朱興林，溫喜梅，劉泓君

(新疆農業(yè)大學 交通與物流工程學院，新疆 烏魯木齊 830052)

2017年末，我國高速公路總里程13.65萬km，總里程數(shù)居世界第一，高速公路網(wǎng)的基本骨架已初步形成，但由于交通運營管理措施相對滯后，尤其是針對高速公路突發(fā)事件處置的應急措施不及時、不規(guī)范，往往造成無法彌補的巨大損失。據(jù)統(tǒng)計，我國道路交通事故中有60%的重傷員是由于未及時得到有效救護而死亡，只有15%的傷員是乘坐救護車就醫(yī)[1]。如何科學、合理、有效地調配應急資源已成為高速公路突發(fā)事件應急管理的關鍵。

國內外專家為高速公路應急資源調度做了大量工作，且研究廣泛。國外F.WEX等人為減少響應階段的人員傷亡和經(jīng)濟損失，研究開發(fā)了相應的決策支持模型，從而有效地合理安排救援點[2]；I.SUNG等人針對單一的應急資源點，考慮在資源有限時如何分配獲得最大救助數(shù)量，包括涉及資源分配和路徑規(guī)劃[3]。盡管以上研究已考慮到多個物資分發(fā)點的情況，但仍然僅限于緊急情況下對單一物資的需求；C. LIU等人基于Petri網(wǎng)考慮應急資源約束和應急響應過程的不確定性周期進行建模與分析[4]。

目前，國內高速公路應急資源調配模型研究主要集中在模糊評價、多目標規(guī)劃及響應等方面。姚廣洲采用模糊綜合評價法，建立了在應急時間緊迫性約束條件下，單一應急點和多個救援點的聯(lián)合救援調配模型[5]；潘郁等人考慮了應急資源連續(xù)性消耗等問題，構建了多目標應急資源配置的數(shù)學模型[6]；杜克等人在分析高速公路應急響應系統(tǒng)不足的基礎上，提出了應急資源優(yōu)先分配調度的單一事故分配模型和應急資源動態(tài)調度的最短時間響應分配模型，并給出了公路應急資源動態(tài)調度算法的實現(xiàn)步驟[7]；黃德琦研究了應急資源優(yōu)化配置策略，使用交通事故風險評估的結果對救援目標進行排序，并給出了相應的應急資源分配算法[8]；柴干等人研究了高速公路事故的隨機性，確定救援服務水平和事故概率的權重[9]。由此可知，采用模糊綜合評價法需要確定主觀評價指標，一旦發(fā)生突發(fā)交通事件后，評估的指標將持續(xù)隨機變化，主觀權重一旦確定就無法改變，將導致研究失去客觀性。因此，本文擬采用熵權-理想點(TOPSIS)方法構建高速公路突發(fā)交通事件應急資源調配模型，引入熵權法確定指標權重，再根據(jù)理想點法的基本原理獲得應急資源調配的最優(yōu)方案。

1 高速公路突發(fā)交通事件應急資源調配的基本思路

交通突發(fā)事件是指導致道路通行能力下降或交通需求異常增高的偶發(fā)性事件，如車輛交通事故、惡劣天氣、車輛拋錨、貨物散落、道路建設維修等，是影響我國高速公路安全運營的重要因素[5]。一旦發(fā)生交通突發(fā)事件，相關部門需將事故點周圍各個出救點的應急資源在有限時間內快速調度到目標點。由于出救點位置及目標點的分散性，各種應急資源儲備和需求的差異性，如何選擇最短的應急資源運輸路徑，并在突發(fā)交通事件后的很短時間內優(yōu)化應急資源的類型和數(shù)量是資源優(yōu)化調配的關鍵所在。本文考慮多個應急資源點到單個目標點的資源優(yōu)化分配問題，對單一目標點而言，最理想的結果是出救點的資源可以滿足目標點的及時性和資源要求。如果出救點的資源不能滿足目標點的需要，則需要提取出救點的第二點資源，而不是同時抽取多個出救點資源。如果不了解目標點的資源需求并占用多個出救點資源，將會導致資源浪費。此外，在突發(fā)交通事故后，可能會有多個事故點在資源有限的情況下，無法保證其他目標點的資源需求。因此，在多事故點前提下，為應對某一目標點的資源需求，需要考慮多個出救點的出救排序優(yōu)先問題。

2 基于熵值-理想點法的應急資源調配模型建立

本文構建的應急資源調配模型主要是多個出救點針對某一目標點而言，每個出救點都有若干個綜合評價指標。對于單一目標點而言，這些多個評價指標可用于評估出救點優(yōu)劣，傳統(tǒng)的評價方法無法評估出救點的優(yōu)勢和劣勢。本文采用的理想點法(TOPSIS法)能夠同時針對多個目標和指標進行綜合評估，是理想目標相似度的順序選擇技術，是多目標決策分析中非常有效的方法。通過歸一化數(shù)據(jù)和矩陣，找出多個目標中的最優(yōu)目標和最差目標，分別計算每個評估目標與理想解和負理想解之間的距離，得到各目標的接近程度和理想解。理想解接近度的大小用作評估目標優(yōu)缺點的基礎，接近度值在0～1之間：值越接近1，相應的評估目標越接近最佳水平；相反，越接近0，評估目標越接近最差水平?；陟貦?理想點法構建高速公路突發(fā)交通事件應急資源調配模型的步驟如下。

2.1 原始數(shù)據(jù)的標準化

遇到多目標最優(yōu)化問題時，通常有m個評價對象D1，D2，…,Dm，每個評價對象有n個評價指標X1，X2，…Xn。首先邀請專家對評價指標進行打分，然后將打分結果表示成數(shù)學矩陣形式，建立以下特征矩陣

[X1(x1)，X2(x2)，…，xn(xm)].

(1)

理想點法進行評價時，要求所有指標變化方向一致(即所謂同趨勢)，將高優(yōu)指標轉化為低優(yōu)指標，或將低優(yōu)指標轉化為高優(yōu)指標，通常采用后一種方式。轉化方法常用倒數(shù)法，即令原始數(shù)據(jù)中低優(yōu)指標xij(i=1,2,…,m；j=1,2,…n)，通過=1/xij將其轉換為高優(yōu)指標，然后建立相同趨勢后的原始數(shù)據(jù)表，對同趨勢后的原始數(shù)據(jù)矩陣進行歸一化，建立相應的標準化決策矩陣，其指標轉換公式為

(2)

(3)

對特征矩陣進行歸一化，獲得歸一化向量，并建立關于歸一化向量的歸一化矩陣

(4)

2.2 計算評價指標的權重

熵權法是在客觀條件下，由評價指標值構成的判斷矩陣來確定指標權重的一種方法，它能盡量消除各因素權重的主觀性，使評價結果更符合實際。根據(jù)熵的定義，m個評價對象n個評價指標，其評價指標的熵為

3.4 數(shù)據(jù)實時監(jiān)測 為實現(xiàn)對昆蟲生境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，昆蟲生境移動監(jiān)測軟件獲取并顯示數(shù)據(jù)的速度必須滿足實時性要求。通過多次測試，從開始上傳昆蟲生境數(shù)據(jù)，一直到軟件將數(shù)據(jù)顯示出來的平均時間約為0.8 s。效果見圖6。

(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n).

(5)

其中

(6)

計算評價指標的熵權

W=(wj)1×n.

(7)

其中

(8)

2.3 構造加權矩陣

建立關于權重規(guī)范化值的矩陣V=(vij)m×n，其中

vij=wjrij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n).

(9)

2.4 確定正負理想點集及距離

正負理想點集既可人為設定，也可從各測評對象的指標數(shù)據(jù)中選取。

1)正理想點集

A+(maxivij|j∈J1),(mini|j∈J2),

(10)

2)負理想點集

A-(minivij|j∈J1),(maxi|j∈J2),

(11)

計算距離尺度，即計算每個評價對象到理想點集和負理想點集的距離，距離尺度可通過n維歐氏距離來計算。各評價對象到正理想點集的距離為S+，到負理想點集的距離為S-。

(12)

(i=1,2,…,m).

2.5 計算理想點集的貼近度

計算各評價對象與理想點集的接近程度

(13)

Ci在0～1之間取值，Ci愈接近1，表示該評價對象越接近最優(yōu)水平；反之，愈接近0，表示該評價對象越接近最劣水平。

3 實例分析

以新疆部分高速公路網(wǎng)為實際算例，圖1所示為路網(wǎng)中事故發(fā)生點與周圍應急資源配置點之間抽象關系示意圖，應急資源配置點分別以P1，P2，P3，P4表示，事故發(fā)生點分別以S1，S2，S3表示。已知S3處發(fā)生了交通事故，為了進行緊急救援，需要從附近的四個出救點P1～P4運輸資源。本文基于熵權-理想點法構建的應急資源調配模型評估四個救援點的優(yōu)先順序。

圖1 事故發(fā)生點與資源配置點之間的抽象關系示意圖

3.1 評價指標的確定

通過調研和專家訪談等方式，利用層次分析法(AHP法)[11-13]，考慮到時間和能力的限制，本文選擇救援隊伍的能力、資源保障水平、應急協(xié)調能力、運輸能力和醫(yī)療措施作為評價指標。首先，選擇熟悉道路運輸應急的五位專家，經(jīng)充分討論分析，利用評分方法對五個評價指標進行評分，然后取其平均值作為四個出救點針對各評價指標的評價值，即評價對象針對所有評價指標的原始數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 原始數(shù)據(jù)表

3.2 構建標準化矩陣，并對其規(guī)范化處理

將表1中打分結果表示成數(shù)學矩陣形式，并建立以下特征矩陣

3.3 計算各指標權重

熵權法是在客觀條件下，由評價指標值，即由特征矩陣D構成的判斷矩陣來確定指標權重，根據(jù)式(5)～式(8)，計算各指標權重wj，獲得權重向量W=(0.199，0.198，0.198，0.203，0.202)。

3.4 構造加權矩陣

由式(9)vij=wjrij獲得加權矩陣V=W·R。

3.5 確定理想點集和負理想點集

正負理想點集從各測評對象的指標數(shù)據(jù)中選取。根據(jù)以上加權矩陣V，結合式(10)～式(11)可獲得正負理想點集和。

3.6 計算接近度并對所有評價對象進行排序

根據(jù)式(12)計算每個評價對象到正負理想點集的距離S+和S-，并由式(13)獲得評價對象與理想點集的接近程度Ci，結果如表2所示。

表2 綜合評價結果表

由表2可以看出，接近度Ci由大到小的順序依次為：P1、P2、P4、P3，因此在實際的應急救援過程中，對于高速公路發(fā)生突發(fā)交通事故應該采取首先從P1出救點出救，其它出救點進行輔助的方案。如果P1出救點無法滿足突發(fā)事件應急救援需求時，則按照P2、P4、P3的出救點順序采取救援。另外，從權重向量W可以看出，高速公路緊急救援時各救援指標重要程度先后順序依次為：運輸能力、醫(yī)療措施、救援隊伍能力、應急協(xié)調能力和資源保障水平，而且每個救援指標的重量程度相差并不大，這與高速公路的實際情況一致。

因此，高速公路在建立應急救援點時，應該重點考慮的是應急救援點全部救援指標的整體提升問題，這對于高速公路突發(fā)事件應急救援有一定的指導意義。

4 結束語

本文構建了高速公路突發(fā)交通事件應急資源調配模型，采用熵權法確定了指標權重，規(guī)避了人為主觀因素，引入理想點法直觀確定了出救點的優(yōu)先順序，從而更為直觀評價應急資源調配。此外，該綜合評價模型能夠更好地滿足應急救援的時效性和需求性。

隨著我國公路交通運輸業(yè)快速發(fā)展，公路突發(fā)交通事件已經(jīng)成為制約運輸業(yè)發(fā)展的一個因素。目前，我國高速公路應急管理方面還存在救援設備落后、應急指揮和管理混亂、醫(yī)療條件不足等問題，因此，在有限的客觀條件下，優(yōu)化高速公路應急資源調配模型具有一定的現(xiàn)實意義，可為高速公路應急資源調配的優(yōu)化提供新思路。