市域道路交通突发事件应急资源调度路径分析

闫俊霞，刘 萌，张 宁，张建峰，陈 杨

（1.邯郸学院 地理系，河北 邯郸 056005；2.石家庄卓越中学，河北 石家庄 050000；3.东莞市麻涌中学，广东 东莞 523000）

近年来，我国非常重视城市公共安全应急救援工作，国务院陆续颁布《国家突发公共事件总体应急预案》，把公共安全、应急救援作为独立领域进行战略研究，并制定规划纲要，多个城市着手建立城市应急系统。应急救援作为应急系统重要部分需要技术辅助，完成数据共享、互联互通、应急决策的有效整合。城市道路交通突发事件频发带来直接损失，应急救援延滞会导致二次事故发生，因此市域道路突发事件的应急救援管理已成为城市交通部门亟待解决的关键问题。快速准确响应及合理调配应急资源，需要应急管理平台实现多部门协同互动提高应急管理水平。因此，应急处理能力、路径模型选择成为国内众多学研究的重点。本文以市域道路应急资源调度为背景，利用Dijkstra算法、层次分析法（Analytic Hierarchy Process, AHP）寻求最优路径分析，讨论突发路障等因素干扰下的最优路径分析，建立基于地理信息系统（Geographic Information System,GIS）的动态应急路线调度，实现动态应急资源调度数字化决策支持。

1 相关理论及方法

1.1 Dijksta算法

Dijkstra算法从起点持续搜索到各个节点的最短距离，直到找到了最优的路径为止，当某些节点发生变化时，需要对每一个节点进行多次的分析才能得出最优解。

1.2 层次结构模型

层次分析法由T. L. Saaty教授提出将影响复杂问题的因素划分为不同的层序，再根据基于现实的主观判断，将影响因素进行两两比较，通过数学方法的计算得出不同影响因素的权重的方法。

2 研究区域应急调度最优路径分析

2.1 层次分析法权重确定

通过AHP层次分析法首先对影响路径的六个因素：路径距离、道路拥堵程度、交通流量、道路等级、车辆行驶速度、天气状况进行分析并分类，如表1所示，路径通行时间设为目标类；将影响路径通行时间的 6个因素设为准则类，目标层的路径权重为；准则层各个指标对于目标层的权重、、、、、，获得准则层各影响因素的权重值后，就可计算整个网络中各条路径的权重值：W=（×+×+×+×+×+×）。式中，、、、、、为准则层各因素对于目标层的权重系数；为路径距离，为限定车辆行驶速度，为交通流量，为天异常天气下的路况，为道路等级，为道路平坦度。

表1 各影响因素实际数值等级对比度

2.2 构建研究区道路路网数据

ArcGIS软件对矢量化的在线网络地图进行路网分析，通过几何网络建模形成逻辑网络的过程中，对网络的几何要素的连通性进行处理：路线之间几何衔接的处理，路线之间几何上相互衔接，保障路线之间的连通性；通过 GIS软件中的节点捕获工具，对几何上的相互连通的路线的相交节点进行节点捏合处理，完成道路路线之间几何上的衔接；使用 GIS软件中的拓扑工具，实现路网模型中的路网连通性，路线交汇口处形成新的节点，对路网进行处理后，在研究区域共设计出了268条折线与189个节点。

2.3 计算各救援点最短距离

在 Dijkstra算法结合道路权重信息，利用ArcGIS中路网分析功能对人民西路事故区域进行应急资源调度最优路径分析，分析该事故发生后应急资源调度的路线及过程，结合医院等级和特点，市中心医院和市第一医院作为实际救援医院的合理性。

通过ArcGIS的Network Analysis模型，对研究区域公路路网建立路网模型，然后通过查询工具把研究区域内的所有医院及发生事故地进行标注，详细的医院几何位置及相关信息如图 1。

图1 研究区域点线要素地图

（2）通过Dijkstra算法，结合计算的路径权重，对研究区域内的所有医院进行救援最优路径分析，从中选择出救援速度最快的 2个对口医院

（3）将利用判断矩阵依次确定从中心医院到事故发生地的所有可通行的路段，从中心医院点进行救援，如图2所示，研究区域共涉及11所医院。采用 Dijkstra算法计算各个救援医院到事故点的最优路径分析结果并显示医院最优救援导航路线。到事故救援点之间的所有可行的路径，判断矩阵如表2所示。

图2 医院分布图

表2 基于Dijkstra算法市中心医院至事故发生地判断矩阵

2.4 路障存在时应急路径分析

在现实的公路应急资源的调度中，考虑路径距离、车辆平均行驶速度、交通流量、天气状况、道路等级、道路平坦度等 6个阻抗因素之外，还应考虑突发性路障的存在，阻断最优路线的连续性，需要规划新的最优路径。当路线中存在障碍性因素时，可以通过对障碍性因素所在的位置或路线设置点、线、或面障碍，使创建最优路径分析模型时有效避开障碍性因素，并重新规划最优路径。

结合案例在丛台路至和平路之间的中华大街段存在公路维修，在分析救援最优路径时应合理避开该不可通行路段，且在最优路径分析时对所在的维护路段设置禁止型线障碍，并用粗线段表示禁止通行的区间范围，更好地规划最优路径。路障存在时应急路径分析既要考虑路径权重又兼顾路径中存在的障碍，合理规划中出高效、安全、快速最优路径，分析结果如图3、图4所示。

图3 第一医院最优救援路线图

图4 市中心医院最优救援路线图

3 结论

市域交通复杂的路网结构增加了突发事件应急救援的难度，也对道路应急救援效率提出了更高的要求。本文对应急资源调度路径分析，通过应急救援最优路径的选取，减少公路突发事件发生后应急资源在路径中所耗费的时间，减少突发事件带来的二次损失与伤害。通过AHP层次分析法计算公路应急资源调度阻抗因素，结合案例实际交通信息建立各个权重属性表，ArcGIS结合Dijkstra算法进行路网分析，实时追踪救援状态并选择路径优化节点，将救援结果路径在地图界面展示，有效缩短了应急救援时间，从整体上提高了城市道路交通突发事件的应急管理水平。