基于动态规划的机场救援资源调度研究

王媛卓，郑 礁

（中国民航大学经济与管理学院，天津 300300）

基于动态规划的机场救援资源调度研究

王媛卓，郑 礁

（中国民航大学经济与管理学院，天津 300300）

结合近年机场救援效率低下的实例，提出优化调度救援资源、提高救援效率的必要性。结合机场应急救援突发事件种类和每种突发事件的应急工作流程，找出救援过程中各个关键工作，结合动态规划的方法建立模型。根据某机场应急关键救援工作的实际情况，建立了包括信息传递、应急疏散与旅客安置、防火处置与救援道路畅通、运行保障为关键工作的动态规划模型，得出资源调度的最优方案，为机场在有限的指挥时间内作出最优决策提供帮助。

救援资源；关键救援工作；动态规划

2013年1月昆明长水机场遭遇大雾天气，当天取消440个航班，滞留近万名旅客，历经10 h才将旅客基本疏散完毕；2015年5月福建长乐机场因故关闭6h，造成机场大面积延误，80多架航班受到影响，滞留旅客4 000多名；2015年12月国航CA1822航班发生起火，8辆消防车错喷福州航空飞机，造成重大经济损失；2016年11月上海浦东机场摆渡车紧急制动造成车内乘客受伤，半小时内机场方面没有任何应急措施，导致飞机延误和公关危机。上述应急救援不力事件反映出机场的救援保障工作尤为关键，机场良好的协调保障工作能够增加救援效率和成功率。所以，为应对机场突发事件，不仅要制定完整的应急预案，还要根据救援协调保障过程中各个关键点所需的资源数量合理分配有限资源[1]。目前机场应急管理的主要工作是应急预案制定和日常安全检查，缺少对救援资源的优化管理。因此，如何应用科学管理方法优化救援资源，成为机场应急管理应关注的问题。合理调度救援资源，不仅可提高救援效率，而且能够节约资源配置的数量和成本。

1 机场应急救援与动态规划适用性

1.1 机场救援资源

机场应急救援资源指救援过程中涉及的救援人员和使用的救援设备，是应急救援中各项工作都要使用的资源，如救援车辆、救援器具、护具、消防器材等设备和物资按照机场级别配备，合理调度救援资源可保障救援过程顺利进行。

1.2 机场应急关键救援工作

关键救援工作是指决定救援结果的一系列工作，贯穿救援过程始终，其完成的好坏决定了整个救援过程的效果。根据机场应急救援突发事件种类及每种突发事件应急工作流程，确定关键救援工作[2]为：①信息通报与传递；②应急疏散与旅客安置；③防火处置与救援道路畅通；④运行保障；⑤火灾扑救。

信息通报与传递是事件发生后第一时间启动的关键工作有：①运控中心接到突发事件通报，询问并记录关键信息；②按突发事件处置检查单，向各应急救援单位发布指令；③处置阶段与政府和社会力量联系，请求协作支援，通报救援情况；④根据处置情况通知相关单位及时恢复运行，并向社会发布公告。

应急疏散与旅客安置主要涉及航站楼、公共区（停车楼等）、飞行区3个区域。主要工作包括：①对受困人员展开搜救和疏散；②协助公安确定爆炸物转运路线，并疏散路线上的人员；③排除恐怖威胁之后，最快时间疏散人员；④现场急救初步处理后，利用车辆迅速送医救治；⑤协助急救中心处置及转运伤亡人员；⑥协助安置旅客及机组，安抚家属并说明情况。

防火处置与救援道路畅通主要指火场、化学品污染区、恐怖威胁区有火情或有起火可能性，做好附近建筑物、航空器或油库的防火处置，切断可燃气、航油供给线路，关闭受损不能使用的场道。排除周边设备、车辆干扰，保证场内救援区域道路畅通，维护应急通道及标识，引导社会救援力量进出区域。残损航空器搬移以及配合公安设置非法干扰处置区等。

运行保障工作包括迅速调整运行流程和资源，按照信息通报和指令，最大限度保障安全区域内航班的起飞、降落，以及机场后勤工作的正常运行。

据目前情况，作为机场消防救援主体，消防支队进行火灾扑救或转移出事航空器至安全区域时，所有消防资源会立即投入救援工作，不存在多选项决策，故此项关键工作在动态规划中没有讨论必要。因为各关键工作不存在先后顺序，且贯穿救援工作始终，所以用于一项关键工作的资源不能再用于其它项工作。

1.3 动态规划适用性

各个关键工作相互交叉贯穿始终，构成救援系统，如何利用一定量的资源迅速高效地完成救援行动需要运控中心作出方案的选择。资源的调度决策构成一个决策序列[3]，不同的决策序列常常导致不同的效果，所以需要在允许集合中选择一个序列，使其在预定标准下达到最好的效果。常规最优化方法只能求解某一阶段某一点的最优解，单一的最优解并不代表整个救援系统最优解。动态规划研究是用于解决最优化问题的重要工具，是决策过程最优的通用方法。该方法把每种分配进行求解，并把结果记录在表中，可得到原问题的解，并且分析出最优解。

2 应急资源的动态规划建模

参数设定：N为关键救援工作；Q为机场应急资源总量；rk为救援关键点对资源数量的最低需求；k为阶段变量，k=1，2，...，n；Sk为 k 阶段初能分配的最大机场应急资源数量；xk为第k阶段分配的资源数量；Pk为救援的成功率。

设某机场应急资源为Q，关键救援工作个数为n，由于救援工作性质、难度以及机场应急救援能力不同，每一个关键救援工作对应急资源的最低需求量rk不同，如表1所示。根据层次分析法并结合机场救援协作能力评价确定不同数量资源对救援的成功率Pk，如表2所示。使用动态规划的方法分配机场应急资源至n个关键救援工作，使救援成功率最大[4]。

表1 关键救援工作与资源最低需求量关系Tab.1 Relationship between critical rescue work and minimum demand for resources

表2 救援资源数量与救援成功率关系Tab.2 Relationship between amount of rescue resources and success rate rescue

状态转移方程为

每阶段最大救援成功率为

采用逆序法对此问题进行求解。则有当k=n时，根据题意可得出xn的取值范围rn≤xn≤Sn，且xn取值只取整数。将xn代入式（2），可得fn（Sn）在xn不同取值下的数值。当k=n-1时，根据题意可得出xn-1的取值范围rn-1≤xn-1≤Sn-1，在取值范围内取整数进行运算。

3 实例分析

3.1 问题描述

某机场发生航空器冲出跑道，第一时间启动信息通报与传递工作，将现场环境、风向、能见度等气象条件以及施救布局和车辆行动路线报告救援指挥中心，消防支队喷射泡沫覆盖、冷却燃油外泄的机体，其他救援人员最快时间疏散机上人员，并转移至安全区域，迅速调整受影响区域运行流程和资源，最大限度保障飞行区正常运行，事故调查取证结束后，最快时间将航空器转移至安全地点。根据情况，该机场此次突发事件涉及的关键救援工作包括：信息通报与传递、应急疏散与旅客安置、防火处置与救援道路畅通、运行保障、火灾扑救与残损航空器搬移。根据处置过程的复杂程度对应急资源数量的最低需求rk是不同的，具体需求如表3所示。另外参与处置的资源数量的不同对不同阶段点的处置成功率Pk也有所不同，通过历次应急救援演习和专项演习记录得到各关键点资源数量与救援成功率Pk的关系，如表4所示。现应急救援可调用的资源共有30单位，需要机场应急救援中心进行决策，分配有限的资源，使应急救援成功率最大。

表3 航空器冲出跑道关键救援工作与资源最低需求量关系Tab.3 Relationship between critical rescue work and minimum rescue requirement when aircraft out of runway

因每个关键工作对应急资源需求量有最低要求，故救援成功率与资源数量关系表中，低于最低需求量的表格为空白，根据救援能力和救援工作难度，每个关键救援工作的救援资源达到上限后再增加，救援成功率无变化，即达到资源最高需求量，故高于最高需求量的表格为空白，如表4所示。

3.2 计算过程及结果

根据应急资源的动态规划模型求解，可得出最大的成功率为f1（S1）=0.666 4，此时应调度6单位资源进行应急疏散，调度7单位资源进行信息传递，调度8单位资源进行防火处置与救援道路畅通，调度9单位资源进行运行保障。计算结果如表5所示。

表4 航空器冲出跑道救援资源数量与救援成功率关系Tab.4 Relationship between amount of rescue resources and success rate of rescue when aircraft out of runway

表5 计算结果Tab.5 Calculation result

4 结语

对机场应急救援资源和救援保障关键点进行分析，把每个关键工作分别看作一个阶段，使用动态规划方法建立多阶段调度模型，得到如下结论：

1）每个关键点的最优解不代表整个救援的最优解；

2）通过动态规划决策可直接提高救援成功率，也可通过增加应急救援演习和专项演习，以及加强演习总结等方面提高救援能力，进而提高救援成功率；

3）对机场应急救援进行动态规划应建立在多次演习记录的基础上，多次的演习记录可保证救援能力的准确，而单次的演习结果并不能作为参考。

[1]戴更新,达庆利.多资源组合应急调度问题的研究[J].系统工程理论与实践,2000(9):52-55.

[2]中国民用航空局.民用运输机场应急救援规则[M].北京：中国民航空局,2000.

[3]吴育华.管理科学基础[M].天津:天津大学出版社,2009.

[4]李 军.物流配送车辆优化调度理论与方法[M].北京:中国财富出版社,2001.

（责任编辑：孟 欣）

Research on airport rescue resource scheduling based on dynamic programming

WANG Yuanzhuo,ZHENG Jiao
（Economics and Management College,CAUC,Tianjin 300300,China）

Considering the low efficiency example of airport rescue in recent years,it is necessary to optimize the rescue resources and improve the rescue efficiency.According to the types of emergency rescue incidents and the emergency process of each incident,the key tasks in rescue process are confirmed,and the model is established with the method of dynamic programming.According to the actual situation,a key airport emergency rescue dynamic programming model is built,including the establishment of information transmission,emergency evacuation and passengers resettlement,fire disposal,rescue of roads and running security.Meanwhile,the optimal solution is obtained for resource scheduling,helping airports make best decisions within limited time.

rescue resource;critical rescue effort;dynamic programming

V351

：A

：1674－5590（2017）04－0062－03

2017-04-15；

：2017-05-20

王媛卓（1988—），女，天津人，助理实验师，硕士，研究方向为安全工程、安全管理.