城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)

畢煦東 王川

摘 要：隨著交通擁擠、交通事故頻發(fā)，救援車輛作為特殊的公共交通面臨著比其他公共交通方式更加嚴峻的狀況。如何處理交通擁堵中的救援車輛問題將成為大城市發(fā)展的重要評價因素，因此建立一個“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”是十分必要的。本文將主要討論基于GPS技術(shù)，創(chuàng)建一個“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”，實現(xiàn)救援車輛的最佳出行路線的規(guī)劃問題，從而提高救援車輛的通行效率。在充分借鑒國際經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國各個大城市的具體情況，提出我國大城市應如何處理救護車輛和社會交通問題的建議，根據(jù)相應的專業(yè)知識，運用各種檢測技術(shù)，使救援車輛出行得以最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：救援車輛;GPS;出行規(guī)劃;優(yōu)先出行;車載導航

1 研究背景

交通作為城市的要素之一，在我國經(jīng)濟發(fā)展和居民生活中扮演著重要的角色。隨著交通的逐漸發(fā)展，產(chǎn)生了交通擁堵、交通安全等社會問題，通行效率也逐漸降低，有時甚至嚴重到影響居民的人身財產(chǎn)的安全[1]。

對于城市中的突發(fā)事件，救援車輛扮演著重要角色，消防車、救護車等救援車輛需要在第一時間到達時間發(fā)生地點實施救援，減少損失。例如火災損失與撲救延時時間兩者呈現(xiàn)出線性增函數(shù)關(guān)系[2]，即：

式中：

—火災損失值;

—火災發(fā)生直到撲救措施實施的時間;

—火災隨著時間發(fā)展造成的損失系數(shù);

—火災最長能夠持續(xù)的時間，即如果消防滅火行動不成功，可燃物燃盡而自滅的時間;

—消防不成功時的最大損失值。

根據(jù)以上函數(shù)可見應急車輛的快速到達，在應急服務(wù)中至關(guān)重要。

據(jù)報道：2012年年底某市發(fā)生了一起特殊的交通事故，一輛救護車恰逢交通高峰期轉(zhuǎn)送病人去醫(yī)院急救，導致原本10分鐘不到的路程最終花了40分鐘，患者因為時間的耽擱而不治身亡[3-4]。這一起社會事件引起了廣泛的關(guān)注，我們在哀悼逝者之余，意識到隨著城市化的發(fā)展，交通擁堵問題越發(fā)嚴重，城市中的救援車輛在車輛面對交通擁堵的情況時，該如何避免此類事件的再次發(fā)生，又該如何最大化行使自己的優(yōu)先通行權(quán)？因此我們開始思考能否建立一種專屬救援車輛的出行系統(tǒng)，一種既能夠為救援車輛規(guī)劃最佳出行路線，并使這條路線優(yōu)先化，同時在一定時間內(nèi)不被其他社會車輛車載導航系統(tǒng)所選擇，且具有控制某些特殊交通設(shè)備運行狀態(tài)的能力，在時間和空間上達到優(yōu)先的救援車輛出行的系統(tǒng)，并且還能規(guī)范和要求社會車輛在救援車輛執(zhí)行任務(wù)時進行及時地避讓，方便救援車輛及時地救助傷者。

2 系統(tǒng)概述

“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”是基于大數(shù)據(jù)共享、ITS技術(shù)和GPS定位技術(shù)的系統(tǒng)，主要包括出行前最佳路徑規(guī)劃系統(tǒng)，路段及交叉口信號優(yōu)先系統(tǒng)和VISSIM仿真檢測、評價及整改系統(tǒng)三部分內(nèi)容。

出行前最佳路徑規(guī)劃系統(tǒng)通過ITS技術(shù)，將城市綜合交通信息中心的實時道路交通信息集成到救援管理中心，救援管理中心通過路徑選擇模型規(guī)劃救援車輛出行的最佳路徑，并將規(guī)劃好的路徑發(fā)送至救援車輛、交通信號控制中心及GPS定位導航管理中心，救援車輛按照規(guī)劃好的路徑出行，同時GPS定位導航管理中心控制已經(jīng)被“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”所選擇規(guī)定好的路線，使得其他社會車輛的車載導航系統(tǒng)在一定時間內(nèi)不能選擇規(guī)劃這條路線，減少此條路線的車流量，對于已在此路線上的社會車輛通過語音提示：此路段有救援車輛出行，請減速避讓。路段及交叉口信號優(yōu)先系統(tǒng)是交通信號控制中心在接收到救援管理中心傳送來的路徑后，結(jié)合該路徑上實際交通量及救援車輛實時位置，通過控制和優(yōu)化信號配時、改變路邊信息牌內(nèi)容，在時間和空間上給予救援車輛優(yōu)先通行。VISSIM仿真軟件是對此系統(tǒng)的內(nèi)容進行仿真，包括救援車輛從出行前最優(yōu)路徑的選擇到執(zhí)行任務(wù)結(jié)束的整個過程進行仿真，以及對路段和道路交叉口信號控制使救援車輛優(yōu)先通行的過程仿真。最后通過可行性評價報告來改變道路各項參數(shù)進行檢測優(yōu)化。

3 系統(tǒng)組成

“城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)”主要由道路交通設(shè)備、用戶終端和中心系統(tǒng)組成，具體組成件及關(guān)系如圖1、圖2所示：

應急車輛的路徑選擇和常規(guī)車輛有一定的區(qū)別，應急車輛出行的目的是為了快速到達現(xiàn)場進行救援活動，在而以往的研究中，一般認為快速性是出行的唯一屬性[5]，而在本文中，認為應急車輛路徑選擇的屬性應該包括快速性、安全性、可靠性。如圖3所示。

基于城市交通信息中心的救援車輛出行前最優(yōu)路徑的確定多目標性以及多屬性的特點，受多種因素的影響，是多因素聯(lián)合作用下的結(jié)果，因此出行前最優(yōu)路徑的選擇是一個對于上述多目標進行優(yōu)化的問題。本文即根據(jù)圖4的流程采用多目標規(guī)劃模型進行模擬仿真。

在實際路徑優(yōu)化中往往需要找出多條優(yōu)化路徑，進行比較，規(guī)劃好最佳路徑后，救援車輛在道路上行駛，并且享有絕對優(yōu)先通行的權(quán)力，本文將介紹在以下兩種情況下救援車輛優(yōu)先通行的原理。

（1）救援車輛通過路段：

用GPS定位技術(shù)可實時定位救援車輛位置，將位置信息傳送給數(shù)據(jù)分析計算系統(tǒng)，并計算出救援車輛與可變信息板的距離L，同時與救援車輛和可變信息板之間的閾值L0（L0為根據(jù)當前道路上車流量大小通過計算出來的一個可變的值）相比較，當L<L0時，車載導航的信號發(fā)送系統(tǒng)向可變信息板的控制中心發(fā)送請求信號，并即時在可變信息板上顯示相關(guān)信息，讓救援車輛前方的社會車輛讓出道路，供救援車輛優(yōu)先通行。

（2）救援車輛通過交叉路口：

在車輛經(jīng)過路段的原理基礎(chǔ)上，用GPS定位技術(shù)可實時定位救援車輛位置，將位置信息傳送給數(shù)據(jù)分析計算系統(tǒng)，并計算出救援車輛與交叉口的距離L，同時與救援車輛和交叉口之間設(shè)定的閾值L1（L1為根據(jù)當前道路上車流量大小通過計算出來的一個可變的值）相比較，當L<L1時，車載導航的信號發(fā)送系統(tǒng)向交叉口信號燈的控制中心發(fā)送請求信號，并即時改變當前信號燈相位，根據(jù)所規(guī)定的路線方向給救援車輛優(yōu)先放行，當救援車輛通過交叉路口時，交通信號燈相位恢復為救援車輛經(jīng)過交叉口之前的相位。

4 系統(tǒng)仿真

本系統(tǒng)主要是通過運用VISSIM5.1仿真軟件對“救援車輛優(yōu)先通行系統(tǒng)”進行仿真，通過三維動畫的形式，為技術(shù)專家和決策者提供可信、直觀的視覺信息。

“救援車輛優(yōu)先通行系統(tǒng)”的仿真部分即為救援部門接收到電話開始發(fā)車直到到達目的地之間的全過程，包括檢測器向控制中心提出請求的過程以及對部分道路交通設(shè)施的狀態(tài)進行改變以及規(guī)劃路線優(yōu)先的過程。通過仿真研究此系統(tǒng)的可行性和可靠性，最大化地改善此系統(tǒng)各項功能，并利用仿真結(jié)果分析得出救援車輛運用此系統(tǒng)后的服務(wù)水平是否有所提高。

5 結(jié)論

眾所周知，車輛具有流動性強、難于監(jiān)控和規(guī)范管理的特點，尤其是在交通日益擁堵的今天，當發(fā)生重大事故時，救援車輛的迅速到達是損失降低到最小的有效保證，但是由于私家車數(shù)量的急劇增加，救援車輛的優(yōu)先通行權(quán)也受到了很大的影響。本文針對救援車輛的出行時間最短的路徑選擇和應急狀態(tài)下交叉口的優(yōu)先通行等問題進行了一定的研究，其研究成果如下：

（1）提出了一種救援車輛在道路上的優(yōu)先通行方法：通過利用GPS技術(shù)計算救援車輛與道路交通設(shè)備間距離的關(guān)系來控制交通設(shè)備的運行狀態(tài)，以達到優(yōu)先通行的目的;

（2）利用車載導航對該路線上的私家車進行通知以及對未在該路段上的車輛內(nèi)的導航在一定時間內(nèi)不得規(guī)劃此路段。

在救援車輛出行前進行最佳路徑規(guī)劃及選擇，能提高出行效率，保證出行的安全可靠，同時還能避免救援車輛因交通延誤而耽誤救援。通過GPS導航管控中心為救援車輛規(guī)劃路線提供優(yōu)先通行權(quán)，當城市救援車輛優(yōu)先出行規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃出一條路線之后，此時其他社會車輛的車載導航在一定時間內(nèi)將無法規(guī)劃到這條路線，已經(jīng)在這條路線上的社會車輛在打開導航的情況下可以用語音提示此路段有救援車輛出行，請減速避讓。交通信號控制中心通過控制交通設(shè)備為救援車輛提供優(yōu)先。結(jié)合該路徑上實際交通量及救援車輛實時位置，通過控制和優(yōu)化信號配時、改變路邊信息牌內(nèi)容，在時間和空間上給予救援車輛優(yōu)先通行，為救援車輛提供便利。

參考文獻：

[1]鐘志華，喬英俊，王建強，等.新時代汽車強國戰(zhàn)略研究綜述（一）[J].中國工程科學，2018，20（1）：1-10.

[2]陳艷艷，郭國旗.城市消防站的優(yōu)化布局[J].消防科學與技術(shù)，1999（1）：26-28.

[3]張屹.特種車輛在城市交通擁堵中的現(xiàn)狀及建議[J].中國管理信息化，2016，19（21）：203-204.

[4]韋婷婷.“城市大腦”交通治理探索：特種車輛優(yōu)先安全暢行服務(wù)[J].公安學刊（浙江警察學院學報），2018（4）：

49-53.

[5]劉楊，云美萍，彭國雄.應急車輛出行前救援路徑選擇的多目標規(guī)劃模型[J].公路交通科技，2009，26（8）：135-139.