应急救援力量通常是按照行政区划实施管理和调度的，分为省、市和县三级应急救援力量体系，随着灾害事故数量逐年增多，仅仅依靠传统的应急救援力量调度方式已经无法满足现实需要。另外，由于各行政区域的大小不一样、边缘不规则，导致行政区域中心和应急救援力量重心不重合的现状普遍存在。一些行政区域边缘地带发生灾害事故时，本行政区域的应急救援力量到场时间远远长于相邻行政区域应急救援力量到场时间的情况经常发生。为此国内许多科学家提出了跨区域警务协作思路，其主要内涵是当遇到大型警务活动时，预测实际警务行动所必需资源的强度，在资源调集时打破了行政区划的界限，实时调配不同行政区域内的各种警务资源，使得整体工作效能得以发挥^[1-2]。国外许多科学家提出了动态实时下的应急救援力量调度模型，考虑了应急资源分布、动态实时下的车辆装备性能、不同道路条件车辆通行阻力等因素，并计算了多因素制约情况下最短时间调度目标函数，一定程度上解决了应该选择哪个救援力量、到达什么地点、完成什么任务的问题^[3-4]。但是目前提出的调度研究仍然有待完善，特别是在应急救援协同和协作方面的研究尚处于管理体制、结构框架及运行机制等理论研究层面^[5-9]。本文在现有研究的基础上，针对应急救援力量到达本行政区域边缘地带保护目标并非最快的问题，提出了多层级应急救援力量协同策略，按照行政区域边缘布防薄弱地带的灾情实际需要，在行政区划之间实行协同调度，从而达到应急救援力量到场速度更快、作战效能更佳、资源互补更优等目的。

1 多层级应急救援力量协同策略

应急救援力量协同是指平面空间存在邻近关系的应急救援力量以协同的形式共同完成灾害处置。所涉及的应急救援力量之间存在共同的处置目标，承担相同的处置风险，共享平等的应急资源，从而形成全方位的、一体化的应急救援协同格局。本文提出的协同分为战区、区域和网格3种形式，战区协同是指跨省、市行政区域多个应急救援力量之间的协同；区域协同是指跨县、区行政区域几个应急救援力量之间的协同；网格协同是指将重点保护目标网格化，对受灾网格内和周边应急救援力量的协同。

1.1 战区协同

战区协同是以某一受灾行政区域为中心，将该行政区域所在省、市或区、县多个应急救援力量进行的优化组合，由国家或省应急工作办公室负责实施调度。战区应急救援力量协同区域的划分可分为3个步骤。

步骤1 确定应急救援力量的重心。定义：平面上的n个应急救援站点D₁，D₂，…，D_n，它们的坐标分别为(x₁，y₁) ，(x₂，y₂) ，…，(x_n，y_n)，应急救援力量重心p的坐标计算公式如下：

$\begin{align} & x=\frac{{{x}_{1}}+{{x}_{2}}+\ldots +{{x}_{n}}}{n}, \\ & y=\frac{{{y}_{1}}+{{y}_{2}}+\ldots +{{y}_{n}}}{n}.~ \\ \end{align}$

步骤2  确定应急救援力量重心的邻近关系。以应急救援重心p₁为例，定义p₁为平面直角坐标系的原点。使得所有重心点均位于同一平面，并按照逆时针顺序排列，每相隔一个重心点与原点进行画圆，如以原点p₁和重心点p₃、p₅确定一个圆，相隔的重心点为p₄。若重心点p₄超出虚线圆形范围则是不相邻重心点将其排除，排除其他不相邻重心点照此方法进行，直至所有不相邻重心点全部排除为止，如图 1所示。

步骤3 生成应急救援力量战区协同图，如图 2和3所示。按照步骤2的方法，将平面空间内每3个存在邻近关系的应急救援重心进行组合，从而生成了7个市战区应急救援力量战区组合示意，8个县、区应急救援力量战区组合示意。

1.2 区域协同

区域协同是对平面空间内存在邻近关系的2个应急救援力量进行的优化组合，由市、县级应急工作办公室负责实施调度。区域协同主要是针对各应急救援力量负责保护区域边缘地带发生的灾情，通过优先调度距离更近的邻近应急救援力量，从而缩短应急力量到场的时间。本文提出了路径时间成本距离加权扩张图层的特征线与行政区域图层区域线进行空间叠加求交生成协同区域的方法，该方法分为4个步骤。

步骤1  生成时间成本的路径。通过实地调查将满足消防应急车通行的道路分为6种类型，分别是高速公路、国道、省道、县道、乡村道和其他道路，然后通过消防车辆实测分别确定不同道路消防车辆的行驶速度。用不同类型的道路长度除以相应的行驶速度得到6种类型道路的路径时间成本，如表 1所示。把路径时间成本对应导入路网中不同类型的道路线段后，基于时间成本的路径生成完毕。

步骤2  生成路网线链邻近结点。应急救援队站的位置是不在路径上的，而是与路径相隔一定距离，本文将应急救援队站最近登录路径的点称之为邻近结点。假设：P_A、P_B和P_C3个点分别代表 3个相邻的应急救援队站，可以看出3个站点均不在路网线链和结点上。a_p、b_p和c_p分别代表 3个站点的邻近结点，邻近结点和站点之间的距离为欧氏直线距离，如图 4所示。

步骤3  生成应急救援队站加权扩张区域。Voronoi图平面空间路网是由点、线链组成的，所以对网络路径的分割可以分为结点目标分割、线链目标分割^[10]。如图 4所示，对结点目标的分割结果，结点P₁、P₄、P₅、P₆、P₇和P₈为应急救援队站P_A所分割获得的目标结点集，均用符号“○”表示；结点P₁₁、P₃、P₁₂和P₁₃为应急救援队站P_C所分割获得的目标结点集，均用符号“△”表示；结点P₁₀、P₉、P₁₄、P₂、P₁₅和P₁₆为应急救援队站P_B所分割获得的目标结点集，均用符号“□”表示。对线链目标划分是2个结点集之间的线链分割，线链上的分割点实际就是应急救援队站之间路网路径距离上的等距点，等距点均用符号“×”表示。图 4中显示的虚线为相邻消防站之间的空间目标划分线。因为所有道路线链均已导入了路径时间成本，所以分割线上所有点与邻近应急救援队站的距离均为最短时间成本路径距离。

步骤4  生成应急救援力量区域协调图。利用Voronoi图空间遍历的方法^[11]，提取区域分割特征线与行政区域图层进行叠加求交运算，所生成的小的面域图层为应急救援力量区域协同所划分的结果。

1.3 网格协同

网格协同是对集群式重点保护区域内和周边的政府应急救援力量和社会应急救援力量进行的优化组合。其主要是针对大型商业区、文物古建筑群和大型石油化工单位等集群式、连片式重点保护区域而设立的。根据重点目标的位置和重要程度，将目标区域划分成若干网格，并针对每个网格单独制定处置预案^[12]。如图 5所示，一旦某个作战网格内发生灾害事故，就迅速启动3道防线：第1道防线为灾害事故发生地网格的边界线，主要由该保护目标的责任区政府应急救援力量组成，负责深入灾害事故现场展开处置；第2道防线为受灾网格邻近网格的边界线，可由街道办管委会、治安管理大队和派出所等相关部门以及社会单位义务消防队组成，负责现场警戒、疏导交通、疏散群众、输转物资，同时协助第1道防线展开处置； 第3道防线为受灾网格的第2层邻近网格的边界线，可由驻地武警官兵、解放军、民兵预备役以及厂矿企业员工组成，主要负责设置隔离带，全面杜绝灾情蔓延和扩大^[13-15]。

2 多层级应急救援协同调度模型 2.1 协同调度原则

1) 灾害事故等级调度原则。协同调度首先必须按照灾害事故的等级进行调度，不同级别的灾害事故对应不同级别的处置力量。2) 时间距离最近优先调度原则。对于应急救援协同而言，只有尽快到场才能确保不会错失处置的最佳时期，才能把握救援的主动权，从而避免灾害事故的升级，防止财产损失扩大。3) 同一行政区优先调度原则。由于同一行政区域内的应急救援力量对灾害事故发生地情况比较熟悉，而且隶属关系相同，调度的程序相对比较简单，处置力量之间比较熟悉，相互配合比较默契，到场后更容易进入情况，便于尽快展开处置。4) 处置类型适合优先调度原则。不同类型的灾害事故现场，需要调度的应急救援力量又有所不同。如高层建筑发生火警，就要优先调度有云梯消防车的消防站；隧道发生灾害事故，就要优先调度有大功率排烟车的应急队站；水域发生淹亡事故，就要优先调度有潜水装具和水上救援装备的应急队站。如果协同区内发生灾害事故调度到场的力量类型不匹配，尽管到场时间更快但也无法顺利完成任务。5) 调度比例限制原则。为了防止出现区域内再次调度无应急力量可调的现象发生，所以在实施调度时不能一次性调空，均应该在其保护区留守一定的力量以备后用。以中国消防部队调度为例，主战或首战的消防应急力量一般保留20%的备用力量，协同增援的消防应急力量一般保留60%的备用力量。

2.2 协同调度模型

假设在某地发生灾害事故，该灾害事故应急车辆装备的需求量为C；能用于调度的应急救援队站用p表示(p=1，2，…，n)。协同调度模型优化的目标函数为

$\begin{align} & T=\underset{p=1,2,\cdots ,n}{\mathop{\min }}\,t\left( p \right),\left( \sum\limits_{p=1}^{m}{{}}{{J}_{p}}\times {{u}_{j}}+\sum\limits_{p=1}^{m}{{}}{{L}_{p}}\times {{u}_{l}} \right)\ge C, \\ & t\left( p \right)=t\left( J \right)+t\left( L \right);{{u}_{j}}\le 80%;{{u}_{l}}\le 40%~; \\ & J\ne 0. \\ \end{align}$

其中：T表示能满足应急救援需求的力量到场时间总数的最小值；J表示调度到场的首战应急资源；L表示调度到场的增援应急资源；u_j表示灾害事故首战的应急救援力量调度比例限制；u_l表示灾害事故增援的应急救援力量调度比例限制；m表示可以调度的应急救援力量数量。

2.3 协同调度流程

如图 6所示，当某一行政区域发生灾害事故时，首先判断灾害事故发生地是否具备网格协同的条件。如果灾害事故发生地属于集群式重点保护区域，并且提前制定了网格协同预案，那么立即启动； 如果不具备，则进行下一步灾情等级预判，调度员要根据报警描述及受灾地的基本信息预估灾害事故的等级，并根据等级启动相应的协同形式。以消防应急救援为例，火警分为5个级别，救援分为4个级别，1级均为最小。如果灾情是1~3级火警或1~2级救援则启动消防应急救援力量区域协同；如果灾情是4~5级火警或3~4级救援则启动消防应急救援力量战区协同。现实情况下，灾害事故是不断发生变化的过程，因此启动区域协同后，也可以通过灾情等级实时判断提升灾害事故的等级^[16-17]。

3 实例分析

本文选定了坐标为东经112°32′~113°13′、北纬37°55′~37°34′作为实验区域，以消防应急救援力量的区域协调为例进行模拟验证。根据实际标定了6个消防站点及15个灭火救援任务点，创建消防站点保护区域图层，具体内容如图 7所示。

将表 1中的路径时间成本导入实验区域不同路网线链，以6个消防队站点为中心创建服务区，使得各设施扩张形成的服务区不叠置，如图 8所示。然后提取该服务区的特征线与消防站点保护区域图层进行叠加求交，得到基于网络路径时间成本距离算法所生成的灭火救援协作区，如图 9所示。为了便于调度系统识别以及调度人员区分，对所生成的划分结果进行编号命名为D。

分别从考虑区域协同和不考虑区域协同2种情况下，对整个实验区范围内所有任务点的消防应急救援首战力量平均到场时间进行比较。考虑区域协同是按照本文提出的协作调度原则和调度模型实施调度，所获得的数据是当地消防车辆实际测试得到的；不考虑区域协同是按照传统的属地调度方式，所获得的数据是当地消防车辆实际测试得到的，如图 10所示。通过比较，发现实验区内不考虑协同区域情况下消防应急救援首战力量的平均到场时间为26.33 min，考虑协同区域情况下消防应急救援首战力量的平均到场时间为23.87 min。可见采用对应急救援力量采取协同的调度方式，可以缩短消防应急首战力量平均到场时间，如图 11所示。

4 结 论

本文从应急救援调度工作实际出发，在分析了国内外相关研究现状的基础上，提出了多层级应急救援协同策略，同时综合考虑了应急救援力量调度的等级、时间距离、战斗类型和处置力量比例限制等诸多因素，构建了多层级应急救援力量调度模型和流程。通过消防应急救援力量的案例分析，发现该研究可以有效缩短应急救援首战力量的到场时间，而且来自不同行政区划的应急救援力量展开协同处置，其效率更高。实行多层级的应急救援调度可以在一定程度上优化政府应急部门的跨行政区域应急灭火救援指挥和调度工作，为政府各级应急救援调度人员提供辅助决策支持。