鹿國偉，陶學(xué)強(qiáng)，段德光，張澤瑞，李 昊，陳 恩

（軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院衛(wèi)勤保障技術(shù)研究所，天津 300161）

0 引言

戰(zhàn)時(shí)傷員救護(hù)車輛運(yùn)用是當(dāng)前衛(wèi)勤保障裝備運(yùn)用研究的重要組成部分[1-2]，其中從營集傷點(diǎn)到后方救護(hù)所的傷員救護(hù)車輛運(yùn)用過程是衛(wèi)勤救治鏈路承上啟下的環(huán)節(jié)，處于“三區(qū)四級(jí)”[3]中的早期救治階段，是滿足“黃金1 小時(shí)”傷員救治的關(guān)鍵，關(guān)系到傷員能否及時(shí)到達(dá)后方救護(hù)所得到優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療救治。因此，其運(yùn)用情況的研究對(duì)于提高車輛運(yùn)送效率和傷員運(yùn)送及時(shí)率有重要價(jià)值。

戰(zhàn)時(shí)車輛裝備運(yùn)用研究是一項(xiàng)復(fù)雜、系統(tǒng)的工程[4]，包括影響因素、過程調(diào)度、數(shù)量編配、效能評(píng)估等[5-6]許多方面。目前，從宏觀角度對(duì)車輛運(yùn)用研究的成果較少，更多的是針對(duì)車輛運(yùn)用的某一方面進(jìn)行研究，比如饒宇輝[7]基于GIS/GPS 研究軍用車輛調(diào)度，趙東[8]通過目標(biāo)規(guī)劃法探討運(yùn)輸車輛編配，李宏偉[9]、王虓[10]研究了車輛調(diào)度算法，黃輝等[11]對(duì)應(yīng)急救援車輛調(diào)度策略進(jìn)行了研究，但這些研究缺乏整體性和系統(tǒng)性。因此，本文借鑒武器裝備運(yùn)用研究[12-14]中廣泛采用的建模仿真方法，基于Anylogic 建模仿真平臺(tái)[15-18]，采用多Agent 建模方法對(duì)救護(hù)車輛運(yùn)用過程進(jìn)行模擬仿真，探究戰(zhàn)時(shí)車輛運(yùn)用過程中各因素影響大小，并對(duì)車輛數(shù)量編配進(jìn)行分析討論，為衛(wèi)勤指揮人員決策提供輔助手段。

1 模型設(shè)計(jì)

1.1 傷員模型

1.1.1 傷員物理模型

傷員流是本文建模仿真的邏輯起點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)傷員救護(hù)車輛的調(diào)度運(yùn)用，是本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。傷員擁有數(shù)量、類型、運(yùn)送優(yōu)先級(jí)、運(yùn)送體位等多種屬性，其中與救護(hù)車輛運(yùn)用研究密切相關(guān)的是運(yùn)送優(yōu)先級(jí)和運(yùn)送體位。

（1）運(yùn)送優(yōu)先級(jí)。

戰(zhàn)時(shí)傷員運(yùn)送越早，醫(yī)療處置越及時(shí)，救治效果越好。為了保證傷員運(yùn)送有序開展，當(dāng)傷員產(chǎn)生較多時(shí)，通常按照傷員傷情確定傷員優(yōu)先級(jí)，進(jìn)而判斷傷員運(yùn)送順序。本文中運(yùn)送優(yōu)先級(jí)主要定義為輕傷員、中傷員和重傷員。

（2）運(yùn)送體位。

傷員體位主要由傷員的傷勢(shì)及傷部共同決定，影響運(yùn)送車輛容量，其中輕傷員和中傷員主要以坐姿為主，重傷員以臥姿為主。結(jié)合專家咨詢和實(shí)際情況，本文中定義體位為坐姿和臥姿，且1 名臥姿傷員與3 名坐姿傷員所需空間相同。

1.1.2 傷員產(chǎn)生數(shù)學(xué)模型

傷員產(chǎn)生過程與作戰(zhàn)對(duì)手、類型、環(huán)境等諸多因素相關(guān)，但尚無明確產(chǎn)生規(guī)律。為了更好地研究救護(hù)車輛運(yùn)用情況，采用場(chǎng)景分析理論，將傷員產(chǎn)生過程定義為均勻分布、泊松分布、脈沖函數(shù)3 種方式。

（1）均勻分布。

令傷員在單位時(shí)間內(nèi)以恒定概率a 均勻產(chǎn)生b名傷員，則在T 個(gè)單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生傷員的總數(shù)期望值S=a×b×T。均勻分布是在理想狀態(tài)下傷員產(chǎn)生過程較為均勻，不出現(xiàn)批量傷員，對(duì)救護(hù)車輛運(yùn)用影響較小。

（2）泊松分布。

（3）脈沖函數(shù)。

借鑒信號(hào)、電流等領(lǐng)域的脈沖函數(shù)理念，在前2個(gè)傷員產(chǎn)生方式基礎(chǔ)上，令δ（t）表示時(shí)刻t 產(chǎn)生的批量傷員數(shù)量。脈沖函數(shù)主要是模擬戰(zhàn)時(shí)極端情況下批量傷員產(chǎn)生，對(duì)車輛運(yùn)用影響較大。

1.2 車輛模型

1.2.1 車輛物理模型

救護(hù)車輛是運(yùn)用研究的主體，其屬性有類型、數(shù)量、容量、速度等因素，本文重點(diǎn)關(guān)注車輛類型和數(shù)量屬性。不同的作戰(zhàn)背景和部隊(duì)任務(wù)導(dǎo)致編配的救護(hù)車輛類型不同，本文僅涉及高機(jī)動(dòng)急救車（以下簡(jiǎn)稱“急救車”）和加裝汽車傷員運(yùn)輸附加裝置的運(yùn)輸車（以下簡(jiǎn)稱“運(yùn)輸車”）2 種救護(hù)車輛。

1.2.2 車輛行為模型

如圖1 所示，傷員按照設(shè)定函數(shù)和參數(shù)產(chǎn)生，隨機(jī)分配至各營集傷點(diǎn)等待運(yùn)送；營集傷點(diǎn)對(duì)傷員進(jìn)行分類排序，并立即向后方救護(hù)所發(fā)送車輛請(qǐng)求；后方救護(hù)所收到請(qǐng)求后，按照收到請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)，放入請(qǐng)求等待隊(duì)列；當(dāng)出現(xiàn)救護(hù)車輛空閑時(shí)，調(diào)度車輛至營集傷點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)送，否則繼續(xù)等待車輛。

圖1 救護(hù)車輛運(yùn)用流程

其中在營集傷點(diǎn)進(jìn)行傷員裝載時(shí)，存在傷員救治時(shí)效性與車輛空間利用率的沖突，此時(shí)各級(jí)指揮員會(huì)產(chǎn)生不同的調(diào)度策略，目前普遍采用的有3 種調(diào)度策略：

策略1 為傷員優(yōu)先，突出傷員救治時(shí)效性，當(dāng)車輛到達(dá)營集傷點(diǎn)后，裝載傷員立即后送。

策略2 為空間優(yōu)先，突出車輛空間利用率，當(dāng)車輛到達(dá)營集傷點(diǎn)后，若車輛仍有空間，在設(shè)定的時(shí)間范圍（一般不超過10 min）內(nèi)等待傷員滿載后進(jìn)行后送。

策略3 為重傷員優(yōu)先，兼顧傷員救治時(shí)效性和車輛空間利用率，當(dāng)車輛到達(dá)營集傷點(diǎn)后，若存在緊急救治傷員，車輛立即后送，否則在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)等待傷員滿載后進(jìn)行后送。

1.3 評(píng)估模型

救護(hù)車輛運(yùn)用情況可用評(píng)估指標(biāo)來度量，通過專家咨詢法設(shè)置傷員運(yùn)送及時(shí)率和車輛利用率2 個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。各指標(biāo)的定義如下：

（1）運(yùn)送及時(shí)率是根據(jù)“黃金1 小時(shí)”時(shí)效救治要求，車輛運(yùn)送傷員至后方救護(hù)所時(shí)，車輛不足導(dǎo)致運(yùn)送傷員出現(xiàn)不及時(shí)的概率，能夠直觀反映車輛是否滿足傷員需求情況。記T 時(shí)刻運(yùn)送傷員總數(shù)為S，其中超時(shí)運(yùn)送的傷員數(shù)為a，則運(yùn)送及時(shí)率Q 計(jì)算公式如下：

（2）車輛利用率是指車輛響應(yīng)請(qǐng)求進(jìn)行運(yùn)送保障的時(shí)間占總時(shí)間的比例。記tj為第j 輛車的運(yùn)行時(shí)間，T 為運(yùn)送傷員總時(shí)間，救護(hù)車數(shù)量為b，則車輛利用率U 計(jì)算公式如下：

2 多Agent 建模仿真實(shí)現(xiàn)

多Agent 建模本質(zhì)上是離散的，以個(gè)體為中心，更關(guān)注個(gè)體細(xì)節(jié)，可以較好地還原各主體之間的相互作用，是救護(hù)車輛運(yùn)用建模仿真研究較為理想的方法。本文利用Anylogic 8.7.0 建模仿真平臺(tái)中的多Agent建模仿真方法，將戰(zhàn)時(shí)傷員救護(hù)車輛運(yùn)用建模仿真系統(tǒng)劃分為傷員產(chǎn)生、排序裝載、車輛調(diào)度、總體調(diào)用4 個(gè)模塊。

2.1 傷員產(chǎn)生模塊

該模塊主要包括傷員Agent、傷員參數(shù)Agent、傷員產(chǎn)生Agent。傷員Agent 主要記錄傷員的順序號(hào)、優(yōu)先級(jí)、時(shí)間、位置等屬性信息，傷員參數(shù)Agent 主要是設(shè)定傷員產(chǎn)生方式和數(shù)量比例，傷員產(chǎn)生Agent 主要根據(jù)產(chǎn)生方式和數(shù)量比例生成傷員流，并隨機(jī)分配至營集傷點(diǎn)。傷員產(chǎn)生邏輯流程如圖2 所示。

圖2 傷員產(chǎn)生邏輯流程

2.2 排序裝載模塊

該模塊主要為營集傷點(diǎn)Agent，其任務(wù)首先是接收傷員產(chǎn)生模塊分配的傷員，然后按照運(yùn)送優(yōu)先級(jí)和運(yùn)送體位對(duì)傷員進(jìn)行分類排序，之后發(fā)出車輛請(qǐng)求和確定裝載傷員。營集傷點(diǎn)邏輯流程如圖3 所示。

圖3 營集傷點(diǎn)邏輯流程

2.3 車輛調(diào)度模塊

該模塊主要包括救護(hù)車Agent、急救車Agent 和運(yùn)輸車Agent。救護(hù)車Agent 主要記錄車輛類型、數(shù)量、容量、速度等屬性，急救車Agent 和運(yùn)輸車Agent主要確定調(diào)度的目標(biāo)營集傷點(diǎn)，調(diào)用傷員裝載規(guī)則和運(yùn)送傷員至后方救護(hù)所。急救車調(diào)度邏輯流程如圖4 所示。

圖4 急救車調(diào)度邏輯流程

2.4 總體調(diào)用模塊

該模塊主要負(fù)責(zé)初始化系統(tǒng)中各個(gè)資源的相關(guān)信息，管理和聯(lián)系其他嵌入Main 對(duì)象中的Agent。當(dāng)接收運(yùn)送請(qǐng)求時(shí)，首先判斷車輛空閑情況，確定調(diào)度車輛，并將請(qǐng)求信息傳遞給對(duì)應(yīng)車輛；車輛完成任務(wù)后，實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)中的相關(guān)資源信息，等待下次調(diào)度。總體調(diào)用邏輯流程如圖5 所示。

圖5 總體調(diào)用邏輯流程

3 典型案例應(yīng)用及分析

雖然戰(zhàn)時(shí)會(huì)盡可能滿足一線衛(wèi)勤保障車輛需求，以提高傷員運(yùn)送及時(shí)率，但過多的車輛必然導(dǎo)致后方救護(hù)所目標(biāo)過大，且造成人力、物力的浪費(fèi)。因此為了更好地探究車輛運(yùn)用規(guī)律，使車輛等裝備能夠發(fā)揮最大效能，也為指揮人員決策提供重要的參照，本文以救護(hù)車輛對(duì)某型部隊(duì)實(shí)施衛(wèi)勤保障為案例背景，選擇影響因素和數(shù)量編配2 個(gè)方面探究車輛運(yùn)用規(guī)律。

3.1 車輛運(yùn)用影響因素研究

如果將每個(gè)影響因素作為輸入變量，當(dāng)對(duì)其每個(gè)變量取值進(jìn)行組合試驗(yàn)，必然會(huì)帶來組合爆炸，在有限的時(shí)間和資源的限制下，必定是無法完成的任務(wù)。試驗(yàn)安排得好，事半功倍，反之則事倍功半，甚至達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。因此，在對(duì)仿真對(duì)象進(jìn)行仿真試驗(yàn)獲取參考數(shù)據(jù)時(shí)，必須進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，按一定規(guī)律確定少數(shù)具有代表性的試驗(yàn)因子空間。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的本質(zhì)是降維，常用的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)等。

根據(jù)相關(guān)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置表1 所示的影響因素和水平，如果將各個(gè)參數(shù)的取值進(jìn)行排列組合，則產(chǎn)生81 次仿真試驗(yàn)，需要花費(fèi)大量時(shí)間，也為后續(xù)的計(jì)算和分析帶來很大的困難。

表1 車輛運(yùn)用研究正交試驗(yàn)因素水平表

考慮到本文救護(hù)車輛運(yùn)用涉及到因素?cái)?shù)量和取值范圍，選用較為常見的正交試驗(yàn)方法[19-23]。根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理和車輛運(yùn)用研究的因素及水平，利用正交設(shè)計(jì)助手軟件生成本次試驗(yàn)的L9（34）正交表。同時(shí)，為了避免出現(xiàn)偶然誤差，仿真過程中采用Monte Carlo 試驗(yàn)方法，不改變輸入?yún)?shù)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。本次試驗(yàn)中，仿真次數(shù)設(shè)置為100 次，設(shè)置信度為95%，最終得到如下正交試驗(yàn)結(jié)果，詳見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，見表3，并構(gòu)建各因素極差圖，如圖6 所示，可以較為直觀地反映出各因素的主次順序和優(yōu)水平。

圖6 各因素極差圖

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析 單位：%

運(yùn)送及時(shí)率是車輛運(yùn)用最重要的指標(biāo)，直接關(guān)系傷員運(yùn)送及時(shí)率，影響到傷員的救治效果，作為優(yōu)先參考指標(biāo)。根據(jù)各因素極差，可以看出各因素對(duì)傷員運(yùn)送及時(shí)率的影響強(qiáng)弱順序是C＞D＞A＞B，說明在車輛裝備運(yùn)用影響因素研究中，更多關(guān)注傷員和救護(hù)車數(shù)量，傷員產(chǎn)生方式和車輛調(diào)度方式相對(duì)影響較小。

從傷員產(chǎn)生方式看，均勻分布對(duì)應(yīng)的運(yùn)送及時(shí)率最高，脈沖函數(shù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)送及時(shí)率最低，主要原因是傷員批量產(chǎn)生時(shí)車輛請(qǐng)求難以滿足，造成傷員運(yùn)送不及時(shí)；從車輛調(diào)度方式看，重傷員優(yōu)先策略使運(yùn)送及時(shí)率最高，空間優(yōu)先策略使運(yùn)送及時(shí)率最低，主要原因是重傷員對(duì)時(shí)效性要求高，需要優(yōu)先后送，過于關(guān)注車輛空間利用率則會(huì)耽誤傷員后送；從救護(hù)車數(shù)量與傷員數(shù)量看，傷員運(yùn)送及時(shí)率與車輛數(shù)量呈正比，與傷員數(shù)量呈反比，這2 個(gè)因素對(duì)車輛運(yùn)用影響較大，與試驗(yàn)預(yù)期基本一致，指揮員需要在戰(zhàn)前對(duì)二者數(shù)量進(jìn)行重點(diǎn)預(yù)測(cè)評(píng)估。

3.2 車輛運(yùn)用數(shù)量編配研究

由于車輛編配數(shù)量和組合的有限性，為使車輛效用最大化，利用泊松分布方式產(chǎn)生200 名傷員，采用傷員優(yōu)先調(diào)度策略，以目前常用的車輛編配數(shù)量為例，探究不同車輛編配數(shù)量和組合下的各指標(biāo)情況，結(jié)果見表4。

表4 不同車輛編配數(shù)量和組合下各指標(biāo)情況

從車輛編配數(shù)量看，當(dāng)兩型救護(hù)車編配比例相同時(shí)，隨著車輛數(shù)量增加，傷員運(yùn)送及時(shí)率明顯提高，兩型救護(hù)車?yán)寐氏陆担f明車輛數(shù)量與運(yùn)送及時(shí)率呈正比，與救護(hù)車?yán)寐食史幢?。此外，?dāng)車輛數(shù)量為6 時(shí)，運(yùn)輸車?yán)寐什蛔?0%，說明其在大部分時(shí)間為空閑狀態(tài)，編配數(shù)量不夠合理。

從車輛編配組合看，當(dāng)車輛編配數(shù)量確定時(shí)，急救車數(shù)量越多傷員運(yùn)送及時(shí)率越低，利用率越低；運(yùn)輸車數(shù)量越多傷員運(yùn)送及時(shí)率越高，利用率也越低。急救車?yán)寐首兓仁苘囕v數(shù)量影響相對(duì)較大，主要原因是急救車僅能裝載2 名臥姿（或6 名坐姿）傷員，相對(duì)于運(yùn)輸車可以裝載12 名各類體位傷員，車輛容量明顯不足。二者對(duì)比說明，運(yùn)輸車是運(yùn)送批量傷員的有力工具，但是由于現(xiàn)實(shí)中運(yùn)輸車救治條件的有限性，目前僅能作為應(yīng)急備選車輛。

綜合車輛數(shù)量和組合來看，當(dāng)救護(hù)車輛數(shù)量為4 時(shí)，通過調(diào)整車輛比例，傷員運(yùn)送及時(shí)率可以達(dá)到90%以上，與救護(hù)車輛數(shù)量為6 的最大傷員運(yùn)送及時(shí)率相差不太多。說明當(dāng)車輛資源緊張時(shí)，通過合理配比兩型車輛，傷員運(yùn)送及時(shí)率也可以達(dá)到較高水平，為指揮員編配車輛提供了思路。

4 結(jié)語

本文基于Anylogic 建模仿真平臺(tái)，通過構(gòu)建傷員模型和車輛模型，模擬戰(zhàn)時(shí)傷員救護(hù)車輛運(yùn)用過程，較好地體現(xiàn)了不同傷員產(chǎn)生方式和數(shù)量、車輛調(diào)度策略和數(shù)量對(duì)傷員運(yùn)送及時(shí)率的影響大小，并對(duì)車輛數(shù)量編配進(jìn)行了探究，說明了建模仿真方法對(duì)于車輛運(yùn)用研究的有效性。此外，本文僅從影響因素和編配數(shù)量方面對(duì)車輛運(yùn)用進(jìn)行了分析，但車輛裝備運(yùn)用涉及內(nèi)容較多，其研究內(nèi)容還需要進(jìn)一步拓展完善。