基于安全等級的鐵路與城市軌道交通安檢互認研究

吳蒙，孟毅美，榮文竽

(1.大連交通大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116028；2.南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 211100)①

2019年10月，交通運輸部印發了《城市軌道交通客運組織與服務管理辦法》，從國家層面規定，與火車站、長途客運站、機場等相銜接的車站提供的安檢場地應為安檢互認提供便利，以減少重復安檢，提高通行效率和服務水平.這一辦法的印發，說明了政府正在努力將便民這一理念落到實處，安檢互認勢在必行.

自2017年開始，成都東客站、北京南站、天津站等車站先后實行單向免檢或雙向安檢互認.這一系列舉措，都說明有關部門正在大力實施國家政策方針，努力提高旅客出行效率及滿意度，將便民思想落到實處.

國內關于鐵路和城市軌道交通安全的研究有很多.苗長俊[1]從人、設備、環境和管理4個方面，分析影響車站安全運營管理的因素，構建基于多層次模糊綜合評價的鐵路車站安全運營管理評價模型，得到車站工作人員的身心狀況和車站內部綜合環境指數是影響車站安全運營的重要因素.王寶寶[2]從現場作業和管理兩個層面分析鐵路車站安檢查危工作存在的問題，并提出改進措施.柳雪麗[3]分析了城市軌道交通系統安全可靠性影響因素，并提出建議. 韓一萱[4]通過對北京南站功能布局與換乘方式進行分析，基于鐵路客運車站與城市交通換乘組織的原則，從而找出存在的問題并提出建議.以往研究通常是對鐵路、城市軌道交通運輸方式或從車站角度的單一探討，缺乏對兩者的綜合評價分析.

本文提出基于車站及其所屬的運輸方式的安全等級評價法，構建安全等級評價指標，并基于可變模糊集理論對安檢互認可行性展開相關研究，以此為實施安檢互認提供理論依據.

1 安檢互認及其前提條件

對于安檢互認，目前還沒有明確定義.根據運輸行業實踐，可以將安檢互認定義為：為了避免旅客在鐵路與城市軌道交通間換乘時的二次安檢，實現換乘互通，通過減少安檢次數，提高旅客換乘效率的方法.

實現安檢互認，旅客在兩種運輸方式間換乘時不需要二次安檢，有效提升旅客在換乘過程中的通行效率，避免出現大量旅客在安檢處擁堵的情況發生，提高旅客換乘效率的同時，提高旅客的出行滿意度，充分體現“以人為本”的理念.

軌道交通車站間實施安檢互認，首先需要國家和社會層面的引導和具備旅客直接換乘的硬件條件；其次，通過對軌道運輸方式在禁限運物品方面的規定進行比較分析[5-6]，發現兩者在禁限運物品方面規定的內容基本一致.原則上為鐵路與城市軌道交通實現安檢互認提供了前提條件.

在此基礎上，有必要探索一種合理的、有效的方法，保證一次安檢條件下的旅客運輸安全.通過引入安全等級，比較鐵路與城市軌道交通在安全方面的要求高低，判斷兩者間實施安檢互認的可行性.

2 安檢互認可行性研究

2.1 安全等級的概念

由于安檢互認是一個較為新穎的概念，目前，尚無確切的衡量標準及研判方法，更沒有明確的實施標準的規章可依，基于此，本文提出基于車站及其所屬的運輸方式的安全等級進行可行性研究的方法，對比車站及其所屬的運輸方式安全等級評價結果的高低，從而確定能否進行安檢互認，或確定單向免檢的免檢方向.

由于目前對軌道交通車站安全等級沒有明確的規定，本文將安全等級定義為：在考慮到影響車站及其所屬的運輸方式安全的一系列因素基礎上，以不同的指標標準將這些因素劃分為高低不同的等級，通過對各指標再對安全程度要求方面的高低進行綜合判定，以此確定車站安全等級的高低，并以安全等級的高低確定安檢互認實施的可行性，或確定單向免檢的免檢方向.

2.2 安全等級的劃分

安全等級由高到低共劃分為五個等級，分別標識為一至五級.等級為一級，代表該車站及其所屬的運輸方式非常安全；等級為二至五級，依次表示為安全程度較高、安全程度一般、安全程度較低、安全程度低.

根據上述安全等級的劃分，當旅客經過安全要求較高的運輸方式 A 的檢查后，并在該種安全等級較高的運輸方式的運輸過程中，不出現危及自身或其他旅客生命財產安全的情況下，在直接換乘另一種安全要求等級相同或較低的運輸方式 B 時，無須進行二次安檢.

2.3 安全等級評價指標構建

基于安全等級確定車站安檢互認可行性時，本文將兩種運輸方式及其相連通的兩個車站進行統一分析比較，進行綜合的安全等級評價.

本文通過借鑒管理學“人-機-環-管”的思想[7]，結合本文研究的內容，將運輸過程中評價安全等級的指標分為：運能運量、人員及設備、環境及管理三方面，構建本文的安全等級評價指標，如圖1所示.

圖1 安全等級評價指標

3 可變模糊集理論

3.1 模糊性定義

客觀現象、事物處于共維條件下的差異，在中介過渡時所呈現的“亦此亦彼”性，稱為模糊性.符合模糊性定義的概念稱為模糊概念.

3.2 相對差異函數

(1)

(2)

3.3 可變模糊評價模型

根據可變模糊集理論，鐵路與城市軌道交通車站安全等級的評價模型的具體步驟如下：

根據上文提到的安全等級評價樣本的m個指標，構建評價對象的特征值向量為[9]：

X=(x1,x2,…,xm)

(3)

根據評價指標，確定安全等級評價指標標準區間矩陣Iab為：

(4)

式中:i=1,2,…,m；h=1,2,…,c.1級為最優級，c級為最劣級.

矩陣Iab即為各級指標標準值區間矩陣，它是己知矩陣；對于級別h指標i的范圍值區間[cih,dih]，可根據矩陣Iab中各級指標標準值區間兩側相鄰區間的上下限值確定.

安全等級評價指標的范圍區間Icd即為：

(5)

根據矩陣Iab，確定M為吸引域區間[aih,bih]中相對隸屬度等于1的點值，點值矩陣M：

(6)

根據特征值x與M的位置關系，若x落在Mih的左側，得其相對隸屬函數計算公式為：

(7)

若特征值x落在Mih的右側，得其相對隸屬函數計算公式為：

根據式(7)、式(8)，求得各指標對各安全級別的隸屬度，經歸一化處理后，可得相應的相對隸屬度矩陣jU：

(9)

根據可變模糊評價模型，則有樣本j對級別h的綜合相對隸屬度為：

(10)

式中：ju′h為評價對象對于安全級別h的綜合相對隸屬度；α為模型優化準則參數；ωi為指標i權重；p為距離參數，p=1為海明距離，p=2為歐式距離.

當α=1，p=1時，上式為模糊綜合評價線性模型；α=1，p=2時為理性模型；α=2，p=1時為S型函數；α=2，p=2時為模糊優選模型.

對式(10)進行歸一化處理，得到綜合相對隸屬度矩陣：

jU=(juh)

(11)

(12)

安全等級根據級別特征值法確定.設已知評價對象對于安全級別h的相對隸屬度分布列，稱：

(13)

為級別變量h的特征值.

由此可得最終的安全等級綜合評價結果為：

(14)

式中的i為參數的組合方式，i=1，2，3，4.由上式綜合評價樣本，根據級別判別的標準：

(15)

4 實例驗證

目前，在大連區域內能夠做到相銜接并有條件實施安檢互認的只有大連北站與大連地鐵一號線的大連北站站.

4.1 初始參數確定

本文的指標中既有定性指標，也有定量指標，本文選用相同的標準進行大連北站與地鐵大連北站站的評價區間、權重及特征值的確定.

本文的定性指標為旅客到達集中程度、車站工作人員工作情況、安檢等級、車站位置、車站旅客疏散能力、車站突發狀況應急能力， 定性指標的特征值根據客觀實際結合專家打分得出.

結合實際情況及專家意見，將這些定性指標的評價區間以百分制劃分為(90，100)(80，90)(60，80)(40，60)(0，40)五個區間，分值越高代表處于越高的安全等級，并給出各個指標的特征值.得到大連北站安全等級的定性指標特征值為(80，96，90，92，94，95)，地鐵大連北站站安全等級的定性指標特征值為(90，95，30，100，92，97).

本文的定量指標為客流量、車內旅客密度、開行頻次、旅客安全意識、運行時速、列車運行位置. 定量指標的特征值通過數據收集及現場調查方式得出.

(1)客流量

大連北站的日均客流量為4.1萬人，地鐵大連北站站日均客流量約為1.05萬人.

(2)車內旅客密度

一般情況下，鐵路旅客列車內旅客的立席密度保持在 0～3 人之間，本文綜合評定為 1 人；由于大連地鐵 1 號線在早晚高峰車內旅客密度較大，存在擁擠的現象，其他時間旅客密度較低，綜合評定為 5.5 人.

(3)開行頻次

查閱大連北站及大連地鐵發車時刻表，可得大連北站平均發車間隔為14 min，大連地鐵1號線平均發車間隔為7.6 min.

(4)旅客安全意識

通過實地發放的旅客安全意識調查問卷計算得，大連北站內的旅客平均得分為0.86分，地鐵大連北站站內的旅客得分為0.82分.

(5)運行時速

本文根據列車運行速度與列車設計最高時速的比值，確定特征值得分.目前，我國高鐵的設計時速為350 km/h，運行時速為300 km/h；大連地鐵1號線的設計時速為100 km/h，運行時速為80 km/h.因此大連北站發車的列車運行速度的特征值為0.86；地鐵大連北站站發車的列車運行速度的特征值為0.80.

(6)列車運行位置

本文通過分析列車運行位置的整條線路中在地上運行的長度和地下(山下)運行的長度所占比例來確定列車運行位置的特征值.計算得鐵路列車運行位置的特征值得分為90分，地鐵列車運行位置的特征值得分為100分.

根據重要性排序一致性定理確定指標權重，得到通過檢驗的指標權重重要性排序一致性標度矩陣E，運用經驗知識，對指標進行關于重要性程度的二元比較判斷，并利用語氣算子與模糊標度、相對隸屬度關系，見表2，得到各個指標的權向量，作歸一化處理[10].

表2 模糊語氣算子與模糊標度、相對隸屬度關系

E為通過檢驗的一級指標運能運量、人員及設備、環境及管理的重要性排序一致性標度矩陣.

運用經驗知識及表2，分別判斷各指標的重要性程度以及模糊標度，進而得到相對隸屬度ω.經歸一化處理后的權重ω=(0.47，0.31，0.22).同理得到二級指標的權重及各指標在整體中的權重[11].整理得大連北站及地鐵大連北站站的各指標權重及特征值見表3.

表3 車站指標權重及特征值表

4.2 車站安全等級評價

根據式(4)確定評價指標的吸引區間矩陣為：

根據式(5)、式(6)可確定相應的排斥區間及點值區間矩陣.

根據式(7)～式(14)，計算兩者的級別特征值.計算結果如表4所示.

表4 車站安全等級的級別特征值

大連北站的安全等級的評價結果為1.73，根據式(15)，安全等級歸屬于2級，偏向1級；地鐵大連北站站的安全等級的評價結果為2.26，根據式(15)，安全等級歸屬于2級，偏向3級.

由此可見，大連北站的安全等級要高于地鐵大連北站站，因此，旅客在大連北站下車后，在不與外界接觸的情況下，單方向免檢換乘地鐵的是可行的.

5 結論

(1)以大連北站及地鐵大連北站站為實例，運用基于可變模糊集理論的安全等級評價法進行評價.計算結果表明：乘坐高鐵到達大連北站的旅客下車后，在不與外界接觸的條件下，可單方向免檢進入城市軌道交通車站乘車；

(2)本文的研究方法可以為擬實施安檢互認的鐵路和城市軌道交通車站提供理論依據，對已實施安檢互認的車站的實施情況研判、方案優化提供借鑒.