城市道路緊急救援交通管控研究綜述

郭永濤，姚　佼

（1.江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212006；2.上海理工大學(xué)，上海 200093）

城市道路緊急救援交通管控研究綜述

郭永濤1，姚佼2

（1.江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212006；2.上海理工大學(xué)，上海 200093）

城市緊急救援事關(guān)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，須需對其出行進(jìn)行交通管理與控制，保證其優(yōu)先通行。文章在分析城市緊急救援定義的基礎(chǔ)上，從緊急救援交通管控思路及目標(biāo)演化、管控模型及其評價(jià)等方面對國內(nèi)外現(xiàn)有的研究進(jìn)行了歸納和總結(jié)，指出了現(xiàn)狀研究的不足，并進(jìn)一步指出與車路協(xié)同系統(tǒng)、車載數(shù)據(jù)的結(jié)合是其未來發(fā)展的方向。

緊急救援；交通管理與控制；管控模型；車路協(xié)同

1　概述

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城市功能的聚集、突發(fā)事件發(fā)生概率的提高和后果的不確定性，常規(guī)的以提高交通服務(wù)水平、緩解交通擁堵為目的的研究已無法滿足未來發(fā)展的需求，城市交通關(guān)注的重點(diǎn)將逐漸從大概率但危害程度相對較低的事件（如擁堵）向小概率但惡性程度高的事件（如突發(fā)災(zāi)害）轉(zhuǎn)移［1］。

緊急救援車輛是指救護(hù)車、消防車、執(zhí)勤警車、市政搶修車（電力、供水、交通）、工程搶險(xiǎn)車等正在執(zhí)行特殊緊急救援任務(wù)的車輛?，F(xiàn)實(shí)生活中，這些車輛因?yàn)閷ρ鼐€交通狀態(tài)缺乏有效的了解和掌握，無法機(jī)動靈活地調(diào)整行駛線路，加之傳統(tǒng)交通信息采集方式的空間局限性，沿線交叉口信號優(yōu)先控制策略無法對其及時(shí)響應(yīng)，常常使其淹沒在擁堵車流中，進(jìn)退維谷，無端消耗寶貴的緊急救援時(shí)間［2］。相關(guān)研究表明，自然或人為重大突發(fā)事件發(fā)生后，同樣傷勢的重傷人員，在30 min內(nèi)獲救，其生存率為80%，60 min和90 min內(nèi)獲救，其生存率分別僅為40%和10%［3］，為減少生命和財(cái)產(chǎn)損失，事發(fā)后需在救援機(jī)構(gòu)和出事地點(diǎn)之間及時(shí)動態(tài)規(guī)劃出一條“黃金生命線（Golden Life Line）”，并在沿線對救援車輛進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，設(shè)置合理的交通管控策略，使其盡可能無延誤通行，縮短行程時(shí)間［4］。然而，受制于傳統(tǒng)的交通信息采集方式，現(xiàn)有研究大多局限于單個(gè)交叉口檢測的感應(yīng)控制，無法發(fā)揮交通控制與誘導(dǎo)協(xié)同優(yōu)勢，且大多控制的目標(biāo)僅關(guān)注緊急救援交通的自身效率，對其帶來的交通安全問題和對背景社會交通的影響等缺乏統(tǒng)籌考慮。特別是交通問題日益嚴(yán)峻的大城市，緊急救援交通管控導(dǎo)致交通安全、交通擁堵問題愈發(fā)突出，先進(jìn)的城市交通管理與控制系統(tǒng)中，功能深化的緊急救援交通管控具有巨大意義。

2　城市緊急救援交通管控思路及目標(biāo)演化

2.1 城市緊急救援交通管控的思路

城市緊急救援交通管理與控制的研究始于20世紀(jì)70年代，Griffin［5］在Honey［6］研究的基礎(chǔ)上，以消防車救援為例，提出了緊急救援的過程應(yīng)包括緊急救援服務(wù)設(shè)施布局、緊急救援車輛調(diào)度、定位、路徑選擇和優(yōu)先控制等內(nèi)容。對緊急救援交通管控的研究以行程時(shí)間研究為開端，主要圍繞路徑尋優(yōu)和交叉口感應(yīng)控制以及兩者的組合展開，研究的整體脈絡(luò)如圖1所示。

圖1　緊急救援交通管控的研究脈絡(luò)

2.2 城市緊急救援交通管控的目標(biāo)演化

緊急救援管控和公交優(yōu)先控制有一定的橫向聯(lián)系性，早期研究將兩者歸為同類問題（priority and preemption），后來二者逐漸被區(qū)分開來，NTCIP 1202中將其定義為強(qiáng)制優(yōu)先（preemption），具備最高的優(yōu)先級［7］，緊急救援管控的目標(biāo)應(yīng)為緊急救援車輛在途行程時(shí)間最短。但隨著研究深入，Amalia Vrachnou（2003）的研究發(fā)現(xiàn)［8］緊急救援車輛在交叉口存在大量安全隱患，且事故嚴(yán)重程度較高。因此，對于緊急救援交通的管控也非絕對優(yōu)先，應(yīng)是在保證不產(chǎn)生次生交通事故的前提下的優(yōu)先。近年來，隨著城市交通擁擠的趨勢不斷加劇，在保證緊急救援通暢的前提下，盡可能降低其他社會交通的干擾和影響亦成為緊急救援交通管控的新要求［9］。

2.3 緊急救援交通與社會背景交通關(guān)系

Nelson和Bullock［10］研究指出影響緊急救援交通管控的主要因素包括交叉口幾何空間、社會車輛占用路網(wǎng)情況、信號過渡方案、優(yōu)先信號持續(xù)時(shí)間、交叉口每個(gè)信號周期內(nèi)可用的松弛時(shí)間等，特別是交叉口間交通狀態(tài)處于臨界過飽和狀態(tài)時(shí)，單純的利用信號優(yōu)先可能導(dǎo)致路網(wǎng)大范圍的死鎖，應(yīng)該考慮更高層次的管控策略，如路徑誘導(dǎo)避開這些路段。

Casturi運(yùn)用元胞自動機(jī)對道路上緊急救援車輛與社會背景車輛的相互關(guān)系進(jìn)行建模仿真研究［11］，將緊急救援車輛看做移動瓶頸，選取平均延誤和最大延誤為主要評價(jià)指標(biāo)，分析了不同流量水平下信號優(yōu)先對應(yīng)急車輛與社會車輛的影響。

3　城市緊急救援交通管控模型

緊急救援交通管控模型的研究主要圍繞緊急救援車輛路徑尋優(yōu)、交叉口感應(yīng)控制及兩者的組合展開。

路徑尋優(yōu)方面，朱茵等對經(jīng)典的Dijkstra算法改進(jìn)即緊急救援交通的離線路徑尋優(yōu)［12］；劉楊進(jìn)一步考慮了可靠性、安全性、道路條件限制的影響，建立了多目標(biāo)的緊急救援交通路徑選擇模型［13］；何勝學(xué)應(yīng)用博弈論在路徑尋優(yōu)過程中加入了對背景交通的考慮［14］。這些研究從不同角度推動了緊急救援車輛路徑選擇的發(fā)展，但受制于固定檢測器有限的數(shù)據(jù)采集信息，大都為離線方案，對于實(shí)時(shí)交通狀態(tài)以及交通控制方案運(yùn)行狀態(tài)的考慮尚需深入研究。

緊急救援交通的交叉口感應(yīng)控制，主要是借鑒公路鐵路交叉口優(yōu)先、公交優(yōu)先控制的相關(guān)研究［10，15］，由固定檢測器的感應(yīng)激活相位，通過綠燈延長、紅燈早斷、插入緊急救援專用相位、跳相等予以放行，并將路段匯入與路口綜合進(jìn)行考慮［16］。但對控制策略的恢復(fù)和減少對社會背景交通的影響缺乏深入研究。

目前路徑結(jié)合信號的優(yōu)先控制策略是日本研發(fā)的FAST系統(tǒng)。其核心是基于路徑的應(yīng)急車輛動態(tài)優(yōu)先信號策略，為執(zhí)行應(yīng)急任務(wù)的應(yīng)急車輛提供安全快捷、途中受干擾較少的行車環(huán)境，從而減少行程時(shí)間［17，18］。針對城市擁擠路網(wǎng)，黃瑋［9］等的研究在交叉口感應(yīng)控制中加入了出行路徑的考慮，據(jù)此預(yù)測沿途緊急救援到達(dá)，研究相關(guān)交叉口的排隊(duì)快速消散。但限于現(xiàn)有的感應(yīng)檢測方式，出行路徑大多為離線確定，對于實(shí)時(shí)交通狀態(tài)無法及時(shí)響應(yīng)。如何基于緊急救援車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，將其視為移動瓶頸，通過實(shí)時(shí)路徑選擇與交叉口感應(yīng)控制進(jìn)行互動，有待進(jìn)一步深入研究。

4　城市緊急救援交通管控的評價(jià)

目前緊急救援交通管控的評價(jià)主要集中在效率和安全性及兩者的結(jié)合上。

關(guān)于效率的評價(jià)，Bullock的研究表明應(yīng)急信號的設(shè)置對社會車流產(chǎn)生的影響并不是很大，造成的社會車輛行程時(shí)間增加幅度約為1%～2%，這主要因?yàn)槠渖鐣嚵餍枨笏竭m中。從而也表明，控制適量的社會車流能確保交叉口在執(zhí)行應(yīng)急優(yōu)先信號過程中不發(fā)生過飽和現(xiàn)象［19］。

關(guān)于安全性的評價(jià)，Amalia Vrachnou對重大事故報(bào)告系統(tǒng)（FARS）中1997-2001年5年數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明大約有31%的緊急救援車輛沖突發(fā)生在信號控制交叉口［8］；并且對比路段上的沖突事故，發(fā)生在交叉口的沖突事故嚴(yán)重程度要高很多。Chuck Louisel的研究表明通過優(yōu)先信號設(shè)置可減少沖突數(shù)目，提高應(yīng)急車輛出行安全性，并通過北佛吉尼亞的案例進(jìn)行了驗(yàn)證［20］。

5　現(xiàn)狀研究存在的不足

城市緊急救援交通的管控雖取得了諸多有意義的成果，但仍存在以下主要問題：

（1）路徑優(yōu)化大多處于離線狀態(tài)，無法根據(jù)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整；

（2）控制策略的制定亦受制于固定地點(diǎn)檢測方式，大多局限于單個(gè)交叉口，且無法實(shí)現(xiàn)交通控制機(jī)與緊急救援車輛狀態(tài)的實(shí)時(shí)動態(tài)交互，易造成誤差積累，影響控制效果；

（3）目前大多數(shù)城市交通管控模型研究都屬于被動的響應(yīng)模式，缺乏主動的優(yōu)先管控思路；

（4）受制于現(xiàn)有固定地點(diǎn)的線圈、視頻等檢測裝置，檢測與響應(yīng)存在時(shí)間差，無法及時(shí)處理該段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的緊急狀況。

6　結(jié)論

本研究對國內(nèi)外城市緊急救援管控的思路、目標(biāo)演化、模型、評價(jià)進(jìn)行了介紹，指出了現(xiàn)狀存在的問題和不足。隨著國內(nèi)外車路協(xié)同系統(tǒng)的推廣和普及應(yīng)用，全時(shí)空交通狀態(tài)的獲取成為可能。未來城市緊急救援交通管理與控制的研究方向可能會聚焦在以下幾方面：

（1）面向緊急救援交通管控的車載數(shù)據(jù)特征快速辨識提取與融合。全時(shí)空的車載數(shù)據(jù)很容易使交通管理者陷入“數(shù)據(jù)海洋”，甚至是“數(shù)據(jù)災(zāi)難”，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，快速辨識和提取與緊急救援交通管控有關(guān)的重要信息，實(shí)現(xiàn)“大海撈針”，并與傳統(tǒng)的檢測器數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)有效融合，還有待進(jìn)一步研究。

（2）基于車載數(shù)據(jù)的緊急救援多目標(biāo)管控研究。以往的研究更多地關(guān)注緊急救援本身的通暢性，而對其可能產(chǎn)生的安全隱患和對路網(wǎng)社會交通的影響范圍缺乏系統(tǒng)深入的研究，車載數(shù)據(jù)的獲取，緊急救援交通管控的精細(xì)化處理，使得這些目標(biāo)的考慮成為可能。

（3）基于車載數(shù)據(jù)的緊急救援主動管控研究。緊急救援車輛、社會車輛實(shí)時(shí)狀態(tài)信息的獲取，其管控模型不再只能被動的適應(yīng)，通過對狀態(tài)跟蹤，主動調(diào)節(jié)車流、緊急救援車輛車速、交通信號等都成為可能。

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［20］Chuck Louisel，John Collura. A Framework for Evaluation of Preferential Treatment of Emergency and Transit Vehicles at Signalized Intersection ［C］∥ ITSVA Annual Meeting，June 2002.

Literature Review on Traffic Management and Control for Urban Road Emergency Rescue

Guo Yongtao1， Yao Jiao2
（1. Jiangsu Jiaotong College， Zhenjiang 212006， China; 2. University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Emergency rescue is related to lives and properties intensively， so it' s important to give it priority of right-of-way via traffic management and control. In this paper， definition of emergency rescue was first analyzed， then research at home and abroad on management and control strategy， model and evaluation were summarized respectively， moreover， drawbacks of research in this area were pointed out， and finally the future direction of research in this area is proposed which is the integration of vehicleroad cooperative system and on-road data.

emergency rescue; traffic management and control; management and control model; vehicle-road cooperative

U491.1+2

A

1672–9889（2015）05–0067–03

郭永濤（1981-），男，黑龍江五大連池人，講師，主要從事智能交通、電氣自動化的研究和教學(xué)工作。

（2015-02-12）