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(fù)雜的車輛行駛環(huán)境[1-3]，相關(guān)救援人員不但需充分掌握救援現(xiàn)場情況，還需具有強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)決策能力，受救援人員意識等多種因素影響[4]，無法科學(xué)合理地實(shí)施救援行動(dòng)，因此，需要一套科學(xué)合理的應(yīng)急救援方案。面對此類情況，楊楓等人和湯亮等人分別設(shè)計(jì)城市突發(fā)事件中基于事故演變的救援需求決策系統(tǒng)[5]和基于WebGIS的事故應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)[6]，這兩種系統(tǒng)雖然在實(shí)際應(yīng)用上已經(jīng)取得一定成果，但救援決策耗時(shí)較長，且準(zhǔn)確度較低。

因此，本文設(shè)計(jì)車輛突發(fā)事故環(huán)境下應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)，為車輛事故提供精準(zhǔn)應(yīng)急救援方案。

1 車輛突發(fā)事故環(huán)境下應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本文系統(tǒng)依據(jù)車輛應(yīng)急事故救援需求，將系統(tǒng)劃分為突發(fā)事件管理、智能救援方案管理、用戶信息管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理四個(gè)模塊，分別負(fù)責(zé)輸入車輛突發(fā)事故相關(guān)數(shù)據(jù)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(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等功能，系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如表1所示。

應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)具體功能如下：

1）突發(fā)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(fù)責(zé)接收車輛事故基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，依據(jù)該事故級別與響應(yīng)所需數(shù)據(jù)生成信息并接收數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[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(jié)構(gòu)化車輛事故基本信息。信息管理模塊負(fù)責(zé)對車輛事故基本信息實(shí)施維護(hù)與管理，方便用戶隨時(shí)查詢。

2）智能救援方案管理。該模塊是本文系統(tǒng)的核心功能模塊，主要由方案編制、方案生成與實(shí)施、方案評估與提升、方案管理組成。方案編制模塊負(fù)責(zé)對可能發(fā)生的車輛事故進(jìn)行預(yù)先備案與規(guī)劃[8]，利用方案處理流程和引發(fā)車輛事故的先決條件，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)方案信息保存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以備車輛事故發(fā)生時(shí)隨時(shí)調(diào)用。方案生成與實(shí)施模塊則負(fù)責(zé)車輛事故突發(fā)時(shí)調(diào)用緊急救援方案，形成處理方法。方案評估與提升模塊負(fù)責(zé)評估車輛突發(fā)事件應(yīng)急救援方案，并對該方案進(jìn)行提升與改進(jìn)。方案管理模塊負(fù)責(zé)管理方案庫內(nèi)各個(gè)方案數(shù)據(jù)。

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

4）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊。該模塊由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與日志管理兩個(gè)模塊組成，主要負(fù)責(zé)維護(hù)系統(tǒng)安全，記錄系統(tǒng)日志等功能。

應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)通過上述四個(gè)模塊完成車輛突發(fā)事故方案制定、急救援方案可行性分析、和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等內(nèi)容。

1.2 方案匹配流程與方法

當(dāng)車輛事故突發(fā)時(shí)，相關(guān)信息數(shù)據(jù)輸入到應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)中，可獲取車輛事故類型與相對應(yīng)的編碼，依據(jù)車輛事故屬性級別對其進(jìn)行評估，建立車輛事故初始構(gòu)造框架[9,10]，查詢事故數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)并互相匹配，調(diào)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(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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(jī)，推理匹配機(jī)推理過程如下：

第一步：獲取初始框架的中槽與側(cè)面屬性，依據(jù)初始框架的中槽與側(cè)面屬性判斷車輛突發(fā)事故類型和級別，讀取數(shù)據(jù)庫內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)并匹配方案。

第二步：當(dāng)方案匹配成功后，依據(jù)方案相似情況輸出目標(biāo)框架列表，為工作人員提供與車輛突發(fā)事故相關(guān)方案，進(jìn)行下一步。當(dāng)方案未匹配成功，推斷當(dāng)前車輛突發(fā)事故是否為根層次因素，更新當(dāng)前框架或建立新框架，若車輛突發(fā)事故為第二層或第三層，返回上一個(gè)框架對其進(jìn)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(jī)將推斷該車輛突發(fā)事故是否達(dá)到第三層，若是，則就當(dāng)前框架進(jìn)行更新或重建，反之進(jìn)入下一層框架返回第一步重新開始。

1.3 車輛應(yīng)急救援方案可行性分析

1.3.1 選取評估指標(biāo)

為預(yù)防與控制車輛行駛過程中突發(fā)的各類事故，車輛相關(guān)職能部門辨別和評估潛在危險(xiǎn)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(yīng)急方案。本文系統(tǒng)在時(shí)效性、可操作性、完備性等三個(gè)方面建立車輛應(yīng)急救援方案評估指標(biāo)體系，對車輛救援方案進(jìn)行可行性分析。表1表示車輛應(yīng)急救援方案評估指標(biāo)體系。

表1 車輛應(yīng)急救援方案評估指標(biāo)體系

1.3.2 構(gòu)建車輛突發(fā)事故評價(jià)模型

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法的經(jīng)典模型為C2R模型[12]，本文依據(jù)車輛突發(fā)事故評價(jià)指標(biāo)建立C2R模型，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援方案可行性分析。

假設(shè)3種應(yīng)急救援方案指標(biāo)越大越好，分析3種應(yīng)急救援方案指標(biāo)，其中人員救治時(shí)效、調(diào)度指揮速度、恢復(fù)車輛行駛速度、物資裝備類型、車輛突發(fā)事故風(fēng)險(xiǎn)等級響應(yīng)速度均可作為輸出指標(biāo)，分別由B1、B2、B3、B4、B5表示，將交通管制、物資調(diào)配、明確信息獲取途徑、現(xiàn)場搶險(xiǎn)作為輸入指標(biāo)，該指標(biāo)越小越好，分別由A1、A2、A3、A4表示。建立車輛應(yīng)急救援方案分析模型，如圖3所示。

圖3中，第i個(gè)類型的輸入權(quán)重度量由vi表示，i= 1,2,3,4；第j個(gè)類型的輸出權(quán)重度量由uj表示，i= 1,2,3,4,5。

圖3 車輛應(yīng)急救援方案分析模型

以向量形式表達(dá)分式規(guī)劃形式，表達(dá)形式如下：

將DMUj0的效率評價(jià)指數(shù)為目標(biāo)，綜合考慮第j0個(gè)決策單元DMUj0的效率評價(jià)問題，所有決策單元內(nèi)包含DMUj0，其中， 1 ≤j0≤ 3，將所有決策單元的效率指數(shù)為約束[13]，建立模型的分式規(guī)劃形式。DMUj0的效率評價(jià)指數(shù)計(jì)算公式如下：

決策單元的效率指數(shù)計(jì)算公式如下：

在公式（5）和公式（6）中，表示權(quán)向量，二者都是待定的，且每個(gè)分量均為非負(fù)數(shù)，即u≥ 0，v≥ 0，C2R則所構(gòu)建的模型分式規(guī)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(guī)劃轉(zhuǎn)換為線性規(guī)劃模型。假設(shè)：，線性規(guī)劃模型表達(dá)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(guī)劃性質(zhì)，利用松弛變量S?與剩余變量S+驗(yàn)證數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法有效性能[14]，規(guī)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(gòu)造的有效決策單元的第j個(gè)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(dāng)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(shù)值均為0時(shí)，所輸出的車輛應(yīng)急救援方案為最佳方案；當(dāng)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(shù)值均不等于0時(shí)，表示所輸出的車輛應(yīng)急救援方案可行性稍低[15]；當(dāng)決策單元DMUj0的有效值小于1，表示所輸出的車輛應(yīng)急救援方案不具備可行性。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文系統(tǒng)實(shí)際使用性能，將本文系統(tǒng)運(yùn)用于道路交通事故專項(xiàng)應(yīng)急部門，以某車輛應(yīng)急救援事故為例。該系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境為處理器AMD Athlon(tm)II X2 250Processor 3.0GHz，內(nèi)存為4.0 GB，64位操作系統(tǒng)，瀏覽器IE8.0，數(shù)據(jù)庫為Oracle 9i。輸入指標(biāo)為：交通管制、物資調(diào)配、明確信息獲取途徑、現(xiàn)場搶險(xiǎn)；輸出指標(biāo)為：人員救治時(shí)效、調(diào)度指揮速度、恢復(fù)車輛行駛速度、物資裝備類型、車輛突發(fā)事故風(fēng)險(xiǎn)等級響應(yīng)速度；通過1-5之間整數(shù)對輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)實(shí)施量化，對應(yīng)關(guān)系分別為差、較差、一般、優(yōu)、最優(yōu)。

為了驗(yàn)證車輛突發(fā)事故情況下，應(yīng)急救援方案匹配性能，以實(shí)驗(yàn)條件內(nèi)的輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)作為匹配條件，以跳轉(zhuǎn)率作為衡量匹配性能指標(biāo)，分別使用本文系統(tǒng)，城市突發(fā)事件中基于事故演變的救援需求決策系統(tǒng)（文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)）和基于WebGIS的事故應(yīng)急救援指揮系統(tǒng)（文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)）對車輛突發(fā)事故方案進(jìn)行匹配，匹配結(jié)果如圖4所示。

分析圖4可知，隨著時(shí)間的增加，本文系統(tǒng)匹配車輛應(yīng)急方案的跳轉(zhuǎn)比始終保持平穩(wěn)狀態(tài)，且跳轉(zhuǎn)比一直保持在95 %左右，而文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)不僅跳轉(zhuǎn)比數(shù)值低于本文系統(tǒng)，且跳轉(zhuǎn)比曲線波動(dòng)較大，表明文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)匹配性能較差，綜合分析3種系統(tǒng)匹配性能，本文系統(tǒng)具有最佳匹配性能。

圖4 車輛方案匹配結(jié)果

驗(yàn)證系統(tǒng)對最佳匹配方案評估能力，選取最佳匹配列表內(nèi)10組方案，分別使用3種系統(tǒng)對該10組方案進(jìn)行評估，評估結(jié)果如表2所示。

分析表2可知，本文系統(tǒng)對10組方案的量化評分僅有一組與實(shí)際評分有出入，剩余9組方案的量化評分均與實(shí)際評分相同，準(zhǔn)確率高達(dá)90 %，而文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)與文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)對10組方案的量化評分與實(shí)際評分均出入較大，其中文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)評估錯(cuò)誤次數(shù)為3次，文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)評估錯(cuò)誤次數(shù)為2次，二者的評估準(zhǔn)確率分別為70 %和80 %，綜合分析，本文系統(tǒng)評估準(zhǔn)確率最高。

表2 3種系統(tǒng)對10組方案量化評分結(jié)果

以加速比作為驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行性能指標(biāo)，驗(yàn)證3種系統(tǒng)并行化性能與效果，結(jié)果如圖5所示。

分析圖5可知，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，加速比曲線呈現(xiàn)先上升后保持平穩(wěn)的狀態(tài)，對比三種系統(tǒng)加速比曲線，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的加速比曲線波動(dòng)較大且加速比數(shù)值較低，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為8 s后，二者加速比曲線方保持相對平穩(wěn)狀態(tài)，而本文系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)間為6 s時(shí)，加速比曲線已保持平穩(wěn)狀態(tài)，且無波動(dòng)，由此可知，本文系統(tǒng)具有較高并行化性能與效果。

圖5 3種系統(tǒng)加速比曲線

車輛事故發(fā)生時(shí)，救援時(shí)間分秒必爭，因此系統(tǒng)評估分析救援方案可行性的時(shí)間非常重要，統(tǒng)計(jì)利用3種系統(tǒng)分析10組救援方案可行性的耗時(shí)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 三種系統(tǒng)分析方案可行性耗時(shí)結(jié)果

分析圖6可知，文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)的方案可行性分析耗時(shí)曲線波動(dòng)較大，最高耗時(shí)分別為14 s和16 s，而本文系統(tǒng)分析耗時(shí)最高為8 s，且分析耗時(shí)曲線幾乎無波動(dòng)狀態(tài)，由此可見，本文系統(tǒng)的救援方案可行性分析耗時(shí)最短，分析穩(wěn)定性能最好。

良好的應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)可通過選取最佳應(yīng)急救援方案在最短的時(shí)間內(nèi)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(tǒng)的應(yīng)用后的指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)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(jié)果如圖7所示。

圖7 3種系統(tǒng)應(yīng)用后的貨物損失降低率

分析圖7可知，三種系統(tǒng)應(yīng)用后，均可有效降低車輛的貨物損失情況，本文系統(tǒng)、文獻(xiàn)[5]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)應(yīng)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(tǒng)應(yīng)用后可有效分析出最佳應(yīng)急救援方案，便于車輛事故應(yīng)急專項(xiàng)部門在第一時(shí)間最大程度協(xié)調(diào)各部門展開救援，避免更多貨物的損失。

3 結(jié)論

本文依據(jù)車輛突發(fā)事故環(huán)境下應(yīng)急救援需求，設(shè)計(jì)了由突發(fā)事件管理、智能救援方案管理、用戶信息管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理四個(gè)模塊組成的車輛突發(fā)事故環(huán)境下應(yīng)急救援方案可行性分析系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法的經(jīng)典模型對急救援方案展開可行性分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本文系統(tǒng)匹配車輛方案的跳轉(zhuǎn)比始終保持在95 %左右，匹配性能強(qiáng)；加速比曲線在運(yùn)行時(shí)間為6 s時(shí)，開始保持平穩(wěn)且無波動(dòng)狀態(tài)，并行化性能好等。