高速公路应急车辆指挥调度优化模型

高速公路应急车辆指挥调度优化模型
赵韩涛, 王云鹏, 王俊喜, 李世武
( 吉林大学 交通学院 , 长春 130022)
摘
要 : 为改善高速公路突发事件的响应效率 , 利用整数规划 , 建立了应急车辆优化调度模型。
定性分析了 3 种调度策略的流程 , 并采用简化方式进行了对比验证 。结果表明: 最近服务方式 能显著缩短事件响应时间 , 在此基础上提出的模型服务方式, 进一步改善了事件响应效率。 关键词 : 交通运输安全工程 ; 公路运输 ; 车辆调度; 优化模型; 应急响应 中图分类号 : U491 文献标识码 : A
i
FCFS 、 NS和 M S 三种调度策略进行了对比。简化 内容包括: ! 行程时间与交通流高峰时段、 事件占 用车道位置、 天气状况等密切相关, 本文忽略这些 实时交通信息以及高速公路紧急出口的位置, 只 依据路径距离及行车方向进行计算 ; ∀ 仅对比连 续发生两次事故的效率, 假设辖区车辆数满足响 应事件数, 不存在事件排队等候现象 ; ( 根据吉林 省长余高速的巡逻体系, 简化辖区及路线如图 4 所示; ) 车辆巡逻平均速度为 90 km / h , 响应事件 速度为 100 km /h; ∗ 仅对 比有无事 故类型 下的 MS 方式调度结果, 假设在定单位时间内 , 类型一、 二、 三、 四对应的损失分别为 4 、 3 、 2 、 1 , 无量纲。
图 4 巡逻辖区及路线简化图示 Fig . 4 Ske tch m ap of patrol areas and rou tes
∃
j
根据 M S 框架及建立的数学模型 , 在图 4 所 示路线上随机生成事件 1 位置和巡逻车位置, 按 照 3 种调度方式调度车辆。一定时间间隔后, 随 机生成事件 2 并计算各巡逻车所处位置, 计算不 同调度方式的两次事件整体损失。采用 VB 语言 依据上述流程开发验证程序。 3 . 2 结果分析 ( 1) NS 方 式与 FCFS 方式的 对比。这 两种 方式均不依据事件类型进行响应 , 决策目标由整 体损失转化为响应时间 , 测试结果如表 1 所示。 NS 方式明显改善了系统的响应时间 , 效率提高了 38 . 9 % 左右。
0 引
言
队论、 数学规划 和仿真等内容
[ 3]
, 侧重于 研究车
辆选址、 车队大小以及运行性能。如 A liH aghan i 针对我国高速公路严峻的交通安全形势, 国 家 I T S框架及 十五 公路交通技术创新 重点都 强调预警及紧急救援系统的建设 挥调度中心
[ 2] [ 1]
等利用数学规划方法建立了应急医疗系统的急救 车辆调 度优化模型并 进行了仿 真验证 及路线诱导 模型
图 3 高速公路巡逻车 M S方式框架 F ig. 3 Fram e of the freeway veh icles patrol in M S fashion 图 2 事件 、 车辆位置示例二 F ig . 2 Another exam p le of location of veh icle and inc id en t
Study on opti m ization model for freeway e m ergency vehicle dispatching
Zhao H an tao, W ang Yun peng, W ang Jun x ,i L i shi w u
(C ollege of T ranspor ta tion, J ilin University, Changchun 130022 , Ch ina)
第 36卷
第 3期
吉林大学学报 ( 工学版 )
Journa l o f Jilin U niv源自文库rsity ( Eng inee ring and T echno logy Ed ition)
V o. l 36 N o . 3 M ay 2006
2006年 5 月
文章编号 : 1671- 5497( 2006) 03- 0336- 04
图 1 事件 、 车辆位置示例一 F ig . 1 O ne examp le of location of veh icle and in cid en t
2 模型的建立
2 . 1 实时调度的优化模型框架 在对以上问题进行分析的基础上, 提出了数 学优化模型调度 ( 简称为 M S) 的框架 , 如图 3 所 示。该模型集成了行程时间算法和决策调度的优 化模型 , 交通状态用于生成实时的交通信息, 事故 信息和巡逻车辆信息则构成了模型的基本对象。
Abstract : In order to i m prove th e em ergency response of freew ay, an opti m izat ion m odel for em ergency veh icle dispatch in g w as estab lished by in teger programm ing. T hree k inds of dispatching strateg ies w ere qua litatively analyzed , and they w ere compared pred ig ested ly . T he resu lts show th at the nearest server dispatch in g can reduce e m ergency response t i m e great ly, the m odel server d ispatch ing i m proved response sign ificantly , h ighw ay transportat ion; veh icle confir m ing the effectiveness o f the proposed m ode.l K ey words : eng in eer ing o f comm unications and transportation safety; dispatch in g ; opti m ization m ode; l em ergency response 在应急车辆调度问题上 , 国外的工作涉及排
第 3期
赵韩涛, 等 : 高速公路应急车辆指挥调度优化模型
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糊优化方法研究限制期下的多出救点组合模型问 [ 7] 题 。刘建林则采用随 机机会约 束规划的 有关 理论研究了船舶溢油应急管理中的应急资源运输 问题 。本文以高速公 路巡逻车 辆的应急 指挥 调度为研究对象 , 依据实时车辆及事件信息, 建立 以公式描述的数学模型, 解决应急车辆整体损失 优化的问题。
[ 5] [ 4]
。 Sain i
。 ITS 的实施
Y ang 等研究了在限定区域内实时紧急车辆调度 。而 国内的研 究偏重于 静态 信息下车辆调度及救援资源数量优化方面。例如 汪军等利用线性规划和网络有关理论建立了战时 油料优化调拨的模型
[ 6]
使得实时交通信息及应急资源信息可以集成到指 , 在此基础上开发实时应急响应系 统 , 协助指挥人员调度应急响应车辆 , 可优化紧急 救援的性能。
收稿日期 : 2005 10 31.
。何建敏、 刘春林运用模
基金项目 : 吉林省科技发展计划项目 ( 20040613 4); 吉林省国 际合作 项目 ( 20030701); 教育 部新世纪 优秀人 才支持 计划项目 . 作者简介 : 赵韩涛 ( 1978- ), 男 , 博士研究生 . 研究方向 : 交通节能、 智能运输 . E ma i:l zht1919 @ 163. co m 通讯联系人 : 王云鹏 ( 1966 - ), 男 , 教 授 , 博士 生导 师 . 研究 方向 : 交通 环境 及系 统 优化 . E m ai:l w angyunpeng@ jlu. edu. cn
表 1 NS调度方式与 FCFS调度方式的比较 Table 1 Comparison of NS fash ion and FCFS fash ion
时间间隔 FCFS平均整体 /m in 0 2 4 6 NS 平均整体 改善时间 改善效率 /m in 7 . 47 7 . 47 7 . 48 7 . 50 7 . 52 7 . 54 /% 38. 8 38. 8 38. 8 38. 9 39. 0 39. 2
[ 8]
文建立了以优化整体损失为目标的数学模型, 旨 在为指挥人员制定更加合理的调度方案提供辅助 决策。
1 高速公路应急车辆指挥调度
目前, 国内高速公路的巡逻体系多为辖区管 理的方式, 尚不完善。以吉林省为例 , 交警和路政 采取巡逻联动、 调度联动的方式 , 平均管辖范围为 50 km, 巡逻车接到调度指示后 5 m in 内出警、 30 m in 内到达, 一般情况下不允许跨辖区执行任务。 在发生重特大事故时, 需经指挥调度中心调度后 方可实施。中心在接警后判断事故地点 , 调度正 在巡逻的该辖区车辆前往响应。而当再次发生事 故时, 则将调度管理处驻留车辆进行响应。这种 依据事故发生的先后顺序响应相应车辆的方式, 称之为辖区先到先响应的调度 , 简称 FCFS 方式。 随着 G IS 、 GPS、 GPRS 技术的日益成熟, 通过 信息平台的支持 , 对应急车辆进行实时监控并调 度距离突发事件最近的车辆进行响应成为现实。 作者所在的课题组协助吉林省高速公路管理局开 发了高速公路路网指挥调度数字平台。目前, 该 系统正处于试运行阶段。从定性的角度分析, 实 时监控巡逻车车辆的运行位置 ( 包括动态行进及 静止状态的车辆 ) , 在事故位置明确后 , 可以直接 调度距离较近的管理处驻留车辆以及其他辖区车 辆 , 其效率明显优于按部就班的顺序调度方式 , 简 称 NF 方式。 在平台试运行期间, 作者发现直接调度最近 距离的车辆响应事件存在一些问题 : ! 通过电子 地图可以查询车辆和事件之间的最短距离, 但却 未必是两者之间的最短行程时间。原因是没有将 车行方向、 车辆调头的紧急出口等影响因素考虑 进去 (见图 1) 。 ∀ 发生如图 2 所示事件时, 按照 最近距离的调度方式, 事件 1 发生时应调度车辆 2 前往 (行程时间为 T 2- 1 ), 当再发生事件 2 时, 应 调度车辆 1 前往 ( T 1- 2 ) 。但通过简单计算可以发 现 , T 1 - 1 ( 车辆 1前往事件 1) + T 2- 2 (车辆 2 前往 事件 2) < T 2- 1 + T 1- 2, 证明调度最近距离车辆在 有些情形下并非是最佳的响应方式。鉴于此, 本
事件信息 (包括事故发生位置、 严重程度等 ) 是随机生成的, 事故发生位置是计算行程时间的 关键, 事故的严重程度决定了车辆响应的优先顺 序。事件类型依次划分为 : 特大 ( 一类 )、 重大 ( 二
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吉林大学学报 ( 工学版 )
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类 )、 一般 (三类 ) 和轻微 (四类 )。级别越高 , 所需 的响应时间应越短, 相应的权重越大。另外, 事件 连续发生时 , 时间间隔也会对调度的结果产生一 定的影响。 车辆的实时位置和行车方向是计算行程时间 的另一个关键, 其属性可通过实时监控系统直接 得到。车辆所处的状态主要包括巡逻、 管理处驻 留、 正在处理事件和被调度响应事件途中四种类 型。本文所提出的 M S 方式与 NS 方式的差别就 在于 M S 方式能对处于响应途中的应急车辆实施 再调度。 2 . 2 数学模型的建立 实时应急车辆调度模型以整体损失最小为指 标进行优化。整体损失为响应时间的函数, 损失 随响应时间的延长而增加。决策变量引入 0 1 变 量 X j i ( t) 。如果在 t 时刻车辆 j 被调度前往事件 , 则记 X j i ( t) = 1 i ; 否则记 X j i ( t) = 0 。决策目标为 整体损失。为每个事件分配一辆应急车辆, 同时 考虑事件的类型 , 对这种属于带有一定限制的整 [ 9] 数线性规划运输问题 建立优化调度模型如下 : m in ∃