略論緊急狀態下鐵路旅客運輸徑路優化模型

黃曉莉

（中交一公局集團有限公司）

近年來，有關大型天災事故，以及社會上重大事件給鐵道旅客運輸帶來不利影響的消息出現在報紙雜志中，因緊急狀態產生時，通常都面臨著社會秩序紊亂，疏散人群緊張，設備效率低下，以及乘客安全隱患性較高一系列問題，所以上述的重大事件往往會造成大量經濟損失，以及對身體的傷害。因此，如何應對突發事件，降低災難帶來的危害就成為擺在我們面前迫切需要解決的難題之一。隨著科學技術水平的不斷提高，越來越多的人開始關注應急救援工作。鐵路運輸作為當前階段我國運輸方式中必不可少的部分，鐵路在當前階段是我國極為重要的載客交通工具之一，在緊急狀態下，特別是在發生大面積災害的情況下，鐵路系統迅速有效地組織人員運輸與撤離會極大地減少國家與人民的損失。

一、緊急狀態下鐵路旅客運輸特點

應急狀況是指在鐵路運輸系統中，由于某一范圍內尤其是在較大范圍內發生的自然或社會事件對列車旅客以及貨物形成的影響，或最后因該事件而形成的異常情況，如地震、大火、瘟疫、戰亂和襲擊等自然事故而造成的不正常狀況。在這些重大事件中最常見和最重要的就是緊急狀態下的鐵路系統的緊急疏散問題。在這一過程中，由于列車處于高速行駛之中，容易導致一些意外情況的產生，這些都會直接威脅到人們的生命安全，從而給人民群眾帶來巨大的損失和危害。緊急疏散是為了避免在緊急狀態下造成嚴重的人身傷亡和財產損失，維護社會公益而對鐵路乘客進行的緊急疏導。緊急狀態時鐵路系統各結構將發生巨大變化，鐵路旅客運輸將出現新特點。

（一）列車運行秩序混亂

重大事件特別是自然災害事件往往使得鐵路設施遭到破壞，鐵路線路局部或者小幅度垮塌，極大地降低了鐵路運輸能力并對鐵路網絡造成了損害，同時由于當今我國各鐵路已經趨于飽和，最終導致被破壞線路無法運行火車，鐵路車站被迫停運，從而引起車站擁堵秩序紊亂、人員滯留和安全隱患加大。為了避免此類突發事件，減少經濟損失以及人員傷亡，就必須在危險發生時及時進行應急救援，而這一過程的關鍵就是建立一套有效的快速響應機制及優化徑路的模型[1]。

（二）鐵路運輸能力緊張

鐵路運輸設備以年均所需容量分配（兼顧部分儲備），列車在很短的時間內超負荷運行，勢必造成運輸設備容量緊張，甚至造成站場阻塞，無法及時運送災民物資。一旦發生災害事故，就會造成重大經濟損失，并對人民群眾生命財產安全構成嚴重威脅。同時還可能影響國民經濟發展，破壞社會穩定。所以說鐵路運輸系統在國家經濟建設中占有重要地位。所以，車站設備的運輸能力要得到合理的發揮。目前，我國大部分鐵路沿線都設有調車作業站，因此，如何提高并調動鐵路機車運用效率是擺在我們面前的一個十分緊迫而艱巨的任務。

（三）安全隱患多

需要疏散的人員在鐵路車站內大量集中，很容易引起恐慌甚至騷亂等重大治安問題，與此同時候車等服務設施的容量也非常緊張，潛在的火災和爆炸的危險加大。如果不能及時有效地處理這些突發事件，很容易造成人員傷亡和經濟損失。尤其是一些重大惡性事件時有發生。所以需要維護車站的秩序，同時為了提高旅客服務質量，減少由于疏散出口設置不合理所導致的客流擁擠現象。因此，有必要對鐵路機車進行合理規劃布局并建立相應的安全防護體系。

二、鐵路旅客運輸徑路的優化算法

如今，也有專家就緊急狀況下城市和地區的居民疏散以及靜態區域的居民撤離等方面開展了深入研究，但關于緊急條件下鐵路運輸事件處理方面則少有關注。一些專家運用物理法中的某些模型對緊急狀況下鐵路旅客運輸路線的問題展開了深入研究，上述研究成果雖然發表后獲得了一定的實際作用，但也只是從原理上求固定兩個國家的鐵路旅客運輸路線最優預測值的問題，缺乏普適的基礎，更為重要的是還不能對緊急情況的地點和一系列與鐵道運輸相關的措施進行綜合優化，存在著片面性。于是，怎樣做到在普通狀況下對列車旅客運送路線最優化問題的合理處理變成了擺在人們眼前的一個關鍵問題，這就需要我們通過一系列的方法和手段去探索新的鐵路乘客運輸途徑選擇方案，同時也需要相關部門能夠及時掌握緊急狀態發生時的情況。另外，目前國內關于鐵路運輸方面的研究成果還很少，因此，急需一種新方法來解決這一問題。而鐵路運輸系統作為一個復雜大系統，需要綜合考慮多方面因素才能得到最優化結果。有鑒于此，本論文將從介紹緊急狀態鐵路運輸特征入手，對既有運輸路徑提出以鐵路客運站為主線的鐵路運輸途徑全面優化思路[2]。

基于鐵路旅客運營在緊急狀態中的鮮明特征，可以通過模糊多路徑決策問題以及基于點-線迭代懲罰算法的多徑路問題對該模型的求解。模型以乘客總延誤時間最短為優化目標，同時兼顧安全和效率兩個約束條件。在此基礎上給出了一種快速計算最優方案的實用計算方法。最后通過算例驗證了該方法的可行性及有效性，即站點優先權確定和運輸徑路集設置。

（1）站點優先權的確定。利用模糊多目標決策問題，構造了影響因素集X={X1,X2,X3},X1代表危險程度，X2代表疏散人員運量，X3代表站點運輸設備能力，得到了受災地區站點的優先權并確定了列車運行徑路后根據該優先權對站點進行了篩選。

創建了一個受災區域車站集C的總評論集（好,一般,差)，總評論的最大權值為Q=(Q1,Q,Q3)。為車站Ca的模糊評價矩陣U=(U1,U,U3)T；同時，可以按照實際條件確定各要素的總重量為P=(P1,P,P3)，其中P0=1，且PO＞0,o=1,3。利 用 混合乘積評判法，在C口的評價模糊向量為Ra=PUa，而c有評價模糊矩陣R=(R1,R,Rm)。因此對車站已有總評價值A=XRa，形成對受災地區車站集C的總評價集A{A1，A2，…，Am}，而通過對A排序，就可以求出受害地區列車的優先級，在確定列車運行徑路時按其優先級選定列車。

（2）運輸徑路集的建立。在緊急情況時，鐵路旅客的途經道路有可能被重新定義在經過帶有一定危險性的站點時，需要辨識出幾個不同的較短徑路以便識別。設置運輸徑路集，其流程為如下。

建立對徑路的總評語集｛“好”，“一般”，“差”}，且各評語對應最終選擇的權值為B=(B1，B2，B3)。對labk建 立 模糊評價矩陣Z=[Z1,Z2)]T；同時根據實際情況確定各因素的評價權重C=(C1，C2)，其中盯C1+C2=1，且C1＞0，C2＞0。采用混合乘積評判法，對labk的評價模糊向量是Wk=XZk。徑路集lab曲有評價模糊矩陣W=[W1,W2,…,Wl]，對labk評價有BK-XWk，形成對徑路集Lk的總評價集B={B1,B2,…,Bt}，通過對B排序可求出Ca到Db的最優徑路lab[3]。

三、鐵路客運站的運輸路徑優化

（一）高效掌控站內客流

為滯留在車站人員提供物質保障。處于緊急狀態時，一般客流量急劇增加、人員擁堵，就有可能導致滯留人員恐慌心理，最終引發安全治安等一系列問題。因此，為了確保旅客出行安全，減少或避免安全事故發生，有必要采取有效措施做好客流組織工作。加強疏導滯留人員的思想。疏散是處置突發事件中最重要的環節之一，鐵路系統的員工一定要注意撫慰滯留人員的情緒、確保物資供應、合理安排人員等候時間。

檢查車站存在的安全隱患，為了能夠更好地滿足這一需求，就需要做好列車運營工作，以保障列車運行效率與安全性。緊急狀態下會因為秩序混亂而產生很多安全問題，特別是某些不法分子趁機犯罪，對于這種情況一定要予以打擊。

建立有效的旅客上下車計劃。保證旅客能夠安全快速地到達目的地是車站運營工作中非常重要的環節之一，也是提高服務水平和服務質量的關鍵。因此對上、下列車的組織管理就顯得尤為重要。加強應急預案。緊急狀態下，要制定出一套旅客上下車計劃，如采用提前檢票，每個關鍵點都要分流客流。

（二）高效有組織的乘客運輸

（1）預先確定鐵路優先權問題。基于重大事件的概率性和隨機性，以及對該事故所造成危害等級和損害程度的不可預測性，以及滯留人員數量的不確定性等特征，本文將運用一個模糊化目標從車站可能面臨的威脅等級、設施能力、運輸能力、客流量值等方面判斷鐵路運輸的優先權。

（2）優化確定最優解。如果說本論文所討論的問題是緊急狀態鐵路旅客運輸路徑的總體優化問題的話，那最優路徑的確定就是其中的核心內容。從某種意義上講，列車停站方案是否合理直接關系到整個運營成本以及行車效率的高低。目前國內外對于列車停站問題都沒有一個統一有效的算法。本文對此進行了研究。因為原規劃的旅客運輸路線有可能會因重大事件而出現部分甚至更大程度的損壞，在運行中亦有可能出現嚴重安全隱患，這就要求鐵路管理當局根據各鐵路的實際情況，有效、正確、合理地決定各趟待駛列車行走路線順序和路徑方向，尤其是要采用如上許多學者所采用的地理學方式進行最優的路徑設計，也即采用點-線迭代懲罰的相異最短路徑線，尋求在事故發生后的鐵路運輸中最優路徑。

（3）最大限度利用運能。面對旅客人數較大地區，可在貨運路線條件許可的情況下適量加開列車，與此同時，自備線路的列車也可暫行發車，面對旅客人數較大、滯留人數較多的地區，可通過中間站或直通形式等運送旅客，以保證滯留人數撤離，緩解沿路車站的緊張氣氛。對于鐵路部門來說，應根據實際客流特征和運輸組織特點進行合理規劃；對于乘客出行目的地選擇行為及路徑決策過程中影響因素眾多且復雜的問題，運用模糊數學理論建立了模糊評價模型，并對各備選[4]。

（4）緊急狀態下的內燃機車保障方案。由于重大事件出現時會帶來很多不確定因素的影響，電力系統有可能出現中斷，造成列車無法正常行駛，所以緊急狀態需要保證內燃機供給與獨立發電機供給，同時還需要更新優化內燃機與獨立發電機裝置，以推動旅客運輸路徑的優化。

（三）高效有組織售票

高效、有組織地購票是鐵路旅客高效、有組織出行的基礎，需要針對緊急狀態的具體情況，綜合考慮和政府有關部門的交流結果，并堅持運輸能力確定購票方式。在保證旅客出行安全的前提下，應盡量擴大運距，減少中轉環節，縮短候車時間，實現“一小時”內到達車站或機場。有步驟地調整票源，強化新科技票務觀念，全天無間斷售票行駛；采用下列辦法：（1）增加了其他購票途徑；（2）對滯留人士的買票方式更為便利；（3）短信和網絡購票。并對代售網點實施有效的監督，建立系統的監督制度與計劃。

四、結語

鐵路運輸作為當前階段我國運輸方式中不可缺少的部分，鐵路部門統一組織人員運輸與疏散的能力決定著國家與民眾的損失程度，所以對于傳統旅客運輸路徑的優化便成為必然。本文以旅客安全為前提，從多個角度分析了目前應急情況下列車緊急調運存在問題，并提出相應對策。最后通過實例證明其有效性。實際運行過程中要樹立以人為本，為人民服務的思想，確保緊急狀態下旅客出行的物質供給，并在組織旅客撤離的同時確定旅客出行的最優路徑，以最終實現大道鐵路旅客出行路徑總體最優。

【相關鏈接】

各國客流分類不盡相同。中國按旅客乘車距離分為直通客流、管內客流和市郊客流三種（見鐵路客流計劃）。與之相適應而開行的旅客列車為直通旅客列車、管內旅客列車和市郊旅客列車。直通旅客列車在兩個及兩個以上鐵路局轄區內開行，管內旅客列車在一個鐵路局所管轄范圍內開行，市郊旅客列車在城市附近運行（見鐵路市郊旅客運輸）。旅客列車按運行速度和沿途停站多少可分為特別旅客快車、旅客快車和普通旅客列車。特別旅客快車的列車編組輛數少，運行速度高，途中停站次數少，停站時間短，大多在首都與大城市、大工業中心之間開行；旅客快車的運行速度較特別旅客快車低，較普通旅客列車高，多在較大的車站間開行。此外，還有專門在大城市和各名勝古跡及游覽地區所在站之間運行的旅游列車，在客流量不大的支線上開行由客貨車輛混編的客貨混合列車。

根據運輸對象的不同，鐵路運輸計劃還可分為鐵路旅客運輸計劃和鐵路貨物運輸計劃。鐵路旅客運輸計劃為滿足人們旅行需要，合理利用鐵路旅客運輸設備而制訂的用以組織旅客運輸工作的計劃。其內容主要有旅客運輸量、旅客周轉量和旅客平均運程等。據此可以確定旅客列車的行駛區段、編組內容和開行數量，為編制旅客列車運行圖、發揮客運設備能力、更好組織旅客運送提供了依據。20世紀末開始，年度旅客運輸任務以運輸主要指標預期值的形式下達，更體現了新形勢的新要求。

鐵路運輸計劃按時間分，可分為長期計劃、年度計劃和日常計劃。長期計劃屬遠景發展計劃。年度計劃直接反映出國家下達給鐵路的運輸任務及考核指標，是鐵路編制列車編組計劃、機車車輛運用計劃、列車運行圖以及分配各鐵路局、分局運輸任務的依據。日常計劃是指各有關業務部門按月、旬、日、班編制的各種生產作業的具體的短期計劃。