車輛事故應急救援可行性分析系統設計

李樹昆

（國能朔黃鐵路公司檢測救援分公司，滄州 062350）

引言

面對復雜的車輛行駛環境[1-3]，相關救援人員不但需充分掌握救援現場情況，還需具有強大的領導決策能力，受救援人員意識等多種因素影響[4]，無法科學合理地實施救援行動，因此，需要一套科學合理的應急救援方案。面對此類情況，楊楓等人和湯亮等人分別設計城市突發事件中基于事故演變的救援需求決策系統[5]和基于WebGIS的事故應急救援指揮系統[6]，這兩種系統雖然在實際應用上已經取得一定成果，但救援決策耗時較長，且準確度較低。

因此，本文設計車輛突發事故環境下應急救援方案可行性分析系統，為車輛事故提供精準應急救援方案。

1 車輛突發事故環境下應急救援方案可行性分析系統設計

1.1 系統整體結構

本文系統依據車輛應急事故救援需求，將系統劃分為突發事件管理、智能救援方案管理、用戶信息管理、基礎數據管理四個模塊，分別負責輸入車輛突發事故相關數據信息、救援方案匹配生成管理和救援方案評估分析、輸入用戶信息、日常基礎數據維護等功能，系統具體結構如表1所示。

應急救援方案可行性分析系統具體功能如下：

1）突發事件管理。該模塊由信息接收模塊、信息提取模塊、信息管理模塊組成。信息接收模塊負責接收車輛事故基礎數據，依據該事故級別與響應所需數據生成信息并接收數據結構[7]。信息提取模塊是智能救援方案管理模塊的輸入接口，為元匹配模塊提供結構化車輛事故基本信息。信息管理模塊負責對車輛事故基本信息實施維護與管理，方便用戶隨時查詢。

2）智能救援方案管理。該模塊是本文系統的核心功能模塊，主要由方案編制、方案生成與實施、方案評估與提升、方案管理組成。方案編制模塊負責對可能發生的車輛事故進行預先備案與規劃[8]，利用方案處理流程和引發車輛事故的先決條件，產生結構化數據方案信息保存在基礎數據庫內，以備車輛事故發生時隨時調用。方案生成與實施模塊則負責車輛事故突發時調用緊急救援方案，形成處理方法。方案評估與提升模塊負責評估車輛突發事件應急救援方案，并對該方案進行提升與改進。方案管理模塊負責管理方案庫內各個方案數據。

3）用戶信息管理模塊。工作人員可通過該模塊對車輛突發事件救援方案進行日常整理與維護。

4）基礎數據管理模塊。該模塊由基礎數據與日志管理兩個模塊組成，主要負責維護系統安全，記錄系統日志等功能。

應急救援方案可行性分析系統通過上述四個模塊完成車輛突發事故方案制定、急救援方案可行性分析、和基礎數據維護等內容。

1.2 方案匹配流程與方法

當車輛事故突發時，相關信息數據輸入到應急救援方案可行性分析系統中，可獲取車輛事故類型與相對應的編碼，依據車輛事故屬性級別對其進行評估，建立車輛事故初始構造框架[9,10]，查詢事故數據庫相關數據并互相匹配，調出匹配成功后的緊急救援方案。方案匹配過程如圖2所示。

圖1 應急救援方案可行性分析系統結構

圖2 方案匹配過程

圖2中，方案模塊匹配過程的核心為推理匹配機，推理匹配機推理過程如下：

第一步：獲取初始框架的中槽與側面屬性，依據初始框架的中槽與側面屬性判斷車輛突發事故類型和級別，讀取數據庫內相關數據并匹配方案。

第二步：當方案匹配成功后，依據方案相似情況輸出目標框架列表，為工作人員提供與車輛突發事故相關方案，進行下一步。當方案未匹配成功，推斷當前車輛突發事故是否為根層次因素，更新當前框架或建立新框架，若車輛突發事故為第二層或第三層，返回上一個框架對其進行更新后，從第一步重新開始匹配。

第三步：工作人員選取最適合的方案框架，加入框架列表不符合工作人員滿意，推理匹配機將推斷該車輛突發事故是否達到第三層，若是，則就當前框架進行更新或重建，反之進入下一層框架返回第一步重新開始。

1.3 車輛應急救援方案可行性分析

1.3.1 選取評估指標

為預防與控制車輛行駛過程中突發的各類事故，車輛相關職能部門辨別和評估潛在危險以及事故形成的可能性等多方位因素[11]，提前制定有效、可行的處理方案稱為車輛應急方案。本文系統在時效性、可操作性、完備性等三個方面建立車輛應急救援方案評估指標體系，對車輛救援方案進行可行性分析。表1表示車輛應急救援方案評估指標體系。

表1 車輛應急救援方案評估指標體系

1.3.2 構建車輛突發事故評價模型

數據包絡分析法的經典模型為C2R模型[12]，本文依據車輛突發事故評價指標建立C2R模型，實現應急救援方案可行性分析。

假設3種應急救援方案指標越大越好，分析3種應急救援方案指標，其中人員救治時效、調度指揮速度、恢復車輛行駛速度、物資裝備類型、車輛突發事故風險等級響應速度均可作為輸出指標，分別由B1、B2、B3、B4、B5表示，將交通管制、物資調配、明確信息獲取途徑、現場搶險作為輸入指標，該指標越小越好，分別由A1、A2、A3、A4表示。建立車輛應急救援方案分析模型，如圖3所示。

圖3中，第i個類型的輸入權重度量由vi表示，i= 1,2,3,4；第j個類型的輸出權重度量由uj表示，i= 1,2,3,4,5。

圖3 車輛應急救援方案分析模型

以向量形式表達分式規劃形式，表達形式如下：

將DMUj0的效率評價指數為目標，綜合考慮第j0個決策單元DMUj0的效率評價問題，所有決策單元內包含DMUj0，其中， 1 ≤j0≤ 3，將所有決策單元的效率指數為約束[13]，建立模型的分式規劃形式。DMUj0的效率評價指數計算公式如下：

決策單元的效率指數計算公式如下：

在公式（5）和公式（6）中，表示權向量，二者都是待定的，且每個分量均為非負數，即u≥ 0，v≥ 0，C2R則所構建的模型分式規劃形式如下：

式中：

j= 1,2,3，v≥ 0，u≥ 0。

通過Charnes-Cooper變化，將分式規劃轉換為線性規劃模型。假設：，線性規劃模型表達公式如下：

上述公式中，ω≥ 0，μ≥ 0。

為了使其則有非阿基米德無窮小量的對偶規劃性質，利用松弛變量S?與剩余變量S+驗證數據包絡分析法有效性能[14]，規劃模型如下：

上述公式中，λj≥ 0，θ≥ 0，S+≥ 0，S?≥ 0。決策單元DMUj0的有效值由θ表示，對于決策單元構造的有效決策單元的第j個決策單元組合比例由λj表示。非阿基米帝無窮小量由ε表示。則輸入松弛變量與輸出剩余變量為

1.3.3 有效性分析

當決策單元DMUj0的有效值為1，且輸入松弛變量與輸出剩余變量數值均為0時，所輸出的車輛應急救援方案為最佳方案；當決策單元DMUj0的有效值為1且輸入的松弛變量與輸出的剩余變量數值均不等于0時，表示所輸出的車輛應急救援方案可行性稍低[15]；當決策單元DMUj0的有效值小于1，表示所輸出的車輛應急救援方案不具備可行性。

2 實驗分析

為驗證本文系統實際使用性能，將本文系統運用于道路交通事故專項應急部門，以某車輛應急救援事故為例。該系統運行環境為處理器AMD Athlon(tm)II X2 250Processor 3.0GHz，內存為4.0 GB，64位操作系統，瀏覽器IE8.0，數據庫為Oracle 9i。輸入指標為：交通管制、物資調配、明確信息獲取途徑、現場搶險；輸出指標為：人員救治時效、調度指揮速度、恢復車輛行駛速度、物資裝備類型、車輛突發事故風險等級響應速度；通過1-5之間整數對輸入指標和輸出指標實施量化，對應關系分別為差、較差、一般、優、最優。

為了驗證車輛突發事故情況下，應急救援方案匹配性能，以實驗條件內的輸入指標和輸出指標作為匹配條件，以跳轉率作為衡量匹配性能指標，分別使用本文系統，城市突發事件中基于事故演變的救援需求決策系統（文獻[5]系統）和基于WebGIS的事故應急救援指揮系統（文獻[6]系統）對車輛突發事故方案進行匹配，匹配結果如圖4所示。

分析圖4可知，隨著時間的增加，本文系統匹配車輛應急方案的跳轉比始終保持平穩狀態，且跳轉比一直保持在95 %左右，而文獻[5]系統和文獻[6]系統不僅跳轉比數值低于本文系統，且跳轉比曲線波動較大，表明文獻[5]系統和文獻[6]系統匹配性能較差，綜合分析3種系統匹配性能，本文系統具有最佳匹配性能。

圖4 車輛方案匹配結果

驗證系統對最佳匹配方案評估能力，選取最佳匹配列表內10組方案，分別使用3種系統對該10組方案進行評估，評估結果如表2所示。

分析表2可知，本文系統對10組方案的量化評分僅有一組與實際評分有出入，剩余9組方案的量化評分均與實際評分相同，準確率高達90 %，而文獻[5]系統與文獻[6]系統對10組方案的量化評分與實際評分均出入較大，其中文獻[5]系統評估錯誤次數為3次，文獻[6]系統評估錯誤次數為2次，二者的評估準確率分別為70 %和80 %，綜合分析，本文系統評估準確率最高。

表2 3種系統對10組方案量化評分結果

以加速比作為驗證系統運行性能指標，驗證3種系統并行化性能與效果，結果如圖5所示。

分析圖5可知，隨著系統運行時間的增加，加速比曲線呈現先上升后保持平穩的狀態，對比三種系統加速比曲線，文獻[5]系統和文獻[6]系統的加速比曲線波動較大且加速比數值較低，當系統運行時間為8 s后，二者加速比曲線方保持相對平穩狀態，而本文系統在運行時間為6 s時，加速比曲線已保持平穩狀態，且無波動，由此可知，本文系統具有較高并行化性能與效果。

圖5 3種系統加速比曲線

車輛事故發生時，救援時間分秒必爭，因此系統評估分析救援方案可行性的時間非常重要，統計利用3種系統分析10組救援方案可行性的耗時，結果如圖6所示。

圖6 三種系統分析方案可行性耗時結果

分析圖6可知，文獻[5]系統和文獻[6]系統的方案可行性分析耗時曲線波動較大，最高耗時分別為14 s和16 s，而本文系統分析耗時最高為8 s，且分析耗時曲線幾乎無波動狀態，由此可見，本文系統的救援方案可行性分析耗時最短，分析穩定性能最好。

良好的應急救援方案可行性分析系統可通過選取最佳應急救援方案在最短的時間內挽救更多的貨物，因此選取貨物損失降低率作為評估三種系統的應用后的指標，統計5次車輛救援方案可行性分析后，車輛的貨物損失降低率，結果如圖7所示。

圖7 3種系統應用后的貨物損失降低率

分析圖7可知，三種系統應用后，均可有效降低車輛的貨物損失情況，本文系統、文獻[5]系統和文獻[6]系統應用后的貨物損失降低率均值分別為20.2 %和17.5 %、14.8 %，由此可知，本文系統應用后可有效分析出最佳應急救援方案，便于車輛事故應急專項部門在第一時間最大程度協調各部門展開救援，避免更多貨物的損失。

3 結論

本文依據車輛突發事故環境下應急救援需求，設計了由突發事件管理、智能救援方案管理、用戶信息管理、基礎數據管理四個模塊組成的車輛突發事故環境下應急救援方案可行性分析系統，利用數據包絡分析法的經典模型對急救援方案展開可行性分析。實驗結果表明：本文系統匹配車輛方案的跳轉比始終保持在95 %左右，匹配性能強；加速比曲線在運行時間為6 s時，開始保持平穩且無波動狀態，并行化性能好等。