錢塘江中上游船舶交通事故應急救援資源配置研究

文 石晶鑫，張 陽（金華市公路與運輸管理中心，浙江 金華 321000）

一、引言

隨著金華經濟不斷發展，內河港口資源相繼開發，錢塘江中上游航道通航能力得到了大幅度提升和發展[1]。錢塘江中上游航道里程進一步增加，船舶流量不斷上升，水上交通事故頻繁發生，對水上應急管理的要求相應提高[2]。水上交通事故發生后，若不能提供及時有效的救援處理措施，極有可能引發二次事故，造成更為嚴重的人員傷亡和經濟損失[3]。本文綜合考慮應急資源服務點選址、應急物資分配、應急物資適應性等問題，在滿足安全、高效、適用的前提條件下，以成本最低為目標，構建水上應急物資儲備庫選址分配優化數學模型，并針對模型設計遺傳算法求解，初步確定金華市水上應急物資儲備庫與服務點（救援點）選址建議方案。

二、建立分配模型

（一）參數說明

（二）應急救援物資儲備庫覆蓋半徑

水上應急救援物資需要由船舶運輸到需求點，應急救援物資儲備庫的覆蓋半徑即船舶在風、水流等自然條件影響下，在應急響應時間內所能服務的最遠距離。根據船舶自身性能，在不考慮外界因素影響下，船舶的服務半徑R=vt，其中v為船舶速度，t為規定的應急響應時間。然而，船舶在運送應急救援物資時，除了船舶自身性能外，還會受風、水流等的影響，因此船舶實際的航行速度是各影響因素矢量疊加的結果，如圖1所示。

圖1 速度矢量疊加示意圖

其中：rij表示覆蓋半徑rj在朝向水域單元i方向的投影，覆蓋半徑rj是一個矢量集合。

（三）應急救援物資需求量在儲備庫之間的分配方法

當水域單元被多個應急救援物資儲備庫覆蓋時，需要對需求量進行分配?；谝δＰ蛯π枨罅窟M行分配，引入0-1變量ijη和時間變量tij，則分配模型為

其中：引力uij與服務質量成正比，與到達時間成反比；ijη表示如果水域單元不在應急救援物資儲備庫的覆蓋范圍內，不予分配需求量。Mij為應急救援物資儲備庫j對水域單元i的需求量iq的分配量：

（四）建立模型

結合前面的分析，建立水上應急救援物資儲備庫選址-分配模型，以最低成本實現對水域的全面覆蓋和重點加強。模型目標函數：

需要滿足以下約束條件：

式（6）表示應急救援物資儲備庫建成成本最低，第一部分為應急救援物資儲備庫建設固定成本，第二部分為應急救援物資儲備成本；式（7）表示所有水域單元至少被覆蓋1次，即水域的完全覆蓋；式（8）表示重要度超過閾值的水域單元至少被覆蓋2次，即水域的重點加強；式（9）表示水域單元的應急救援物資需求在儲備庫之間的分配量；式（10）表示應急救援物資儲備庫對于水域單元吸引力的計算公式；式（11）表示0-1變量約束。

（五）求解算法設計

水上應急救援物資儲備庫選址-分配模型（6）-（11）為NP-Hard問題（指所有NP問題都能在多項式時間復雜度內歸遇到的問題。其中，NP是指非確定性多項式，所謂的非確定性是指，可用一定數量的運算去解決多項式時間內可解決的問題。），針對模型設計遺傳算法，通過對染色體編碼、適應度函數、遺傳算子等的合理設計，實現對模型求解。

三、錢塘江中上游應急救援儲備庫選址研究

（一）水上應急物資儲備庫選址優化模型

水域應急救援資源的合理選址能夠有效提高救援效率，減少不必要的損失。根據實際地理位置，錢塘江中上游航道以三江口為中心，往北、西南、東南3個方向呈線性分布，因此計算服務點的覆蓋范圍應以雙向覆蓋距離計算，覆蓋半徑不再適用。另一方面，由于應急物資種類豐富、影響因素多，可根據實際情況選擇不同的應急物資進行靈活配置，優化模型只考慮選址問題。

由于救援時間t≤45分鐘的限制，水上應急物資儲備庫候選點的覆蓋距離D=vt，其中v為正常狀態下的最低航行速度，結合轄區水域的具體情況，取值為7 km/h，因此D≤5.25 km，取D=5 km。

水上應急物資儲備庫選址主要關注的是風險和距離，故希望選定物資儲備庫位置應是與事故風險較高點距離較近的點。定義熵量為風險除以距離，則簡化后的選址模型為：

（二）求解結果

定義點坐標為（d1，d2，d3），其中d1，d2，d3分別指衢江、蘭江、金華江上的點與三江口的航道距離，即衢江上的點坐標為（d1，0，0），蘭江上的點坐標為（0，d2，0），金華江上的點坐標為（0，0，d3）。根據坐標定義規則及水域單元劃分和風險值3左右，可得各點坐標與水域單元風險值，見表1。

表1 水域單元中點的坐標和風險值

根據航道特點和往年事故情況，選擇8個候選點，候選點及其坐標見表2，候選點分布情況見圖2。根據式（12）的目標函數定義，可得各候選點的優化目標函數值，見表3。

圖2 候選點在地圖上的分布

表2 候選點及其坐標

表3 候選點的優化目標計算結果

（三）選址分析

根據優化模型計算結果及已有設施建設情況，選擇下列點（P1、P3、P6、P7）做為水上應急物資儲備庫與服務點（以下簡稱“救援點”）：救援點：洋港服務區；救援點2：羅洋作業區；救援點3：女埠服務區；救援點4：黃湓海事管理碼頭。救援設施布局點選址結果見圖3。

圖3 救援設施布局點選址結果

四、錢塘江中上游水上救援資源需求分析

錢塘江中上游船舶事故相對較少，本文采用現場調研險情的方式對各航段風險情況進行合理分析。本次調研獲得32名船員的信息，用以獲取7大航段險情情況，并對各個航段進行統計分析。通過調研大連海事大學、上海海事大學、武漢理工大學、舟山市海上搜救中心、浙江海事局等單位對水上救援交通事故所需救援物資配備相近的研究成果和建議，結合各航段險情分析與船舶航行風險情況，各段主要擬配備物資分析及建議見表4。

表4 錢塘江中上游各救援點所需救援物資建議

續表

五、結論與建議

在綜合考慮應急資源服務點選址、應急物資分配、應急物資適應性等問題的基礎上，以成本最低為水上應急資源適應性分析目標，構建水上應急物資儲備庫選址-分配優化數學模型，結合金華轄區航道涉水工程和應急資源配置的現狀，選出8個水上應急資源配置候選點，并運用遺傳算法完成水上應急救援資源優化模型的求解，提出相對合理的水上應急救援資源配置點分布模型。根據模型計算結果，建議將洋港服務區、羅洋作業區、女埠服務區、黃湓海事管理碼頭這4個水上應急資源配置點作為金華市水上應急物資儲備庫與服務點（救援點）。

水上救援資源的合理有效配置是有效應對錢塘江中上游水上突發事件的關鍵手段之一。隨著金華地區航道的整治建設、水運業的發展、水文氣候的變化，轄區涉水險情將更復雜、更嚴峻。在保障金華市通航水域水上安全的過程中，各有關部門應依據安全系統工程所涉及的“人、船（設備、設施）、環境、管理等諸方面”，建立水上施救的安全管理體系，并不斷動態調整和完善。浙江省金華市地方海事局應針對轄區航道水上安全管理的特點，建立聯網的應急救助中心和信息指揮系統，制訂完善規章制度，明確各自應急處置職責，通力合作強化對水域的監督管理，配備相應的監管設施，在轄區航道航線上對各類船舶的靜、動態實行全時段監控，從而確保金華市轄區內航道船舶航行安全，維護航道水域環境清潔。