基于大數(shù)據(jù)的稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案系統(tǒng)設(shè)計

楊靖芳，田芮玨，王 穎

(南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

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1 引言(Introduction)

隨著大數(shù)據(jù)和智慧網(wǎng)絡(luò)時代的到來，加上深度學(xué)習(xí)和人工智能等新興計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和應(yīng)用，社會各行各業(yè)都呈現(xiàn)出智能化和電子化的特征和趨勢，公路交通事故預(yù)案系統(tǒng)也伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展找到了大量智能化發(fā)展空間。通過研究發(fā)現(xiàn)，由于我國部分偏遠(yuǎn)地區(qū)道路設(shè)計不合理以及交通事故檢測設(shè)備覆蓋率低，巡邏車輛少，導(dǎo)致事故難以得到有效的救援并因此造成重大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。智能化稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案管理計算機輔助系統(tǒng)以傳統(tǒng)事故預(yù)案為基礎(chǔ)，借助現(xiàn)代化的先進信息技術(shù)和智能信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)廣域事故信息和相關(guān)資源的電子互聯(lián)與綜合共享，逐步擴大了事故預(yù)案系統(tǒng)的適用性和全面性。

2 稀疏路網(wǎng)事故應(yīng)急預(yù)案概述(Overview of the accident emergency plan of sparse road network)

2.1 稀疏路網(wǎng)事故應(yīng)急預(yù)案的概念

由于我國部分地區(qū)地形種類多，人口稀少，運輸需求量不高，路網(wǎng)密度相對較低。參考《生產(chǎn)經(jīng)營單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》(GB/T 29639—2013)的定義標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合部分偏遠(yuǎn)地區(qū)公路網(wǎng)稀疏的分布特點，整合出稀疏路網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案的定義為：在稀疏路網(wǎng)背景下，為有效預(yù)防和控制路網(wǎng)上可能發(fā)生的交通事故，并在事故發(fā)生時將其造成的損失和損害降至最低而預(yù)先制定的救援方案。

2.2 稀疏路網(wǎng)事故基本內(nèi)容及分類

事故應(yīng)急管理中的分級和分類有不同的含義：分級是指根據(jù)所需解決問題的重要程度對事件進行級別上的劃定；分類是指為了更高效地采取應(yīng)急救援措施與提出預(yù)案對事故進行應(yīng)急分類。

事故應(yīng)急管理的分級分類包含的兩個主要內(nèi)容分別是針對機構(gòu)的分級分類和針對事故的分級分類。針對機構(gòu)的分級分類是通過研究相關(guān)機構(gòu)的應(yīng)急管理能力、資源配置狀況和調(diào)度靈活性等特點，選擇機構(gòu)分類分級的評價指標(biāo)并進行綜合評價；針對事件的分級分類是通過研究突發(fā)事件的態(tài)勢控制情況、事故影響范圍、事故原因及性質(zhì)等特點，提供事件分級分類的評價指標(biāo)進行綜合評價。

交通事件包括交通事故和車輛拋錨等。交通事故是交通事件管理過程中的難點和重中之重，也是最為常見的突發(fā)交通事件。稀疏路網(wǎng)各種類型的交通事故及分級如表1所示。

表1 稀疏路網(wǎng)交通事故及分級表Tab.1 Traffic accidents and the classification table of sparse road network

3 事故預(yù)案信息系統(tǒng)設(shè)計(Accident planning information system design)

3.1 設(shè)計思路

本文根據(jù)稀疏路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)、交通、自然環(huán)境特性及實際管理的需要，研究適用于稀疏路網(wǎng)的突發(fā)事件檢測，資源分布調(diào)度的功能組成、結(jié)構(gòu)框架及系統(tǒng)各組成部分之間的關(guān)系，并基于此建立稀疏路網(wǎng)突發(fā)事件檢測、應(yīng)急資源配置和調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案信息系統(tǒng)設(shè)計思路圖Fig.1 Design concept diagram of accident plan information system for sparse road network

3.2 平臺架構(gòu)

通過建立和整理事故預(yù)案數(shù)據(jù)庫，結(jié)合地理信息系統(tǒng)和傳感器自動檢測等計算機技術(shù)，科學(xué)合理地將從事故發(fā)生到救援結(jié)束全過程所涉及功能整合在同一個平臺系統(tǒng)中，既能夠有效降低事故所造成的損失(傷亡與經(jīng)濟損失)，又能提高交通運輸效率，具體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖Fig.2 Platform architecture diagram of accident plan management information system for sparse road network

3.3 基本內(nèi)容

預(yù)案的編制和優(yōu)化內(nèi)容包括預(yù)案分類分級原理、觸發(fā)機理、動態(tài)調(diào)整機理和路網(wǎng)交通事件緊急救援運作模式。首先根據(jù)分類分級原理對交通事故發(fā)生的規(guī)模進行分類定級，當(dāng)事故發(fā)生并且達(dá)到預(yù)案觸發(fā)條件時，基于算法條件和內(nèi)容對預(yù)案進行條件匹配與擇優(yōu)選取，從事故觸發(fā)預(yù)案時進行預(yù)案進度跟蹤，考慮并發(fā)事件的可能性對事故預(yù)案資源調(diào)度的影響，對事故預(yù)案進行動態(tài)調(diào)整。

在充分調(diào)研和分析現(xiàn)有應(yīng)急預(yù)案的基礎(chǔ)上，明確事件管理系統(tǒng)需提供的基本信息，構(gòu)建歷史案例信息庫和預(yù)案知識庫。預(yù)案知識庫的建立包含三個方面：

(1)事件管理系統(tǒng)信息庫的建立。事件管理系統(tǒng)信息庫主要包括交通事件信息、道路基本參數(shù)、交通流參數(shù)、應(yīng)急資源分布、稀疏路網(wǎng)交管部門現(xiàn)有的事件管理方式、交通組織方式、分流方案、部門聯(lián)動和協(xié)同預(yù)警機制、現(xiàn)有的法律和規(guī)章制度等內(nèi)容。

(2)歷史案例信息庫的建立。在現(xiàn)有的事件管理系統(tǒng)中，積累了大量歷史事件的處理過程信息。歷史資料可以為分析問題和解決問題提供寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。

(3)預(yù)案知識庫的建立。預(yù)案知識庫主要包括現(xiàn)場處置措施、交通組織措施、交通恢復(fù)措施、信息發(fā)布措施、部門聯(lián)動措施等內(nèi)容。

針對交通事故的特點及救援活動所具有的特征，分析傳統(tǒng)選址模型的適用性，最后構(gòu)建適用于稀疏路網(wǎng)的救援服務(wù)點選址模型。建模思路如下：依據(jù)發(fā)生事故和發(fā)生災(zāi)害的頻率確定選址權(quán)重，結(jié)合選址原則和交通路網(wǎng)流量，最終通過多指標(biāo)綜合評價得到最優(yōu)設(shè)施布置點。

積極響應(yīng)和處理事故能最大化降低事故帶來的損失，因此，對于實現(xiàn)救援效果最大化，應(yīng)急救援的資源配置是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。參考文獻[10]，在應(yīng)急救援模型的構(gòu)建過程中遵循使用應(yīng)急資源數(shù)最少、覆蓋區(qū)域最大化、全部或平均性能最優(yōu)的原則，充分考慮費用和時間這兩個因素，組合使用多個目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建應(yīng)急救援資源配置模型，通過Visual C++6.0編程和MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。

3.4 信息系統(tǒng)代碼

稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)基于Visual C++6.0和MySQL數(shù)據(jù)庫軟件，在Microsoft Visual Basic 6.0中文版環(huán)境中開發(fā)并投入運行。部分程序代碼如下：

4 功能模塊介紹 (Introduction of functional modules)

4.1 總體功能介紹

通過對各類事故緊急救援方案的詳細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)實生活中，稀疏路網(wǎng)事故救援方案具有涉及多方合作和各種社會資源綜合調(diào)度的特點。為解決實際操作中難度大及需要前后接續(xù)、整合資源等多方面的問題，如果僅僅依靠人工監(jiān)控和實施必然出現(xiàn)遺漏、順序錯誤等人為因素導(dǎo)致的差錯?；诖?，本文將研究相關(guān)救援方案所提及的理論方法通過編程的方式形成特定的程序軟件，通過智能交通工具自動化地完成救援資源布點記錄、分類、顯示，事故自動定級計算、自動生成救援程序列表，以及程序在實施過程中的記錄和監(jiān)控等一系列操作。這一方面證明了研究的適用性及可操作性，另一方面也實現(xiàn)了初步的救援智能化，提高了救援的效率，滿足了實際救援工作中的自動化和智能化需求，為未來研究所提的方案應(yīng)用開拓了新途徑。因此，針對稀疏路網(wǎng)應(yīng)急救援流程，初步開發(fā)了稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)軟件。

稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)及對策的研究，對人身財產(chǎn)安全及道路通暢等均具有重要意義。正常情況下，在事故發(fā)生后，所需要的救援部門包括交警、消防、排障、路政、養(yǎng)護、救護等多個部門。首要的救援部門是消除路障的部門，必要時還會需要消防和救護部門，主要是對排障資源、消防資源和救護資源進行合理分配，其中排障資源配置是在養(yǎng)排中心。為方便實施救援，會分配少量的消防和救護資源在稀疏路網(wǎng)的兩側(cè)，即可配置管理中心、養(yǎng)排中心或服務(wù)區(qū)。因此，設(shè)計開發(fā)此軟件主要是用于對稀疏路網(wǎng)環(huán)境的交通事故預(yù)案進行跟蹤管理，使事故救援作業(yè)能夠快速響應(yīng)，從而降低損失。

事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)軟件主要包括地圖操作功能模塊、救援點管理功能模塊、預(yù)案進度跟蹤功能模塊、參數(shù)設(shè)置功能模塊、文件功能模塊。文件功能模塊主要用來儲存、新增及查閱歷史案例信息和交通救援相關(guān)管理條例文件；預(yù)案進度跟蹤功能模塊主要根據(jù)不同的事故類型和等級以及不同時間點的變化，從而隨時生成預(yù)案細(xì)節(jié)處理內(nèi)容以及詳細(xì)顯示作業(yè)的完成度；地圖操作功能模塊主要用來調(diào)用網(wǎng)絡(luò)地圖或者管理本地的地圖資料，以便更好地了解實際地理位置和情況；救援點管理功能模塊主要包括新增和刪除救援點信息、分類顯示救援點等處理功能；參數(shù)設(shè)置功能模塊主要是對系統(tǒng)用到的天氣要素、應(yīng)急資源、事故分類定級等參數(shù)進行初始設(shè)置或改動。

4.2 主要功能模塊介紹

地圖操作功能模塊是事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)軟件必需的一個可視化工具和基礎(chǔ)功能之一，其與救援點管理功能模塊進行關(guān)聯(lián)，可以進行可視化顯示。事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)軟件以地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和通用無線分組服務(wù)為基礎(chǔ)，包括調(diào)用網(wǎng)絡(luò)地圖和載入本地地圖兩個部分。

救援點管理功能模塊負(fù)責(zé)管理稀疏路網(wǎng)中交通事故救援處理的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，對救援點進行設(shè)置、分類及可視化顯示，這更加有利于了解事故預(yù)案管理的進度和處理結(jié)果。救援點的設(shè)置和地圖操作功能模塊進行關(guān)聯(lián)，、坐標(biāo)系可以根據(jù)救援點位置的變化而變化。救援點的類型主要包括監(jiān)控中心、交巡警、領(lǐng)導(dǎo)辦公室、排障清障中心、消防中心、清掃中心、醫(yī)療中心及值班室，并且有對應(yīng)的圖標(biāo)化顯示。

預(yù)案進度跟蹤功能模塊主要是事故自動定級計算與救援方案生成，對程序?qū)嵤┻^程進行記錄和監(jiān)控。根據(jù)不同的事故類型和等級及不同時間點的變化，隨時生成預(yù)案細(xì)節(jié)處理內(nèi)容及顯示作業(yè)完成度；根據(jù)傷亡人數(shù)、財務(wù)環(huán)境、態(tài)勢控制和影響范圍對事故自動定級，并根據(jù)處理程序的完成情況對預(yù)案作業(yè)的完成度進行顯示。

參數(shù)設(shè)置功能模塊主要針對軟件所用到的天氣要素、應(yīng)急資源、事故分類定級等參數(shù)進行初始化設(shè)置或者改動，是事故發(fā)生報警、救援調(diào)配和預(yù)案進度管理跟蹤的初始運行環(huán)境。

文件功能模塊是事故預(yù)案知識庫的積累與更新，主要用來儲存、新增、查閱歷史案例信息和交通救援相關(guān)管理條例文件。除此之外，在文件功能模塊中還可以調(diào)用并查看后臺數(shù)據(jù)庫相關(guān)的信息。

5 結(jié)論(Conclusion)

近年來，隨著我國高速公路的高速建設(shè)及快速發(fā)展，對于交通管理者而言，偏遠(yuǎn)地區(qū)稀疏路網(wǎng)的公路交通安全問題日益突出，如何快速做出應(yīng)急救援反應(yīng)及采取救援措施，最大化降低事故所帶來的損失至關(guān)重要。因此，建立相關(guān)事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)顯得尤為重要。本文通過闡述稀疏路網(wǎng)應(yīng)急預(yù)案的相關(guān)知識，通過分析系統(tǒng)設(shè)計需求和要點、介紹系統(tǒng)功能模塊及構(gòu)建相關(guān)模型，設(shè)計并詳細(xì)闡述了稀疏路網(wǎng)事故預(yù)案管理信息系統(tǒng)，對處理公路交通事故和最大化降低社會財富的損失具有一定的現(xiàn)實意義。