CN111680825A - 一种城市消防救援空间可达性评估方法 - Google Patents

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陈跃红
张晓祥
夏泽龙
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Abstract

本发明公开了一种城市消防救援空间可达性评估方法，步骤：根据消防站的消防人员数和消防车辆数计算消防站的供应服务能力；根据历史消防事件出动的消防车辆数量与负责救援的消防站的供应服务能力计算每个历史消防事件的供给需求比；根据消防救援服务标准，构建消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型；利用供给需求比与空间分段阻抗模型计算各历史消防事件的空间可达性；根据各历史消防事件的空间可达性，利用消防站辖区边界综合计算得到各消防站辖区的空间可达性。本发明具有实用性强、评估精度高等优点，适用于城市消防救援的资源优化配置。

Description

一种城市消防救援空间可达性评估方法
技术领域
本发明属于地球空间信息技术领域，特别涉及了一种空间可达性评估方法。
背景技术
火灾是威胁全球公共安全和社会发展的重大灾害之一。每年，火灾在全球造成数百亿美元的损失，估计约占全球GDP的1％，每年约265000人死亡直接或间接相关，而随着城市化进程的加快，火灾事故越来越频繁和复杂。快速及时的火灾救援能最大限度减少财产损失与伤亡，空间可达性是度量城市公共服务设施空间均衡性的重要方法之一，其被大量用于评价火灾救援服务可获得性的重要指标。通过对城市火灾救援的空间可达性评估，可以找出可达性低的消防站，提高政府的重视程度，加大可达性低区域的资源配置从而减少灾害响应时间。空间可达性是对地表空间中供给与需求比的空间综合，国内外学者提出了许多有效的度量方法。这些方法中，两部移动搜索法(2SFCA)被广泛关注，2SFCA首先由Mu&radke提出，该方法是通过考虑了供应能力、需求规模、空间阻抗以及空间最大服务范围实现对公共服务设施空间可达性的度量。由于两部移动搜索法2SFCA考虑的因素全面且操作简单，被用于诸多领域。同时，国内外学者对其进行了大量改进以使其更适用不同情景。
利用2SFCA及其改进方法在消防救援空间可达性分析中也有大量应用。2SFCA被用于度量美国达拉斯消防服务的空间可达性，并发现其与意外的住宅火灾相关伤害密切相关，为消防站选址提供了重要参考。利用增强的2SFCA方法，根据研究区当今与未来人口发展趋势计算了消防站的可达性，并分析出由人口不断增长导致的未来消防可达性低的区域，为未来政府的消防站建设规划提供了重要参考信息。为同时考虑空间与非空间影响火灾发生的因素，对2SFCA方法进行了改进。然而，现有的这些改进的2SFCA方法存在空间阻抗与搜索范围不适用于消防救援空间可达性评估的问题。第一，这些方法在考虑空间阻抗时主要用起点到终点(OD)点的欧氏直线距离而未使用真实交通路网的距离或时间作为阻抗，会导致空间可达性结果的偏差。第二，现有这些方法主要计算搜索圆内的供需比而未考虑消防站实际的服务边界作为搜索范围，因为绝大多数消防救援中每个消防站负责自己服务范围的消防事件，需求方消防事件没有选择消防站的权利，不像其他公共服务需求方有选择供给方的权利。
发明内容
为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了一种城市消防救援空间可达性评估方法。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：
一种城市消防救援空间可达性评估方法，包括以下步骤：
(1)根据消防站的消防人员数和消防车辆数计算消防站的供应服务能力；
(2)根据历史消防事件出动的消防车辆数量与负责救援的消防站的供应服务能力计算每个历史消防事件的供给需求比；
(3)根据消防救援服务标准，构建消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型；
(4)利用步骤(2)得到的供给需求比与步骤(3)得到的空间分段阻抗模型计算各历史消防事件的空间可达性；
(5)根据步骤(4)得到的各历史消防事件的空间可达性，利用消防站辖区边界综合计算得到各消防站辖区的空间可达性。
进一步地，在步骤(1)中，所述消防站的供应服务能力的计算式如下：
si＝fi+ci
上式中，si为消防站i的供应服务能力，fi为消防站i的消防人员数量，ci为消防站i的消防车数量。
进一步地，在步骤(2)中，所述历史消防事件的供给需求比的计算式如下：
Figure BDA0002491372950000031
上式中，R(j)为消防事件j的供给需求比，dj为对消防事件j出动的消防车数量。
进一步地，在步骤(3)中，所述消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型如下：
Figure BDA0002491372950000032
上式中，g(tij)为空间分段阻抗模型，tij为从网络地图获取的负责消防站i到消防事件j的路网时间，t0为消防救援服务标准允许的最长到达时间。
进一步地，在步骤(4)中，所述历史消防事件的空间可达性的计算式如下：
a(j)＝R(j)g(tij)
上式中，a(j)为消防事件j的空间可达性。
进一步地，在步骤(5)中，所述消防站辖区的空间可达性的计算式如下：
Figure BDA0002491372950000033
上式中，A(i)为消防站i辖区的空间可达性，n为消防站i辖区内的历史消防事件的数量。
采用上述技术方案带来的有益效果：
本发明针对城市消防救援空间可达性评估问题，开展利用历史消防事件数据、网络地图获取的消防站到消防事件OD点的精确路网时间和消防站辖区范围来度量消防站的空间可达性，具有实用性强、评估精度高等优点，适用于城市消防救援的资源优化配置；具体地：
(1)本发明是一种全新的城市消防救援空间可达性评估方法，利用历史消防事件数据、网络地图获取的消防站到消防事件OD点的精确路网时间和消防站辖区范围开展城市消防站空间可达性评估，而传统的方法未使用网络地图获取的消防站到消防事件OD点的精确路网时间和消防站辖区范围；
(2)本发明方法运用丰富的消防事件历史数据(包括历史消防事件的位置、出动的消防车数量等)和消防站的多维数据(包括消防人员数量与消防车数量)，能够计算更加准确的消防供给需求比；
(3)本发明方法综合考虑了国家消防救援标准与网络地图获取的精确的消防站到达消防事件的路网时间，通过构建空间分段阻抗模型能够更加精准地度量空间阻抗；
(4)本发明方法在计算消防空间可达性时，利用了实际的各个消防站的辖区边界，而与传统的仅利用搜索圆不同，利用辖区边界进行计算能计算更加符合真实情况的消防站的空间可达性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是在南京市开展的城市消防救援空间可达性评估结果示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明设计了一种城市消防救援空间可达性评估方法，如图1所示，步骤如下：
步骤1：根据消防站的消防人员数和消防车辆数计算消防站的供应服务能力；
步骤2：根据历史消防事件出动的消防车辆数量与负责救援的消防站的供应服务能力计算每个历史消防事件的供给需求比；
步骤3：根据消防救援服务标准，构建消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型；
步骤4：利用步骤2得到的供给需求比与步骤3得到的空间分段阻抗模型计算各历史消防事件的空间可达性；
步骤5：根据步骤4得到的各历史消防事件的空间可达性，利用消防站辖区边界综合计算得到各消防站辖区的空间可达性。
在本实施例中，上述步骤1采用优选方案，所述消防站的供应服务能力的计算式如下：
si＝fi+ci
上式中，si为消防站i的供应服务能力，fi为消防站i的消防人员数量，ci为消防站i的消防车数量。
在本实施例中，上述步骤2采用优选方案，所述所述历史消防事件的供给需求比的计算式如下：
Figure BDA0002491372950000051
上式中，R(j)为消防事件j的供给需求比，dj为对消防事件j出动的消防车数量。
在本实施例中，上述步骤3采用优选方案，所述消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型如下：
Figure BDA0002491372950000052
上式中，g(tij)为空间分段阻抗模型，tij为从网络地图获取的负责消防站i到消防事件j的路网时间，t0为消防救援服务标准允许的最长到达时间。
在本实施例中，上述步骤4采用优选方案，所述历史消防事件的空间可达性的计算式如下：
a(j)＝R(j)g(tij)
上式中，a(j)为消防事件j的空间可达性。
在本实施例中，上述步骤5采用优选方案，所述消防站辖区的空间可达性的计算式如下：
Figure BDA0002491372950000061
上式中，A(i)为消防站i辖区的空间可达性，n为消防站i辖区内的历史消防事件的数量。
图2为在南京市开展的城市消防救援空间可达性评估结果，图中(a)为传统的两步移动搜索方法评估结果，(b)为本发明的城市消防救援空间可达性评估结果。整体而言，两种方法的可达性空间分布差异均较大，呈现圈层式分布，高可达性区域集中在南京中心城区，并由中心城区向外围郊区逐渐递减，低可达性区域则分布在南京市外围区域。本发明结果从市区往郊区的可达性下降比传统的方法明显，这是因为传统方法利用两点之间的欧式直线距离。理论上大多直线距离比真实路网距离小，因而传统方法结果呈现城市消防救援空间可达性的高估现象，而本发明方法的结果更符合真实情况。传统方法结果的高估在数量上体现在，第5等级(>25)中出现了1个辖区被高估，第4等级(20-25)有5个辖区被高估，第3等级(15-20)有8个被高估，第2个等级(10-15)有5个被高估。
实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种城市消防救援空间可达性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据消防站的消防人员数和消防车辆数计算消防站的供应服务能力；
(2)根据历史消防事件出动的消防车辆数量与负责救援的消防站的供应服务能力计算每个历史消防事件的供给需求比；
(3)根据消防救援服务标准，构建消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型；
(4)利用步骤(2)得到的供给需求比与步骤(3)得到的空间分段阻抗模型计算各历史消防事件的空间可达性；
(5)根据步骤(4)得到的各历史消防事件的空间可达性，利用消防站辖区边界综合计算得到各消防站辖区的空间可达性。
2.根据权利要求1所述城市消防救援空间可达性评估方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述消防站的供应服务能力的计算式如下：
si＝fi+ci
上式中，si为消防站i的供应服务能力，fi为消防站i的消防人员数量，ci为消防站i的消防车数量。
3.根据权利要求2所述城市消防救援空间可达性评估方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述历史消防事件的供给需求比的计算式如下：
Figure FDA0002491372940000011
上式中，R(j)为消防事件j的供给需求比，dj为对消防事件j出动的消防车数量。
4.根据权利要求3所述城市消防救援空间可达性评估方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述消防站与消防事件之间路网时间的空间分段阻抗模型如下：
Figure FDA0002491372940000021
上式中，g(tij)为空间分段阻抗模型，tij为从网络地图获取的负责消防站i到消防事件j的路网时间，t0为消防救援服务标准允许的最长到达时间。
5.根据权利要求4所述城市消防救援空间可达性评估方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述历史消防事件的空间可达性的计算式如下：
a(j)＝R(j)g(tij)
上式中，a(j)为消防事件j的空间可达性。
6.根据权利要求5所述城市消防救援空间可达性评估方法，其特征在于，在步骤(5)中，所述消防站辖区的空间可达性的计算式如下：
Figure FDA0002491372940000022
上式中，A(i)为消防站i辖区的空间可达性，n为消防站i辖区内的历史消防事件的数量。
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