位恢復(fù)為救援車輛經(jīng)過交叉口之前的相位。

4 系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)主要是通過運(yùn)用VISSIM5.1仿真軟件對“救援車輛優(yōu)先通行系統(tǒng)”進(jìn)行仿真，通過三維動(dòng)畫的形式，為技術(shù)專家和決策者提供可信、直觀的視覺信息。

“救援車輛優(yōu)先通行系統(tǒng)”的仿真部分即為救援部門接收到電話開始發(fā)車直到到達(dá)目的地之間的全過程，包括檢測器向控制中心提出請求的過程以及對部分道路交通設(shè)施的狀態(tài)進(jìn)行改變以及規(guī)劃路線優(yōu)先的過程。通過仿真研究此系統(tǒng)的可行性和可靠性，最大化地改善此系統(tǒng)各項(xiàng)功能，并利用仿真結(jié)果分析得出救援車輛運(yùn)用此系統(tǒng)后的服務(wù)水平是否有所提高。

5 結(jié)論

眾所周知，車輛具有流動(dòng)性強(qiáng)、難于監(jiān)控和規(guī)范管理的特點(diǎn)，尤其是在交通日益擁堵的今天，當(dāng)發(fā)生重大事故時(shí)，救援車輛的迅速到達(dá)是損失降低到最小的有效保證，但是由于私家車數(shù)量的急劇增加，救援車輛的優(yōu)先通行權(quán)也受到了很大的影響。本文針對救援車輛的出行時(shí)間最短的路徑選擇和應(yīng)急狀態(tài)下交叉口的優(yōu)先通行等問題進(jìn)行了一定的研究，其研究成果如下：

（1）提出了一種救援車輛在道路上的優(yōu)先通行方法：通過利用GPS技術(shù)計(jì)算救援車輛與道路交通設(shè)備間距離的關(guān)系來控制交通設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以達(dá)到優(yōu)先通行的目的;

（2）利用車載導(dǎo)航對該路線上的私家車進(jìn)行通知以及對未在該路段上的車輛內(nèi)的導(dǎo)航在一定時(shí)間內(nèi)不得規(guī)劃此路段。

在救援車輛出行前進(jìn)行最佳路徑規(guī)劃及選擇，能提高出行效率，保證出行的安全可靠，同時(shí)還能避免救援車輛因交通延誤而耽誤救援。通過GPS導(dǎo)航管控中心為救援車輛規(guī)劃路線提供優(yōu)先通行權(quán)，當(dāng)城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃出一條路線之后，此時(shí)其他社會(huì)車輛的車載導(dǎo)航在一定時(shí)間內(nèi)將無法規(guī)劃到這條路線，已經(jīng)在這條路線上的社會(huì)車輛在打開導(dǎo)航的情況下可以用語音提示此路段有救援車輛出行，請減速避讓。交通信號(hào)控制中心通過控制交通設(shè)備為救援車輛提供優(yōu)先。結(jié)合該路徑上實(shí)際交通量及救援車輛實(shí)時(shí)位置，通過控制和優(yōu)化信號(hào)配時(shí)、改變路邊信息牌內(nèi)容，在時(shí)間和空間上給予救援車輛優(yōu)先通行，為救援車輛提供便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘志華，喬英俊，王建強(qiáng)，等.新時(shí)代汽車強(qiáng)國戰(zhàn)略研究綜述（一）[J].中國工程科學(xué)，2018，20（1）：1-10.

[2]陳艷艷，郭國旗.城市消防站的優(yōu)化布局[J].消防科學(xué)與技術(shù)，1999（1）：26-28.

[3]張屹.特種車輛在城市交通擁堵中的現(xiàn)狀及建議[J].中國管理信息化，2016，19（21）：203-204.

[4]韋婷婷.“城市大腦”交通治理探索：特種車輛優(yōu)先安全暢行服務(wù)[J].公安學(xué)刊（浙江警察學(xué)院學(xué)報(bào)），2018（4）：

49-53.

[5]劉楊，云美萍，彭國雄.應(yīng)急車輛出行前救援路徑選擇的多目標(biāo)規(guī)劃模型[J].公路交通科技，2009，26（8）：135-139.