摘要：通用航空由于其高效、快速特点在应急救援方面作用越来越大，救援点的布局工作对救援的影响也越来越重要。本文对通用航空应急救援应用情况、存在问题进行了分析；构建了通用航空应急救援点的布控方案模型，提出了通用航空应急救援点的布控方案，解决应急救援点布局问题；通过案例解释了模型使用的具体方法，对通用航空应急救援点布局工作具有重要意义。 

一. 通用航空在应急救援方面的应用情况现状分析 

目前，我国洪水、地震、雪灾及火灾等自然灾害和人为灾害频繁发生，应急救援压力不断增加，通用航空在应急救援方面的作用愈来愈重要。通过搜集相关文献了解到通用航空应急救援以其独特的优势，成为应急救援体系中必不可少的重要部分，提高了我国应急救援的效率和成功率，提高了我国经济社会效益并且在一定程度上维护了社会安全稳定。 

在一些发达国家，通用航空被称为“空中交通运输的短跑健将”，特别是在航空应急救援中发挥着独特的、不可替代功能^[1]。2008年南方暴雪冻雨和四川省汶川地区8.0级特大地震灾害，通用航空在救灾抗灾过程中充分发挥了它快速便捷、特殊作业、紧急运输、空中救援的优势，在大面积交通网络瘫痪、重要交通“生命线”断裂情况下，快速运送救援人员、伤员及救援物资、运送 抢险急需重型机械，进行灾后防疫、电网检修等抗灾任务，保障了人民群众的生命和财产安全，为国家做出应有的贡献^[2]。 

二. 通用航空在应急救援方面存在的问题分析 

(一) 急救援体系比较国外的更欠专业化、欠商业化 

通用航空缺乏专门从事通用航空的专业人士。缺乏专业人士是制约通用航空发展的一个重要因素。其中主要表现在飞行人员和机务维修人员的缺乏。航空专业的毕业生，80%在毕业后去了民航运输企业，航空公司和机场就是航空毕业生争夺的市场。相比之下，通用航空飞行员和机务维修人员十分缺乏，尤其是机务维修方面。通用航空飞行员方面，人员缺少，并且其中只有很小部分的飞行员通过培训并符合要求。 

我国通用航空应急救援主要是政府组织实施的，国家的应急救援很少是私人组织的，缺乏商业化，实施起来效率不高，这就很大程度上耽误了应急和救援的步伐。政府挑选的应急救援人员也都是临时从各部门单位调动的，其相互之间协调性和配合性差，而不是有专门的应急救援专业人员。 

欧美国家尤其是美国有更为成熟、更为现代化的通用航空体系，美国通用航空的飞行员占绝大多数，并配有专业的通用航空专业人才，专业的人员培训，其通用航空应急救援大部分是私人组织实施，商业化明显、实施力度强、效率和效益高，支撑起美国现代化的通用航空应急救援体系，通用航空在应急救援方面的作用越强。 

(二) 我国空中交通管制严格，低空空域尚未完全开放 

我国空中交通管制严格，低空空域尚未完全开放，一定程度上限制了通航应急救援的发展。虽然我国目前出台的相关文件已大大推动了空域开放程度，但仍然有制约通用航空发展的因素存在。比如，民用航空和通用航空活动空域划设的范围较小、较少，军方管控大部分空域，有需要借用军方空域的情况下，需要向军方申请，获得军方的审批，才能飞其空域内给定的航线航路，有关的空域审批程序过于复杂且审批过程时间过长等，都影响到了通用航空的正常运营作业。 

而欧美国家大部分空域是开放的，只有极少空域用于军事训练。在欧美，很多私人拥有自己的小飞机，他们用来公商务飞行、造林种草、农业播种和喷洒农药、探矿、采油以及对突发事件进行救助等。私人飞机的存在，减少了政府对农林工渔等产业和应急救援的方面的干预，实施执行的环节减少也大大提高了救援的效率和质量。 

(三) 城市应急救援场点少，布局密度低 

城市通用航空发展晚，应急救援场点少，布局密度低，影响了应急救援实施的效率，同时也在一定程度上限制了通用航空救援体系的发展。 

三. 通用航空应急救援点的布控方案模型构建 

(一) 应急救援点建立的影响因素 

建立救援点布局的主要影响因素有地形地貌条件、气象水文条件、人口条件、空域开放条件、地面交通条件、灾害紧急事故发生的概率、成本费用等，这里主要对这七个条件进行分析，得到灾害发生点需要建设应急救援点的权重大小^[3]。朱燕等前辈运用层次分析模型，建立了一个基于二级准则层的层次分析模型，来分析周边和各个受灾点建立应急救援点需求的权重。本文根据层次分析模型，具体描述一下层次分析模型的结构。 

目标层A为最优选址。 

准则层B在最优选址下分为七个主要影响因素：地形地貌条件、气象水文条件、人口条件、空域开放条件、地面交通条件、灾害紧急事故发生概率、成本费用。 

准则层C是在以上影响因素之下，展开具体的影响因素。针对地形地貌条件，需要考虑天然障碍物与人为障碍物；针对气象水文条件，需要考虑风、温度、能见度以及其他重要天气现象；对于人口条件则需要考虑人口的数量；对于空域开放条件需要考虑三点：其一是机场的分布情况，其二是军民用航路航线情况，其三则是需要考虑到一些特殊空域；对于地面交通条件，地铁、火车、汽车需要注意；而灾害紧急事故发生概率，分为重大自然灾害发生的概率和交通事故发生的概率；成本费用方面，对于已有的基础建设和建设需要得纳入考虑范围。 

方案层P是针对以上影响因素和需要考虑的具体因素，提供受灾点建设方案。 

根据每层各要素的相对重要性给出判断^[4]，按照1-9整数及其倒数的标度方法确定标度值，形成因素间的判断矩阵，通过计算判断矩阵的最大特征根及相应的特征向量，得到该层对于上一层某一要素的权重，进而计算出各层要素对总体目标的组合权重，并进行一致性检验。 

(二) 应急救援点数量的确定方法 

假设救援的通用航空飞机工作的有效搜救范围是呈圆形的，那么它的有效救援范围面积表示为。需要布控无人机的服务区数量的公式（3-1）如下： 

                           （3-1） 

（式中: N为需要布设的服务区个数；S为设定区域面积；r为无人机最佳救援服务半径 ^[5]。） 

(三) 应急救援点布控方法的确定 

假设我们将某个区域划分成n块小区域，用通用救援飞机可到达那个区域的中心表示此区域可被救援覆盖，区域的中心即为受灾点，受灾点的地面之间有相互连接的交通干道。救援工作要求效率。所以，在满足通用救援飞机飞行航程可达到的条件下，可在某个受灾点或者这些区域之间的连线上建设一定数量的救援点，使通用救援飞机飞到各个受灾点最大加权值的距离最小^[6]。 

我们会根据距离矩阵A用Floyd算法计算出到每个区域的最短距离矩阵S和最短路径矩阵P，用P-中值法使最大加权值的距离最小。 

根据文献应急系统选址的模型与算法研究[16]，通过对上面问题的描述，本文假设这整个应急救援网络选址问题可以抽象为一个无向的赋权网络G=｛V，E｝，其中：V=｛，，…，｝是各个受灾点的集合；E=｛，，…，｝是连接救援网络系统中各个点之间的弧的集合，即各个受灾点之间的航路。网络G中的任何两个点x和y，d（x，y）代表x，y间最短路径。d（，x），xÎ(，的特质见式（3-2）： 

d（，x）=（3-2） 

对于每个顶点的讨论实际就是将网络G转换为n个星型网络选址问题，其中是中心，各个最远点是星形网络的终点。最短距离矩阵S中的第i行的各元素表示G中顶点i到其它各顶点的最小距离。因此可以在顶点及到其它顶点的连线上找一个局部中心点，使该中心点到离它最远的顶点的大的距离最小，这个距离就是此局部中心点的局部半径。然而最大的距离值不一定是局部半径，这个顶点也不一定是这个网络的局部中心点，大多数局部中心点往往会出现在某两个顶点间的连线上。对于网络G的每个顶点，找到对应的局部半径，计算局部半径： 

=(+)/2（3-3） 

其中，最小的局部半径就是G的绝对半径，而该半径对应的局部中心是绝对中心，即救援点所在。因此，绝对半径r表示为： 

r=（3-4） 

尤其要注意网络的绝对半径只有一个，但是绝对中心可以是不止一个，因为两点间的最短路径可能不止一条。 

图3-1为重新换了符号的以为中心的星型网络图。其中，为中心顶点；为最优路径上离最远的点；是不在、最优路径上最远距离的点；为不在、最优路径上最远距离的点；为备选的应急救援点。 

图3-1以为中心的星型网络图 

应急救援点位置算法计算步骤如下： 

（1）找到最小距离矩阵S中第i行最大的值对应的； 

（2）找到S矩阵中此行次大值对应的； 

（3）根据最短路径矩阵P，判断是否在到的最优路径上，如果在，转到第（2）步，继续找次大值，继续下一步；如果不在，转到第（4）步，计算局部半径； 

（4）用公式（3-3）计算各行的局部半径； 

（5）用公式（3-4）计算绝对半径； 

（6）确定绝对中心即应急救援点的位置。 

四. 西安市无人机救援点布控方案构建 

基于上述分析，本部分以西安市雁塔部分区域为目标，分析实施本研究所建立的模型进行无人机救援点布控方案的可行性。 

西安市雁塔区行政区域面积约为152平方千米，人口约117.85万。根据规定的应急救援点建立该考虑的因素，假设将该区域分为七个生活区域，其中包括住宅区、学校、商场、超市、办公楼、公园等基础设施。区域间的交通运输联系发达，假如设区域中心点为这次突发事件的受灾点，通过上面用急救援点数量的计算方法，可得出应急救援点为三个，所以这三个点必须能够覆盖那个生活区域。 

图3-2是地图上分布的这七个区域和一些简单的信息，则图中的顶点个数为7，救援点的需求个数为3。根据简单的数据处理可得，图3-3是对其进行的简化可得该区域各区域之间的距离和交通途径（单位：km）。 

图3-2雁塔区卫星分布图 

图3-3简化后的距离图 

首先，距离矩阵A和最小距离矩阵S，并用Floyd算法算出最短路径矩阵P如下： 

A=           S= 

然后，通过最小距离矩阵S和最短路径矩阵P用公式（3-3）求出各个局部中心点和局部半径r。 

通过公式（3-4）计算出绝对半径为：r=。所以绝对中心在到的连线10-5.5=4.5上，在到的连线10-5.5=4.5上，在到的连线10-5.5=4.5上，在到的连线10-5.5=4.5上。 

综上所述，救援点的位置可以在上述四个绝对中心的位置中选择三个点。因此上述布控方案是可行的。 

  （张亮 广州民航职业技术学院）

参考文献 

[1] 中国民航报.中国通用航空应急救援的困境与机会[DB/OL].http://www.sirenji.com/article/201403/53313.html, 2014-03-26. 

[2] 张兵.通用航空应急救援规划思路[J].中国民用航空, 2008（7）, 20:20. 

[3] 朱燕, 邵荃, 贾萌,张海蛟, 张金石.通用航空应急救援点布局方法研究[J].河南科学, 2015-02, 33（02）:266. 

[4] 牟奇锋, 孙夕人.机场运行安全状态评价方法［J］. 交通运输工程与信息学报, 2011, 9（3）：12-16, 42. 

[5] 王太,石琼,姜彩良.基于急救时间的直升机高速公路救援网络布局方法［J］.中国公路学报, 2011, 24（03）:100. 

[6] Huang Rongbing, Kim S,Menezes MBC. Facility Location for Large-scale Emergencies［J］. Annals of Operations Research, 2010, 181（1）:271-286.