一种道路应急处置站点规划与资源调度系统
技术领域
本发明属于汽车、交通、电子技术领域，具体涉及一种道路应急处置站点规划与资源调度系统。
背景技术
交通应急管理是国家应急管理体系的重要组成部分，是应急物资保障的关键环节，公安交管部门在面对交通事故、公共卫生、自然灾害等突发事件开展应急处置时，公安交管应急处置站点规划及其资源调度研究是道路交通应急管理的核心内容，尤其在此次新冠肺炎疫情中反映出的各地道路交通应急处置站点规划无章可循、应急资源分布不均衡、应急资源调度不合理等问题凸显，如何做好应急处置站点规划及其资源调度，具有重要的现实意义和应用迫切性，但目前尚无有效解决该问题的相关研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的应急处置站点规划无章可循、应急资源调度不合理的问题，提供了一种道路应急处置站点规划与资源调度系统。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图1说明如下：
一种道路应急处置站点规划与资源调度系统，由采集子系统、站点规划处理器和调度子系统组成，所述采集子系统由数据采集器和数据处理器组成，所述站点规划处理器是搭载站点规划模型程序的塔式服务器，调度子系统由站点规划方案显示器和车载通信装置组成；
采集子系统中的数据采集器与数据处理器相连；
采集子系统中的数据处理器与站点规划处理器相连；
调度子系统中的站点规划方案显示器和车载通信装置分别与站点规划处理器相连。
所述站点规划处理器建立站点规划模型，所述站点规划模型的变量包括警力储备、救援时间、救援距离、站点建设成本等，具体表现在应急处置站点到达突发事件位置的救援时间最小、应急处置站点到达突发事件位置的救援距离最短、应急处置站点到达突发事件位置的总加权时间最短，同时突发事件的发生位置、发生时间具有随机性；站点规划模型的约束条件包括：应急处置站点的警力储备、救援资源数量具有限制性；应急处置站点的救援范围具有限制性；突发事件发生位置、发生时间、应急救援需求具有随机性；站点规划模型的目标是应急救援水平最大化，因此，构建的目标函数如下：
其中：
max R——为目标函数，表示应急救援水平最大；
R——应急救援水平；
H——救援时间权重系数；
N——救援时间小于模型规定时限的候选点集合；
j——应急处置站点候选点；
cj——应急处置站点候选点j的建设成本；
wj——如果选择应急处置站点候选点j建立应急处置站点则wj＝1，否则wj＝0；
D——救援距离权重系数；
M——救援距离符合要求的候选点集合；
γ——新建应急处置站点的成本系数；
J——全部候选点集合；
i——突发事件位置；
I——突发事件位置的集合；
βt——时间段t的不确定度，且0<βt<1；
tij——从应急处置站点j到达突发事件位置i的最短路径时间权值；
sij——当突发事件位置i由位于应急处置站点j提供应急救援服务时，sij＝1，否则sij＝0；
(J-M)——救援距离符合要求的候选点集合M相对于全部候选点集合J的差集；
在实际的应急处置站点规划与应急资源调度过程中，为约束各应急处置站点在不同时间段t产生的救援需求不大于应急处置站点各个时间段所能提供的救援能力，结合站点规划模型的4个约束条件要求，确定模型约束方程为：
∑j∈Jwij＝1，∑j∈Jsij＝si
∑j∈Jtijwij≤1，∑j∈jtijsij≤T
其中：
T——救援时限；
wij——应急处置站点j为位于位置i的突发事件所能提供的救援能力；
si——应急处置站点各个时间段所能提供的救援能力之和；
sij——当突发事件位置i由位于应急处置站点j提供应急救援服务时，sij＝1，否则sij＝0；
∈——表示“包含于”，例如j∈J表示应急处置站点候选点j包含于全部候选点集合J；
∑j∈Jwij＝1表示各个应急处置站点所能提供的救援能力之和是定值；
∑j∈Jsij＝si表示应急处置站点各个时间段所能提供的救援能力之和是定值；
∑j∈Jtijwij≤1表示各应急处置站点在不同时间段t产生的救援需求不能超过应急处置站点救援能力上限；
∑j∈Jtijsij≤T表示突发事件位置i由位于应急处置站点j提供应急救援服务的救援时间综合不能大于救援时限T；
所述站点规划处理器是一个搭载站点规划模型程序的塔式服务器，站点规划模型对救援范围、救援警力、救援效率、建设成本、交通流数据等信息进行分析输出站点规划和资源调度方案。
所述采集子系统中的数据采集器用于采集智能交通系统所产生的交通数据和录入救援范围、救援警力、救援效率、建设成本等站点规划信息，数据采集器为SQL Server2019数据采集器，在Microsoft数据平台上存储交通数据并对数据进行组织管理；
所述采集子系统中的数据处理器是将SQL Server 2019数据采集器创建的数据库中的数据进行优化从而得到有效的交通数据，并传输至站点规划处理器。
调度子系统通过站点规划方案显示器将站点规划方案发布到公安交管部门指挥中心的调度平台；通过车载通信装置将资源调度信息发布到驾驶人所驾驶的应急救援车辆中；
所述调度子系统的站点规划方案显示器与站点规划处理器相连，安装于公安交管部门指挥中心的调度平台，便于掌握辖区内的应急处置站点分布情况，及时响应应急资源调度；
所述调度子系统中的车载通信装置是指安装在应急救援车辆上的语音接收器和路线显示屏，语音接收器和路线显示屏与站点规划处理器相连，接收站点规划处理器输出的资源调度路线行驶建议，并播报给驾驶人。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
应急处置站点规划与资源调度是影响应急救援效率的一个关键技术，现有技术由于解决角度的不全面与实用性较低等诸多原因，在很多时候难以有效的根本解决关键问题。本发明提供一种数据融合、策略建议、站点规划与资源调度等组成的系统功能兼备的系统，能够很大程度的缩短应急救援时限，提高应急救援需求覆盖率和道路交通安全水平。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1是本发明所述道路应急处置站点规划与资源调度系统的技术方案图；
图2是本发明所述道路应急处置站点规划与资源调度系统的系统连接关系图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
突发事件状态下的道路应急处置站点规划与资源调度系统由采集子系统、站点规划处理器与调度子系统组成，采集子系统由数据采集器和数据处理器组成，所述站点规划处理器是搭载站点规划模型程序的塔式服务器，调度子系统由站点规划方案显示器和资源调度路线显示器组成。
一、站点规划处理器
(一)建立站点规划模型
所述站点规划处理器建立站点规划模型，所述站点规划模型的变量包括警力储备、救援时间、救援距离、站点建设成本等，具体表现在应急处置站点到达突发事件位置的救援时间最小、应急处置站点到达突发事件位置的救援距离最短、应急处置站点到达突发事件位置的总加权时间最短，同时突发事件的发生位置、发生时间具有随机性；站点规划模型的约束条件包括：应急处置站点的警力储备、救援资源数量具有限制性；应急处置站点的救援范围具有限制性；突发事件发生位置、发生时间、应急救援需求具有随机性；站点规划模型的目标是应急救援水平最大化，因此，构建的目标函数如下：
其中：
max R——为目标函数，表示应急救援水平最大；
R——应急救援水平；
H——救援时间权重系数；
N——救援时间小于模型规定时限的候选点集合；
j——应急处置站点候选点；
cj——应急处置站点候选点j的建设成本；
wj——如果选择应急处置站点候选点j建立应急处置站点则wj＝1，否则wj＝0；
D——救援距离权重系数；
M——救援距离符合要求的候选点集合；
γ——新建应急处置站点的成本系数；
J——全部候选点集合；
i——突发事件位置；
I——突发事件位置的集合；
βt——时间段t的不确定度，且0<βt<1；
tij——从应急处置站点j到达突发事件位置i的最短路径时间权值；
sij——当突发事件位置i由位于应急处置站点j提供应急救援服务时，sij＝1，否则sij＝0；
(J-M)——救援距离符合要求的候选点集合M相对于全部候选点集合J的差集；
在实际的应急处置站点规划与应急资源调度过程中，为约束各应急处置站点在不同时间段t产生的救援需求不大于应急处置站点各个时间段所能提供的救援能力，结合站点规划模型的4个约束条件要求，确定模型约束方程为：
∑j∈Jwij＝1，∑j∈Jsij＝si
∑j∈Jtijwij≤1，∑j∈Jtijsij≤T
其中：
T——救援时限；
wij——应急处置站点j为位于位置i的突发事件所能提供的救援能力；
si——应急处置站点各个时间段所能提供的救援能力之和；
sij——当突发事件位置i由位于应急处置站点j提供应急救援服务时，sij＝1，否则sij＝0；
∈——表示“包含于”，例如j∈J表示应急处置站点候选点j包含于全部候选点集合J；
∑j∈Jwij＝1表示各个应急处置站点所能提供的救援能力之和是定值；
∑j∈Jsij＝si表示应急处置站点各个时间段所能提供的救援能力之和是定值；
∑j∈Jtijwij≤1表示各应急处置站点在不同时间段t产生的救援需求不能超过应急处置站点救援能力上限；
∑j∈Jtijsij≤T表示突发事件位置i由位于应急处置站点j提供应急救援服务的救援时间综合不能大于救援时限T；
(二)建立控制平台
所述站点规划处理器是一个搭载站点规划模型程序的塔式服务器，站点规划模型对救援范围、救援警力、救援效率、建设成本、交通流数据等救援信息进行分析输出站点规划和资源调度方案。
站点规划处理器通过对采集子系统的交通流数据等救援信息结果进行分析，对站点规划模型中的参数进行优化改进，使之能充分表达站点规划的真实需求。在站点规划模型构建完成后，通过交通仿真输出最优站点规划策略和资源调度方案。站点规划的过程主要包含以下几个方面，首先确定救援范围、救援警力、救援效率、建设成本等约束条件，其次分析道路网交通流运行数据，最后利用站点规划模型计算最优站点选址方案。资源调度方案不仅需要满足突发事件所需救援资源的种类和数量，同时需要考虑救援路径的交通状态变化，针对突发事件引起救援路径产生车辆排队现象，将救援路径的行程时间定义为自由流行程时间与排队路段延误时间之和，将排队部分平移至路段下游尾部，使得非排队路段和排队路段可以看成是两段连续的路段，进而通过救援路径总长度和救援车辆遭遇排队路段时间的相对关系估计排队路段延误时间，进而估计救援路径的行程时间，并构建相应的资源调度方案。
二、采集子系统
所述采集子系统中的数据采集器用于采集智能交通系统所产生的交通数据，例如车辆运行状态、道路交通流信息及突发事件信息等，以及救援范围、救援警力、救援效率、建设成本等站点规划信息，利用SQL Server 2019数据采集器创建一个中心数据库来存储交通数据和站点规划信息，SQL Server 2019在Microsoft的数据平台上发布，可以组织管理智能交通系统产生的交通数据和人工录入的站点规划信息，将结构化、半结构化和非结构化文档等多源数据直接存储到数据库中，同时实现对数据进行查询、搜索、同步、报告和分析之类的操作。SQL Server 2019数据采集器的优点是可以将数据存储在各种设备上，从数据中心最大的服务器一直到桌面计算机和移动设备，它都可以控制数据而不用管数据存储在哪里。
所述采集子系统中的数据处理器是将SQL Server 2019数据采集器创建的数据库中的交通数据和站点规划信息进行筛选和校正，得到有效的交通数据和站点规划信息，从而对站点规划模型中的参数进行优化。
三、调度子系统
调度子系统通过站点规划方案显示器将站点规划方案发布到公安交管部门指挥中心的调度平台；通过车载通信装置将资源调度信息发布到驾驶人所驾驶的应急救援车辆中；
所述调度子系统的站点规划方案显示器与站点规划处理器相连，安装于公安交管部门指挥中心的调度平台，便于掌握辖区内的应急处置站点分布情况，及时响应应急资源调度；
所述调度子系统中的车载通信装置是指安装在应急救援车辆上的语音接收器和路线显示屏，语音接收器和路线显示屏与站点规划处理器相连，接收站点规划处理器输出的资源调度路线行驶建议，并播报给驾驶人。
四、系统的连接、控制关系
参阅图2，在该站点规划与资源调度系统中，采集子系统与站点规划处理器相连，即数据采集器与数据处理器相连，数据处理器与站点规划处理器相连，采集子系统将处理后的数据输入到站点规划处理器中；调度子系统与站点规划处理器相连，即站点规划处理器与车载通信装置、站点规划方案显示器相连。
五、工作原理
当道路发生突发事件后，采集子系统中的数据采集器将道路交通流状态、事件信息、站点规划输入到数据处理器中，数据处理器进行数据校正和融合，传输到站点规划处理器。
站点规划处理器中的站点规划模型根据处理后的数据对模型中参数进行重新优化计算，根据实际交通状态等信息确定针对某一突发事件的站点规划和资源调度方案。
调度子系统通过安装于公安交管部门指挥中心的调度平台获取辖区内的应急处置站点分布和资源调度方案，同时通过车载通信装置将资源调度路线行驶方案传输给驾驶人，提示驾驶人按照最优的资源调度线路行驶，提高应急响应效率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
