車輛事故應急救援可行性分析系統(tǒng)設計

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，還需具有強大的領(lǐng)導決策能力，受救援人員意識等多種因素影響[4]，無法科學合理地實施救援行動，因此，需要一套科學合理的應急救援方案。面對此類情況，楊楓等人和湯亮等人分別設計城市突發(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的事故應急救援指揮系統(tǒng)[6]，這兩種系統(tǒng)雖然在實際應用上已經(jīng)取得一定成果，但救援決策耗時較長，且準確度較低。

因此，本文設計車輛突發(fā)事故環(huán)境下應急救援方案可行性分析系統(tǒng)，為車輛事故提供精準應急救援方案。

1 車輛突發(fā)事故環(huán)境下應急救援方案可行性分析系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

本文系統(tǒng)依據(jù)車輛應急事故救援需求，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、基礎數(shù)據(jù)管理四個模塊，分別負責輸入車輛突發(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?；A數(shù)據(jù)維護等功能，系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如表1所示。

應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。信息接收模塊負責接收車輛事故基礎數(shù)據(jù)，依據(jù)該事故級別與響應所需數(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。信息管理模塊負責對車輛事故基本信息實施維護與管理，方便用戶隨時查詢。

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、方案生成與實施、方案評估與提升、方案管理組成。方案編制模塊負責對可能發(fā)生的車輛事故進行預先備案與規(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數(shù)據(jù)庫內(nèi)，以備車輛事故發(fā)生時隨時調(diào)用。方案生成與實施模塊則負責車輛事故突發(fā)時調(diào)用緊急救援方案，形成處理方法。方案評估與提升模塊負責評估車輛突發(fā)事件應急救援方案，并對該方案進行提升與改進。方案管理模塊負責管理方案庫內(nèi)各個方案數(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)事件救援方案進行日常整理與維護。

4）基礎數(shù)據(jù)管理模塊。該模塊由基礎數(shù)據(jù)與日志管理兩個模塊組成，主要負責維護系統(tǒng)安全，記錄系統(tǒng)日志等功能。

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

1.2 方案匹配流程與方法

當車輛事故突發(fā)時，相關(guān)信息數(shù)據(jù)輸入到應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的編碼，依據(jù)車輛事故屬性級別對其進行評估，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，推理匹配機推理過程如下：

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：當方案匹配成功后，依據(jù)方案相似情況輸出目標框架列表，為工作人員提供與車輛突發(fā)事故相關(guān)方案，進行下一步。當方案未匹配成功，推斷當前車輛突發(fā)事故是否為根層次因素，更新當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，返回上一個框架對其進行更新后，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，推理匹配機將推斷該車輛突發(fā)事故是否達到第三層，若是，則就當前框架進行更新或重建，反之進入下一層框架返回第一步重新開始。

1.3 車輛應急救援方案可行性分析

1.3.1 選取評估指標

為預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急方案。本文系統(tǒng)在時效性、可操作性、完備性等三個方面建立車輛應急救援方案評估指標體系，對車輛救援方案進行可行性分析。表1表示車輛應急救援方案評估指標體系。

表1 車輛應急救援方案評估指標體系

1.3.2 構(gòu)建車輛突發(fā)事故評價模型

數(shù)據(jù)包絡分析法的經(jīng)典模型為C2R模型[12]，本文依據(jù)車輛突發(fā)事故評價指標建立C2R模型，實現(xiàn)應急救援方案可行性分析。

假設3種應急救援方案指標越大越好，分析3種應急救援方案指標，其中人員救治時效、調(diào)度指揮速度、恢復車輛行駛速度、物資裝備類型、車輛突發(fā)事故風險等級響應速度均可作為輸出指標，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)場搶險作為輸入指標，該指標越小越好，分別由A1、A2、A3、A4表示。建立車輛應急救援方案分析模型，如圖3所示。

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

圖3 車輛應急救援方案分析模型

以向量形式表達分式規(guī)劃形式，表達形式如下：

將DMUj0的效率評價指數(shù)為目標，綜合考慮第j0個決策單元DMUj0的效率評價問題，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的效率評價指數(shù)計算公式如下：

決策單元的效率指數(shù)計算公式如下：

在公式（5）和公式（6）中，表示權(quán)向量，二者都是待定的，且每個分量均為非負數(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：，線性規(guī)劃模型表達公式如下：

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+驗證數(shù)據(jù)包絡分析法有效性能[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，所輸出的車輛應急救援方案為最佳方案；當決策單元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，表示所輸出的車輛應急救援方案可行性稍低[15]；當決策單元DMUj0的有效值小于1，表示所輸出的車輛應急救援方案不具備可行性。

2 實驗分析

為驗證本文系統(tǒng)實際使用性能，將本文系統(tǒng)運用于道路交通事故專項應急部門，以某車輛應急救援事故為例。該系統(tǒng)運行環(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。輸入指標為：交通管制、物資調(diào)配、明確信息獲取途徑、現(xiàn)場搶險；輸出指標為：人員救治時效、調(diào)度指揮速度、恢復車輛行駛速度、物資裝備類型、車輛突發(fā)事故風險等級響應速度；通過1-5之間整數(shù)對輸入指標和輸出指標實施量化，對應關(guān)系分別為差、較差、一般、優(yōu)、最優(yōu)。

為了驗證車輛突發(fā)事故情況下，應急救援方案匹配性能，以實驗條件內(nèi)的輸入指標和輸出指標作為匹配條件，以跳轉(zhuǎn)率作為衡量匹配性能指標，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[5]系統(tǒng)）和基于WebGIS的事故應急救援指揮系統(tǒng)（文獻[6]系統(tǒng)）對車輛突發(fā)事故方案進行匹配，匹配結(jié)果如圖4所示。

分析圖4可知，隨著時間的增加，本文系統(tǒng)匹配車輛應急方案的跳轉(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[5]系統(tǒng)和文獻[6]系統(tǒng)不僅跳轉(zhuǎn)比數(shù)值低于本文系統(tǒng)，且跳轉(zhuǎn)比曲線波動較大，表明文獻[5]系統(tǒng)和文獻[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際評分有出入，剩余9組方案的量化評分均與實際評分相同，準確率高達90 %，而文獻[5]系統(tǒng)與文獻[6]系統(tǒng)對10組方案的量化評分與實際評分均出入較大，其中文獻[5]系統(tǒng)評估錯誤次數(shù)為3次，文獻[6]系統(tǒng)評估錯誤次數(shù)為2次，二者的評估準確率分別為70 %和80 %，綜合分析，本文系統(tǒng)評估準確率最高。

表2 3種系統(tǒng)對10組方案量化評分結(jié)果

以加速比作為驗證系統(tǒng)運行性能指標，驗證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)運行時間的增加，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[5]系統(tǒng)和文獻[6]系統(tǒng)的加速比曲線波動較大且加速比數(shù)值較低，當系統(tǒng)運行時間為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)在運行時間為6 s時，加速比曲線已保持平穩(wěn)狀態(tài)，且無波動，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，救援時間分秒必爭，因此系統(tǒng)評估分析救援方案可行性的時間非常重要，統(tǒng)計利用3種系統(tǒng)分析10組救援方案可行性的耗時，結(jié)果如圖6所示。

圖6 三種系統(tǒng)分析方案可行性耗時結(jié)果

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

良好的應急救援方案可行性分析系統(tǒng)可通過選取最佳應急救援方案在最短的時間內(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)的應用后的指標，統(tǒng)計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)應用后的貨物損失降低率

分析圖7可知，三種系統(tǒng)應用后，均可有效降低車輛的貨物損失情況，本文系統(tǒng)、文獻[5]系統(tǒng)和文獻[6]系統(tǒng)應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)應用后可有效分析出最佳應急救援方案，便于車輛事故應急專項部門在第一時間最大程度協(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)境下應急救援需求，設計了由突發(fā)事件管理、智能救援方案管理、用戶信息管理、基礎數(shù)據(jù)管理四個模塊組成的車輛突發(fā)事故環(huán)境下應急救援方案可行性分析系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)包絡分析法的經(jīng)典模型對急救援方案展開可行性分析。實驗結(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；加速比曲線在運行時間為6 s時，開始保持平穩(wěn)且無波動狀態(tài)，并行化性能好等。