智慧高速應急能力評價體系研究*

王長華 張 煜 陶 杰 鄭于海 李 保

（浙江省機電設計研究院有限公司 杭州 310051）

1 引言

根據2020年8月交通運輸部發布的《關于推動交通運輸領域新型基礎設施建設的指導意見》，為加快建設交通強國的目標，通過結合云計算、大數據、人工智能、物聯網等技術，對機電設備改造升級和云邊端協同控制管理來實現公路基礎設施的智慧化，逐步完成智慧公路的建設。智慧高速公路的基礎和本質依然是高速公路［1］，高速公路事件具有嚴重程度較大、易形成道路擁堵和救援難度高等特點，因此提升高速公路的事件監測分析和救援疏散能力對于高速公路的服務能力有著不可低估的價值。

近年來，許多專家學者在高速公路應急管理工作有許多的研究進展，如郭海燕提出了基于灰色系統理論的高速公路應急能力的多層次灰色綜合評價模型［2］，于德新等［3］提出在施工環境下采用粒子群規劃法優化高速公路應急車輛資源配置，曹夢迪等［4］對高速公路分流區與合流區的事故影響因素采用NB 模型進行分析，陳玲玲等［5］圍繞事故發生后人員、物資和車輛的救援響應能力建立安全應急響應水平和評價等級模型，Li 等［6］量化分析了協同自適應巡航控制系統參數對高速追尾事故的影響。

本文對智慧高速公路場景下應急救援能力進行探討，以高速公路應急能力分析為切入點，確立了應急救援能力的關鍵評價指標，新的評價體系結合了當前智慧高速應用的技術及其管理平臺的業務能力，并給出了不同層級指標權重的計算方法，達到量化應急救援能力的目的。

2 應急救援能力分析

建立應急能力的評價體系直接目的是為了對應急救援管理情況進行總結分析，另外從長遠的角度上，應急管理是為了提升高速公路的服務能力，減少事故發生、降低事故造成的財產損失、減少人員傷亡等負面影響。因此對于不同類型的事件都可以按“事前、事發、事中、事后”四個階段［7］拆分，同時結合軟硬件技術來考慮如何提升高速公路的應急能力。

2.1 事前階段

事前階段主要對可能發生的突發事件進行預防、準備和環境監測，以完善應急相關法規制度、確定各部門機構的職責范圍為基礎，對可能發生的突發事件進行歸類整理，確定協作部門和協作單位，再根據事件的等級估算所需要的人員、車輛、設備、資金等資源規模。確定資源配置后，針對各類型事件制定不同的應急預案，應急中心內部定期組織人員開展應急培訓與救援演練，同時與交警、消防、醫院等協作單位建立高效的協作溝通方式，以及對外信息發布的能力。除此之外，還需要對高速公路的各類資源定期進行隱患排查，確保道路、設施、設備、救助物資的完備、完好，尤其是接入IoT 設備管理平臺具備環境感知能力的視頻監控設備、氣象檢測設備、能見度檢測設備、橋梁監測設備以及平臺接入的氣象數據和“兩客一危”車輛數據等。

2.2 事發階段

通過事前階段對道路監測設備的配置與智慧高速管理系統平臺的部署，實現道路檢測與感知預警，幫助應急管理部門提高事發階段的處理能力，使得在一些突發事件發生時，利用監測數據或視頻監控圖像及時地確定事發地點，了解事發區域的事件規模和上下游路況等，快速進行應急響應狀態，管理人員給出處置決策并通過智慧高速管理平臺下發應急處置預案，調度相關部門、車輛、物資等資源，并通過系統平臺實現設備的控制。

2.3 事中階段

事中階段是事件處理的關鍵階段，資源調度分配的及時性與合理性、各部門協作的效率都會直接影響事件的處置效率。根據事件類型和事件等級應急管理中心按需調度道路搶修、路政、養護、施救等相關部門，對事故現場迅速警戒并實施救援。通過平臺采集的交通數據結合深度學習算法計算得出事發區域上下游的流量態勢和仿真推演，推薦可行、高效的資源調度方案，提高應急救援效率。

2.4 事后階段

事后階段的是實現業務閉環、推動應急能力和管理能力提升的關鍵之處。事后階段的歸檔總結不容忽視，可以從組織、人員、設施、設備、救援物資五個維度考慮，按事故的全過程分析各維度的完備性、準確性、及時性、高效性，應急管理人員根據專家的評價情況調整預案和對應資源的配置方式。通過建立指標體系，量化評價指標，為應急能力評價提供有效依據。

3 應急能力評價體系構建

3.1 確定評價指標

結合層次分析法將指標集設為四個準則層為一級指標，如表1 所示，二級指標即評價因素，較為全面地給出了應急過程可能涉及到的評價維度，實際應用過程中，可以根據應急事件類型和業務情況進行選擇。

表1 應急評價指標

為了最終將高速公路應急管理提升落實到具體任務，建議將二級指標以對象為基本單位拆分形成三級指標，例如資源配置合理性中可以從應急指揮人員、應急救援人員、應急資金、救援車輛、物資運輸車輛、搶修車輛、環境檢測設備、行為檢測設備、信息發布設備等資源對象考慮。

3.2 指標權重計算

本文采用基于層次分析法改進的G1 法［8］計算主觀權重，其計算上簡化了構建成對比較矩陣和一致性校驗的過程，而且在指標發生變化時，權重值仍具有適用性和保序性。另外，為了提高評分結果的魯棒性，本文結合變異系數理論給出客觀權重，采用權重組合計算法。第一步，根據指標的相對重要程度確定指標體系中指標之間的序關系。

第二步，計算相鄰指標重要程度rk的取值方法，可參照表2。

表2 相鄰指標重要程度

第三步，結合rk計算得出各指標的權重值。計算公式如下：

3.3 評分計算

在群體決策過程中，Zadeh 提出了最早用于模糊語言信息的模糊集［9］概念，將語言中的詞或句子轉換為精確的數值，量化了決策分析結果。隨后有學者對其擴展，提出了直覺模糊集、2-型模糊集和模糊多集等概念［10～12］，以適用于不同情形下的模糊評價。在實際工作當中，由于不同專家專注的業務不同，能夠進行評價的指標存在差異，或管理者僅能夠對涉及某個部門的指標進行評價，使得收集到的評分結果可能數據不完全且不能直接計算，因此本文提出改進的猶豫模糊集簡化評分的計算過程。

Xia 和Xu 總結給出了猶豫模糊集HFS 的表達公式［13］，公式如下：

其中，集合hA( )x表示為元素x屬于集合A 的所有可能的隸屬度集合，集合中元素個數大于等于1，其取值也均為[0,1]之間的實數，將hA( )x稱為一個猶豫模糊元素，是猶豫模糊集的基本單位。根據上述猶豫模糊集的定義，本文給出適用于計算評價指標的猶豫模糊集。

算法流程步驟如下：

Step1 由專家根據表2 給出各個指標的重要程度排序。

Step2 根據式（1）和式（2），計算得出一級指標的權重。

Step3 根據式（3）～（6），計算得出二級指標或三級指標的權重。

Step4 整合補齊專家給出的評分，形成猶豫模糊集。

Step5 根據式（8）得出每個一級指標的評分，根據式（9）計算得出最終的應急能力評分。

4 實例分析

例如在某應急管理中心對一次火災事件應急進行了評價，該管理中心人員選擇4 個一級指標和15 個二級指標作為火災事件應急能力的評價指標，并由多個專家給出了各指標的評分結果，通過整合補充形成了表3的評分集。

表3 專家評價結果

專家們根據經驗對每個指標的序關系進行確定，通過式（1）和式（2）計算得出一級指標權重，根據式（3）～（6）得出二級指標的主觀權重和客觀權重并得出最終的二級指標權重和各指標的評分結果，數值均保留三位小數計算結果如表4所示。

根據二級指標的評分結果，結合式（8）和式（9）計算得出該火災事件的應急能力的最終評分為8.259，如表5 所示。從表中可以看出，一級指標的前期基礎準備E1評分最低，結合表4可知二級指標e12和e14的評分相對較低，因此管理人員應當加強預案配置的完善性，增加應急培訓與演練次數從而提高應急救援水平。

表4 評價指標權重計算

表5 評價計算結果

5 結語

提升高速公路的應急救援能力，降低事故災害等突發事件對生命和財產損害，是高速公路運營管理的重要任務。通過結合當前智慧高速的運營情況，分析得出應急能力評價模型以及多級指標權重的計算方法，利用猶豫模糊集簡化評分的計算過程，實現應急能力的量化分析。隨著人工智能、車路協調等技術的不斷完善，智慧高速的管理方式和應急能力也將會有更深一步的探討和研究。