车辆事故应急救援可行性分析系统设计

李树昆

（国能朔黄铁路公司检测救援分公司，沧州 062350）

引言

面对复杂的车辆行驶环境[1-3]，相关救援人员不但需充分掌握救援现场情况，还需具有强大的领导决策能力，受救援人员意识等多种因素影响[4]，无法科学合理地实施救援行动，因此，需要一套科学合理的应急救援方案。面对此类情况，杨枫等人和汤亮等人分别设计城市突发事件中基于事故演变的救援需求决策系统[5]和基于WebGIS的事故应急救援指挥系统[6]，这两种系统虽然在实际应用上已经取得一定成果，但救援决策耗时较长，且准确度较低。

因此，本文设计车辆突发事故环境下应急救援方案可行性分析系统，为车辆事故提供精准应急救援方案。

1 车辆突发事故环境下应急救援方案可行性分析系统设计

1.1 系统整体结构

本文系统依据车辆应急事故救援需求，将系统划分为突发事件管理、智能救援方案管理、用户信息管理、基础数据管理四个模块，分别负责输入车辆突发事故相关数据信息、救援方案匹配生成管理和救援方案评估分析、输入用户信息、日常基础数据维护等功能，系统具体结构如表1所示。

应急救援方案可行性分析系统具体功能如下：

1）突发事件管理。该模块由信息接收模块、信息提取模块、信息管理模块组成。信息接收模块负责接收车辆事故基础数据，依据该事故级别与响应所需数据生成信息并接收数据结构[7]。信息提取模块是智能救援方案管理模块的输入接口，为元匹配模块提供结构化车辆事故基本信息。信息管理模块负责对车辆事故基本信息实施维护与管理，方便用户随时查询。

2）智能救援方案管理。该模块是本文系统的核心功能模块，主要由方案编制、方案生成与实施、方案评估与提升、方案管理组成。方案编制模块负责对可能发生的车辆事故进行预先备案与规划[8]，利用方案处理流程和引发车辆事故的先决条件，产生结构化数据方案信息保存在基础数据库内，以备车辆事故发生时随时调用。方案生成与实施模块则负责车辆事故突发时调用紧急救援方案，形成处理方法。方案评估与提升模块负责评估车辆突发事件应急救援方案，并对该方案进行提升与改进。方案管理模块负责管理方案库内各个方案数据。

3）用户信息管理模块。工作人员可通过该模块对车辆突发事件救援方案进行日常整理与维护。

4）基础数据管理模块。该模块由基础数据与日志管理两个模块组成，主要负责维护系统安全，记录系统日志等功能。

应急救援方案可行性分析系统通过上述四个模块完成车辆突发事故方案制定、急救援方案可行性分析、和基础数据维护等内容。

1.2 方案匹配流程与方法

当车辆事故突发时，相关信息数据输入到应急救援方案可行性分析系统中，可获取车辆事故类型与相对应的编码，依据车辆事故属性级别对其进行评估，建立车辆事故初始构造框架[9,10]，查询事故数据库相关数据并互相匹配，调出匹配成功后的紧急救援方案。方案匹配过程如图2所示。

图1 应急救援方案可行性分析系统结构

图2 方案匹配过程

图2中，方案模块匹配过程的核心为推理匹配机，推理匹配机推理过程如下：

第一步：获取初始框架的中槽与侧面属性，依据初始框架的中槽与侧面属性判断车辆突发事故类型和级别，读取数据库内相关数据并匹配方案。

第二步：当方案匹配成功后，依据方案相似情况输出目标框架列表，为工作人员提供与车辆突发事故相关方案，进行下一步。当方案未匹配成功，推断当前车辆突发事故是否为根层次因素，更新当前框架或建立新框架，若车辆突发事故为第二层或第三层，返回上一个框架对其进行更新后，从第一步重新开始匹配。

第三步：工作人员选取最适合的方案框架，加入框架列表不符合工作人员满意，推理匹配机将推断该车辆突发事故是否达到第三层，若是，则就当前框架进行更新或重建，反之进入下一层框架返回第一步重新开始。

1.3 车辆应急救援方案可行性分析

1.3.1 选取评估指标

为预防与控制车辆行驶过程中突发的各类事故，车辆相关职能部门辨别和评估潜在危险以及事故形成的可能性等多方位因素[11]，提前制定有效、可行的处理方案称为车辆应急方案。本文系统在时效性、可操作性、完备性等三个方面建立车辆应急救援方案评估指标体系，对车辆救援方案进行可行性分析。表1表示车辆应急救援方案评估指标体系。

表1 车辆应急救援方案评估指标体系

1.3.2 构建车辆突发事故评价模型

数据包络分析法的经典模型为C2R模型[12]，本文依据车辆突发事故评价指标建立C2R模型，实现应急救援方案可行性分析。

假设3种应急救援方案指标越大越好，分析3种应急救援方案指标，其中人员救治时效、调度指挥速度、恢复车辆行驶速度、物资装备类型、车辆突发事故风险等级响应速度均可作为输出指标，分别由B1、B2、B3、B4、B5表示，将交通管制、物资调配、明确信息获取途径、现场抢险作为输入指标，该指标越小越好，分别由A1、A2、A3、A4表示。建立车辆应急救援方案分析模型，如图3所示。

图3中，第i个类型的输入权重度量由vi表示，i= 1,2,3,4；第j个类型的输出权重度量由uj表示，i= 1,2,3,4,5。

图3 车辆应急救援方案分析模型

以向量形式表达分式规划形式，表达形式如下：

将DMUj0的效率评价指数为目标，综合考虑第j0个决策单元DMUj0的效率评价问题，所有决策单元内包含DMUj0，其中， 1 ≤j0≤ 3，将所有决策单元的效率指数为约束[13]，建立模型的分式规划形式。DMUj0的效率评价指数计算公式如下：

决策单元的效率指数计算公式如下：

在公式（5）和公式（6）中，表示权向量，二者都是待定的，且每个分量均为非负数，即u≥ 0，v≥ 0，C2R则所构建的模型分式规划形式如下：

式中：

j= 1,2,3，v≥ 0，u≥ 0。

通过Charnes-Cooper变化，将分式规划转换为线性规划模型。假设：，线性规划模型表达公式如下：

上述公式中，ω≥ 0，µ≥ 0。

为了使其则有非阿基米德无穷小量的对偶规划性质，利用松弛变量S−与剩余变量S+验证数据包络分析法有效性能[14]，规划模型如下：

上述公式中，λj≥ 0，θ≥ 0，S+≥ 0，S−≥ 0。决策单元DMUj0的有效值由θ表示，对于决策单元构造的有效决策单元的第j个决策单元组合比例由λj表示。非阿基米帝无穷小量由ε表示。则输入松弛变量与输出剩余变量为

1.3.3 有效性分析

当决策单元DMUj0的有效值为1，且输入松弛变量与输出剩余变量数值均为0时，所输出的车辆应急救援方案为最佳方案；当决策单元DMUj0的有效值为1且输入的松弛变量与输出的剩余变量数值均不等于0时，表示所输出的车辆应急救援方案可行性稍低[15]；当决策单元DMUj0的有效值小于1，表示所输出的车辆应急救援方案不具备可行性。

2 实验分析

为验证本文系统实际使用性能，将本文系统运用于道路交通事故专项应急部门，以某车辆应急救援事故为例。该系统运行环境为处理器AMD Athlon(tm)II X2 250Processor 3.0GHz，内存为4.0 GB，64位操作系统，浏览器IE8.0，数据库为Oracle 9i。输入指标为：交通管制、物资调配、明确信息获取途径、现场抢险；输出指标为：人员救治时效、调度指挥速度、恢复车辆行驶速度、物资装备类型、车辆突发事故风险等级响应速度；通过1-5之间整数对输入指标和输出指标实施量化，对应关系分别为差、较差、一般、优、最优。

为了验证车辆突发事故情况下，应急救援方案匹配性能，以实验条件内的输入指标和输出指标作为匹配条件，以跳转率作为衡量匹配性能指标，分别使用本文系统，城市突发事件中基于事故演变的救援需求决策系统（文献[5]系统）和基于WebGIS的事故应急救援指挥系统（文献[6]系统）对车辆突发事故方案进行匹配，匹配结果如图4所示。

分析图4可知，随着时间的增加，本文系统匹配车辆应急方案的跳转比始终保持平稳状态，且跳转比一直保持在95 %左右，而文献[5]系统和文献[6]系统不仅跳转比数值低于本文系统，且跳转比曲线波动较大，表明文献[5]系统和文献[6]系统匹配性能较差，综合分析3种系统匹配性能，本文系统具有最佳匹配性能。

图4 车辆方案匹配结果

验证系统对最佳匹配方案评估能力，选取最佳匹配列表内10组方案，分别使用3种系统对该10组方案进行评估，评估结果如表2所示。

分析表2可知，本文系统对10组方案的量化评分仅有一组与实际评分有出入，剩余9组方案的量化评分均与实际评分相同，准确率高达90 %，而文献[5]系统与文献[6]系统对10组方案的量化评分与实际评分均出入较大，其中文献[5]系统评估错误次数为3次，文献[6]系统评估错误次数为2次，二者的评估准确率分别为70 %和80 %，综合分析，本文系统评估准确率最高。

表2 3种系统对10组方案量化评分结果

以加速比作为验证系统运行性能指标，验证3种系统并行化性能与效果，结果如图5所示。

分析图5可知，随着系统运行时间的增加，加速比曲线呈现先上升后保持平稳的状态，对比三种系统加速比曲线，文献[5]系统和文献[6]系统的加速比曲线波动较大且加速比数值较低，当系统运行时间为8 s后，二者加速比曲线方保持相对平稳状态，而本文系统在运行时间为6 s时，加速比曲线已保持平稳状态，且无波动，由此可知，本文系统具有较高并行化性能与效果。

图5 3种系统加速比曲线

车辆事故发生时，救援时间分秒必争，因此系统评估分析救援方案可行性的时间非常重要，统计利用3种系统分析10组救援方案可行性的耗时，结果如图6所示。

图6 三种系统分析方案可行性耗时结果

分析图6可知，文献[5]系统和文献[6]系统的方案可行性分析耗时曲线波动较大，最高耗时分别为14 s和16 s，而本文系统分析耗时最高为8 s，且分析耗时曲线几乎无波动状态，由此可见，本文系统的救援方案可行性分析耗时最短，分析稳定性能最好。

良好的应急救援方案可行性分析系统可通过选取最佳应急救援方案在最短的时间内挽救更多的货物，因此选取货物损失降低率作为评估三种系统的应用后的指标，统计5次车辆救援方案可行性分析后，车辆的货物损失降低率，结果如图7所示。

图7 3种系统应用后的货物损失降低率

分析图7可知，三种系统应用后，均可有效降低车辆的货物损失情况，本文系统、文献[5]系统和文献[6]系统应用后的货物损失降低率均值分别为20.2 %和17.5 %、14.8 %，由此可知，本文系统应用后可有效分析出最佳应急救援方案，便于车辆事故应急专项部门在第一时间最大程度协调各部门展开救援，避免更多货物的损失。

3 结论

本文依据车辆突发事故环境下应急救援需求，设计了由突发事件管理、智能救援方案管理、用户信息管理、基础数据管理四个模块组成的车辆突发事故环境下应急救援方案可行性分析系统，利用数据包络分析法的经典模型对急救援方案展开可行性分析。实验结果表明：本文系统匹配车辆方案的跳转比始终保持在95 %左右，匹配性能强；加速比曲线在运行时间为6 s时，开始保持平稳且无波动状态，并行化性能好等。