城市救援车辆优先出行规划系统

毕煦东 王川

摘 要：随着交通拥挤、交通事故频发，救援车辆作为特殊的公共交通面临着比其他公共交通方式更加严峻的状况。如何处理交通拥堵中的救援车辆问题将成为大城市发展的重要评价因素，因此建立一个“城市救援车辆优先出行规划系统”是十分必要的。本文将主要讨论基于GPS技术，创建一个“城市救援车辆优先出行规划系统”，实现救援车辆的最佳出行路线的规划问题，从而提高救援车辆的通行效率。在充分借鉴国际经验的基础上，结合我国各个大城市的具体情况，提出我国大城市应如何处理救护车辆和社会交通问题的建议，根据相应的专业知识，运用各种检测技术，使救援车辆出行得以最优化。

关键词：救援车辆;GPS;出行规划;优先出行;车载导航

1 研究背景

交通作为城市的要素之一，在我国经济发展和居民生活中扮演着重要的角色。随着交通的逐渐发展，产生了交通拥堵、交通安全等社会问题，通行效率也逐渐降低，有时甚至严重到影响居民的人身财产的安全[1]。

对于城市中的突发事件，救援车辆扮演着重要角色，消防车、救护车等救援车辆需要在第一时间到达时间发生地点实施救援，减少损失。例如火灾损失与扑救延时时间两者呈现出线性增函数关系[2]，即：

式中：

—火灾损失值;

—火灾发生直到扑救措施实施的时间;

—火灾随着时间发展造成的损失系数;

—火灾最长能够持续的时间，即如果消防灭火行动不成功，可燃物燃尽而自灭的时间;

—消防不成功时的最大损失值。

根据以上函数可见应急车辆的快速到达，在应急服务中至关重要。

据报道：2012年年底某市发生了一起特殊的交通事故，一辆救护车恰逢交通高峰期转送病人去医院急救，导致原本10分钟不到的路程最终花了40分钟，患者因为时间的耽搁而不治身亡[3-4]。这一起社会事件引起了广泛的关注，我们在哀悼逝者之余，意识到随着城市化的发展，交通拥堵问题越发严重，城市中的救援车辆在车辆面对交通拥堵的情况时，该如何避免此类事件的再次发生，又该如何最大化行使自己的优先通行权？因此我们开始思考能否建立一种专属救援车辆的出行系统，一种既能够为救援车辆规划最佳出行路线，并使这条路线优先化，同时在一定时间内不被其他社会车辆车载导航系统所选择，且具有控制某些特殊交通设备运行状态的能力，在时间和空间上达到优先的救援车辆出行的系统，并且还能规范和要求社会车辆在救援车辆执行任务时进行及时地避让，方便救援车辆及时地救助伤者。

2 系统概述

“城市救援車辆优先出行规划系统”是基于大数据共享、ITS技术和GPS定位技术的系统，主要包括出行前最佳路径规划系统，路段及交叉口信号优先系统和VISSIM仿真检测、评价及整改系统三部分内容。

出行前最佳路径规划系统通过ITS技术，将城市综合交通信息中心的实时道路交通信息集成到救援管理中心，救援管理中心通过路径选择模型规划救援车辆出行的最佳路径，并将规划好的路径发送至救援车辆、交通信号控制中心及GPS定位导航管理中心，救援车辆按照规划好的路径出行，同时GPS定位导航管理中心控制已经被“城市救援车辆优先出行规划系统”所选择规定好的路线，使得其他社会车辆的车载导航系统在一定时间内不能选择规划这条路线，减少此条路线的车流量，对于已在此路线上的社会车辆通过语音提示：此路段有救援车辆出行，请减速避让。路段及交叉口信号优先系统是交通信号控制中心在接收到救援管理中心传送来的路径后，结合该路径上实际交通量及救援车辆实时位置，通过控制和优化信号配时、改变路边信息牌内容，在时间和空间上给予救援车辆优先通行。VISSIM仿真软件是对此系统的内容进行仿真，包括救援车辆从出行前最优路径的选择到执行任务结束的整个过程进行仿真，以及对路段和道路交叉口信号控制使救援车辆优先通行的过程仿真。最后通过可行性评价报告来改变道路各项参数进行检测优化。

3 系统组成

“城市救援车辆优先出行规划系统”主要由道路交通设备、用户终端和中心系统组成，具体组成件及关系如图1、图2所示：

应急车辆的路径选择和常规车辆有一定的区别，应急车辆出行的目的是为了快速到达现场进行救援活动，在而以往的研究中，一般认为快速性是出行的唯一属性[5]，而在本文中，认为应急车辆路径选择的属性应该包括快速性、安全性、可靠性。如图3所示。

基于城市交通信息中心的救援车辆出行前最优路径的确定多目标性以及多属性的特点，受多种因素的影响，是多因素联合作用下的结果，因此出行前最优路径的选择是一个对于上述多目标进行优化的问题。本文即根据图4的流程采用多目标规划模型进行模拟仿真。

在实际路径优化中往往需要找出多条优化路径，进行比较，规划好最佳路径后，救援车辆在道路上行驶，并且享有绝对优先通行的权力，本文将介绍在以下两种情况下救援车辆优先通行的原理。

（1）救援车辆通过路段：

用GPS定位技术可实时定位救援车辆位置，将位置信息传送给数据分析计算系统，并计算出救援车辆与可变信息板的距离L，同时与救援车辆和可变信息板之间的阈值L0（L0为根据当前道路上车流量大小通过计算出来的一个可变的值）相比较，当L<L0时，车载导航的信号发送系统向可变信息板的控制中心发送请求信号，并即时在可变信息板上显示相关信息，让救援车辆前方的社会车辆让出道路，供救援车辆优先通行。

（2）救援车辆通过交叉路口：

在车辆经过路段的原理基础上，用GPS定位技术可实时定位救援车辆位置，将位置信息传送给数据分析计算系统，并计算出救援车辆与交叉口的距离L，同时与救援车辆和交叉口之间设定的阈值L1（L1为根据当前道路上车流量大小通过计算出来的一个可变的值）相比较，当L<L1时，车载导航的信号发送系统向交叉口信号灯的控制中心发送请求信号，并即时改变当前信号灯相位，根据所规定的路线方向给救援车辆优先放行，当救援车辆通过交叉路口时，交通信号灯相位恢复为救援车辆经过交叉口之前的相位。

4 系统仿真

本系统主要是通过运用VISSIM5.1仿真软件对“救援车辆优先通行系统”进行仿真，通过三维动画的形式，为技术专家和决策者提供可信、直观的视觉信息。

“救援车辆优先通行系统”的仿真部分即为救援部门接收到电话开始发车直到到达目的地之间的全过程，包括检测器向控制中心提出请求的过程以及对部分道路交通设施的状态进行改变以及规划路线优先的过程。通过仿真研究此系统的可行性和可靠性，最大化地改善此系统各项功能，并利用仿真结果分析得出救援车辆运用此系统后的服务水平是否有所提高。

5 结论

众所周知，车辆具有流动性强、难于监控和规范管理的特点，尤其是在交通日益拥堵的今天，当发生重大事故时，救援车辆的迅速到达是损失降低到最小的有效保证，但是由于私家车数量的急剧增加，救援车辆的优先通行权也受到了很大的影响。本文针对救援车辆的出行时间最短的路径选择和应急状态下交叉口的优先通行等问题进行了一定的研究，其研究成果如下：

（1）提出了一种救援车辆在道路上的优先通行方法：通过利用GPS技术计算救援车辆与道路交通设备间距离的关系来控制交通设备的运行状态，以达到优先通行的目的;

（2）利用车载导航对该路线上的私家车进行通知以及对未在该路段上的车辆内的导航在一定时间内不得规划此路段。

在救援车辆出行前进行最佳路径规划及选择，能提高出行效率，保证出行的安全可靠，同时还能避免救援车辆因交通延误而耽误救援。通过GPS导航管控中心为救援车辆規划路线提供优先通行权，当城市救援车辆优先出行规划系统规划出一条路线之后，此时其他社会车辆的车载导航在一定时间内将无法规划到这条路线，已经在这条路线上的社会车辆在打开导航的情况下可以用语音提示此路段有救援车辆出行，请减速避让。交通信号控制中心通过控制交通设备为救援车辆提供优先。结合该路径上实际交通量及救援车辆实时位置，通过控制和优化信号配时、改变路边信息牌内容，在时间和空间上给予救援车辆优先通行，为救援车辆提供便利。

参考文献：

[1]钟志华，乔英俊，王建强，等.新时代汽车强国战略研究综述（一）[J].中国工程科学，2018，20（1）：1-10.

[2]陈艳艳，郭国旗.城市消防站的优化布局[J].消防科学与技术，1999（1）：26-28.

[3]张屹.特种车辆在城市交通拥堵中的现状及建议[J].中国管理信息化，2016，19（21）：203-204.

[4]韦婷婷.“城市大脑”交通治理探索：特种车辆优先安全畅行服务[J].公安学刊（浙江警察学院学报），2018（4）：

49-53.

[5]刘杨，云美萍，彭国雄.应急车辆出行前救援路径选择的多目标规划模型[J].公路交通科技，2009，26（8）：135-139.