基于城市軌道交通多源信息的線網綜合應急指揮系統功能研究

宋曉敏，王 洋，胡雪霏，吳 可

（1.交通運輸部科學研究院，北京 100029；2.城市公共交通智能化交通運輸行業重點實驗室，北京 100029；3.城市軌道交通運營安全管理技術及裝備交通運輸行業研發中心，北京 100029）

0 引言

隨著我國城市軌道交通線網規模的擴大和運營單位數量的增加，城市軌道交通各類突發事件應急處置面臨新的問題和挑戰，尤其體現在線路之間的運營協調能力不足、應急資源的共建共享不夠和制定科學的應急決策難度大等方面。在突發事件應急處置過程中，準確及時的信息采集、處理和分發，對于突發事件發生后科學及時地做出決策至關重要，而這離不開應急管理信息系統的研發。國內多地在積極探索建立城市軌道交通線網綜合應急指揮系統（以下簡稱“綜合應急系統”），以提高城市軌道交通應急指揮的信息化水平，實現應急信息的高速流轉和應急資源的共建共享，為城市軌道交通的安全可靠和高效運行提供有效的技術支持。

在城市軌道交通安全應急能力提升和系統化建設方面，國內專家學者已開展了相關研究，依托部分項目也進行了一些實踐。在應對不同類型突發事件的應急處置方面，劉悅等[1]、張開婷等[2]、石俊剛等[3]針對大客流類突發事件的應急處置開展了研究，劉維慶等[4]、魏琳等[5]、張敏等[6]針對設施設備故障、火災、恐怖襲擊等突發事件的應急處置開展研究，為綜合應急系統建設引入相關類型基礎數據提供了支撐；在應急物資配備和布置方面，盧弋等[7]、李平等[8]、雷斌等[9]開展了相關研究，為綜合應急系統建設中引入應急物資類數據奠定了研究基礎；在風險分級管控和隱患排查治理雙重預防方面，范博松等[10]提出了基于復雜網絡的有向權重動態風險模型，分析了導致突發事件的關鍵風險因素和突發事件給運營造成的滯后時間長度；在綜合應急系統建設和功能設定方面，賈文崢等[11]、莫義弘[12]、梁強生[13]、劉新科等[14]采用情景分析、業務模塊設計等方法明確了不同應急指揮系統的功能需求和建設重點。當前，在工程項目實踐方面，北京、上海、廣州等城市已經初步建設了線網綜合應急系統；成都、重慶、西安等城市隨著線網擴大正在建設線網級的綜合應急系統，孫佃升[15]在研究中介紹了相關工程的建設情況。分析上述文獻發現，當前大部分研究基于城市軌道交通應急處置的突發事件類型、業務流程等對綜合應急系統功能進行設置，缺少從人員信息需求角度出發的多源信息流相關研究，難以有體系地支撐系統建設過程中數據源的收集工作。

科學的應急指揮需要大量多源信息的支撐，在大數據的基礎上實現系統的應急指揮和輔助決策將是未來的發展方向[16]。本文通過問卷調查、專家咨詢等方法梳理現有線網綜合應急系統在多源信息集成方面的短板和不足。在此基礎上，從綜合應急系統需要的各類多源信息出發，提出一種考慮線網應急指揮決策者（Decision Makers,DM）、線網調度人員（Dispatching Personnel,DP）、現場應急救援人員（Rescue Workers,RW）和乘客（Rail Passengers,RP）四種角色需求的綜合應急系統功能確定方法。

1 當前各地線網應急系統存在的主要問題

為充分摸清當前國內各城市軌道交通線網層面應急指揮存在的主要問題和對系統功能需求，本文對北京、上海、廣州、成都、長沙等27座城市綜合應急系統建設現狀進行了調研，梳理歸納了當前我國城市軌道交通線網層面應急指揮存在的主要問題如下。

1.1 多源信息收集的要素不夠全面

主要體現在城市軌道交通發生突發事件時，線網決策層無法第一時間看到事發現場的狀況，無法對事件的影響進行科學判斷。存在不同運營主體間應急物資、應急人員信息不共享的情況。當調用應急物資和應急人員時，無法準確判斷物資和人員到達事發現場所需的時間，或者應急設施設備和應急人員調度不合理，到達現場后人員與設施設備不匹配，導致現場處置無法及時開展。在缺少信息支撐的情況下，部分應急決策依靠個人經驗，缺少科學性。

1.2 多源信息收集的現實條件參差不齊

各地城市軌道交通運營專業系統建設情況和建設基礎各不相同，影響到綜合應急系統監測預警、應急資源調度和應急指揮等功能的實現。以綜合監控系統為例，部分新建線路和大部分老舊線路沒有設置綜合監控系統，未實現電力監控、環境與設備監控和站臺門監控等系統的集成。這影響到綜合應急系統對各專業設備狀態監控預警等功能的實現路徑。此外，以視頻監控功能為例，從線網調度指揮者的需求出發，能實時調看突發事件現場車站和列車的視頻是基本需求，但是，部分城市在采購列車時因未考慮列車視頻監控系統的建設需求，導致綜合應急系統也無法實現對列車的視頻監控功能。

1.3 各專業系統分散建設導致數據集成度低

為實現對各類應急資源的管理，有些城市軌道交通運營單位建立了數字化應急預案管理系統、應急物資管理系統、應急人員管理系統、應急信息發布系統等多種應急系統，但是各類系統間集成化程度較低、系統平臺多，導致應急時信息查詢流程復雜，影響應急處置效率和效果。

2 多源信息需求分析

多源信息是指與行車組織、客運組織等城市軌道交通運營生產和突發事件應急處置相關的持續變化的各類信息的總和。為應對城市軌道交通運營各類突發事件，不同用戶所需要的多源信息各不相同。本文針對線網應急指揮決策者（DM）、線網調度人員（DP）、現場應急救援人員（RW）和乘客（RP）四類用戶，分析不同用戶對多源信息的需求。

2.1 基于線網應急指揮決策者（DM）的多源信息需求

對于應急指揮決策者而言，作出城市軌道交通突發事件處置決策時需要第一時間獲取現場情況、應急處置資源情況等信息。歸納起來，為了給出科學合理的應急指揮決策，線網應急指揮的決策人員對多源信息的需求如下：

1）突發事件發生的時間、地點、現場情況和先期處置情況等信息；

2）可能造成或已經造成的后果，包括傷亡人數和財產損失情況等信息；

3）現場處置進度和狀態信息；

4）突發事件對線網總體運行的影響等信息。

2.2 基于線網調度人員（DP）的多源信息需求

在突發事件應急處置過程中，線網調度人員承擔信息上傳下達、輔助決策者作出科學決策等作用。線網調度人員應能第一時間獲知現場情況、所需應急物資儲備地點和狀態、人員和物資到達現場的時間以及事件處置實施情況等。歸納起來，線網調度人員對多源信息的需求如下：

1）全網風險點管控信息；

2）發生突發事件時線網的客流信息；

3）突發事件對本線路行車組織的影響，以及與本線路存在換乘關系的其他線路的行車組織等信息；

4）相關設施設備運行狀態信息；

5）突發事件應急處置需要的應急物資、應急救援人員分布位置和狀態信息；

6）突發事件現場的視頻信息；

7）與應急事件相關的天氣等外部信息。

2.3 基于現場應急救援人員（RW）的多源信息需求

現場應急救援人員是突發事件應急處置的基礎力量，需要在事發后盡快趕赴現場進行處置，并確保應急物資的數量、狀態等滿足應急處置需求。歸納起來，現場救援人員對多源信息的需求如下：

1）突發事件發生的具體地點以及趕赴突發事件現場所需要的時間信息；

2）現場救援和處置需要的應急物資的位置、狀態等信息。

2.4 基于乘客（RP）的多源信息需求

當遇到突發事件時，采用城市軌道交通出行的乘客需首先確保自己處于安全狀態。在人身安全可以保障的情況下，乘客對于多源信息的主要需求如下：

1）預計線路恢復正常運行的時間信息；

2）突發事件所在車站周邊其他交通方式如公交車、出租車的位置信息和路況狀態信息；

3）突發事件原因及事件處置進度等信息。

3 多源信息內容及來源途徑分析

城市軌道交通正常運營建立在設施設備運行正常、外部環境可控、乘客狀態正常且客流量可控的基礎上，當出現設施設備故障、突發大客流、保護區事件或自然災害等外部風險增大時，容易引發城市軌道交通突發事件。根據城市軌道交通線網應急處置需要，將城市軌道交通綜合應急系統需要的各類多源信息分為客流信息、行車信息、設施設備信息、視頻類信息、生產類信息、外部信息等六大類。不同來源包含的重點信息如圖1所示。

圖1 綜合應急系統多源信息集成示意

3.1 客流信息

客流量大小直接影響城市軌道交通運營安全水平，當出現突發大客流時，容易誘發擁擠踩踏、夾人動車等事件。因此，有必要實時了解線網客流情況。客流信息主要包括實時的和統計的進出站客流、線路和斷面客流、換乘站的換乘客流等信息。客流信息的采集主要有以下兩種途徑：一是通過自動售檢票系統可以精確地獲取進站和出站客流信息；二是通過模型推算并輔助以其他技術手段校驗得到的信息，比如線路和斷面客流信息通過清分模型對自動售檢票的數據進行路徑清分后推算得到。此外，有些城市軌道交通運營單位正在嘗試采用列車稱重技術、視頻分析技術、GPS 定位技術、WiFi 嗅探、App 感知等技術輔助校驗線路和斷面客流信息的準確性。

3.2 行車信息

行車組織是影響乘客出行效率和出行安全的關鍵因素。當行車組織與客流量不匹配時，可能導致車站客流淤積、換乘通道擁堵等情況，影響城市軌道交通運營安全。行車信息主要包括車次號、車組號、運行方向、目的地等列車基本信息，列車位置以及正常、阻塞或延誤等列車狀態信息，列車計劃運行圖、列車實際運行圖和列車運行里程數據等信息。行車信息主要來源于線路信號系統。

3.3 設施設備信息

土建、車輛、供電、信號以及站臺門等各類機電設備的運行狀態直接影響到城市軌道交通行車組織和客流組織，因此，設施設備正常運行是保障城市軌道交通運營安全的關鍵因素。據統計，自2020年來，我國發生的因車輛、供電等系統故障導致的運營險性事件已超過10起。設施設備信息具體包括：①車站、區間的建筑結構、隧道埋深、平縱斷面信息等；②車輛的牽引、制動、走行部、車門等重要設備的運行狀態和故障報警，車載設備運行狀態和故障報警，緊急手柄、緊急呼叫、車門緊急解鎖、逃生門開啟等應急觸發信號等信息；③供電設備的遙信、遙測數據和繼電保護動作記錄、故障報警等信息；④信號設備如信號機、道岔、軌道區段等的運行狀態和故障報警等信息；⑤隧道通風、車站通風空調、給排水、照明、站臺門、電（扶）梯等設備的運行狀態和故障報警等信息；⑥火災報警信號、消防設施設備的聯動狀態和故障報警等信息。設施類信息主要來源于工程建設階段的相關資料，設備信息主要來源于各專業設備系統，或來自線路綜合監控系統。

3.4 視頻類信息

視頻監控系統是線網應急決策者、線網調度人員了解現場情況的重要手段，對于及時發現突發大客流、火災等運營突發事件具有重要的意義。視頻類信息主要包括三類：①設置在車站的視頻監控系統的視頻信息，實現對包括車站出入口、站廳、站臺、設備房等空間的視頻監控；②設置在列車上的視頻監控系統的視頻信息，實現對駕駛室、車廂和軌行區的視頻監控；③為應急救援人員配置的智能終端設備等移動端的視頻信息，實現對突發事件現場的視頻上傳。

3.5 生產類信息

生產類信息主要指維修施工管理、數字化應急預案、應急人員管理、應急物資管理等信息。生產類信息的主要來源是運營單位建立的維修施工管理系統、數字化應急預案、應急人員管理系統、物資管理系統等。

3.6 外部信息

近年來，城市軌道交通受到大風、暴雨等自然災害以及保護區施工等的影響越來越大，時有發生的車站淹水倒灌、保護區違法施工打穿隧道等情況給城市軌道交通運營安全帶來了不小的威脅。從城市軌道交通突發事件發生和處置要素角度看，外部信息主要包括三類：①外部預警類信息，包括對城市軌道交通安全運營產生影響的氣象信息、地震等地質災害類信息、公共安全類預警信息、公共衛生類預警信息、車站周邊大型活動信息等；②外部資源類信息，包括城市其他單位的可為城市軌道交通運營突發事件所用的應急救援隊伍、物資以及公交、消防、醫療等資源信息；③外部乘客服務類信息，包括乘客等社會群體對城市軌道交通運營突發事件的反應和訴求。外部信息的來源主要是外部專業系統、互聯網以及與相關單位建立的聯動機制。

4 基于多源信息集成的綜合應急系統功能分析

基于前文關于線網應急指揮決策者（DM）、線網調度人員（DP）、現場應急救援人員（RW）和乘客（RP）四類用戶對多源信息的需求分析，以及系統可采集的各類多源信息，結合信息集成和統計分析等，城市軌道交通綜合應急系統可實現以下功能。

4.1 對突發事件的動態監測預警

通過對各設施設備的信息集成，可實現對各系統的狀態監測，實現對設施設備故障導致的突發事件的預警；通過對客流信息的集成和監測以及視頻類信息的集成，可實現對突發大客流等突發事件的預警；通過對外部預警類信息的集成和監測，可實現對突發自然災害、突發公共安全事件、突發公共衛生事件等可能影響城市軌道交通正常運營事件的預警。

4.2 應急處置時的輔助決策

發生突發事件時，通過對客流信息和視頻類信息的集成，可實時了解突發事件現場客流情況，輔助做出開展客流管控或緊急疏散等決策。通過行車信息集成，可實時了解行車狀態，結合客流情況輔助做出調整列車運行圖等決策；通過突發事件現場視頻信息集成，及時了解突發事件現場處置情況，輔助作出響應等級的調整等決策。

4.3 應急資源的管理和調用

交通運輸部出臺的《城市軌道交通運營期間安全評估規范》[17]中明確要求，城市軌道交通進入網絡化運營階段后，線網應具備“站點-區域-基地”三級應急點結構，實現人員、物資的統一配套設置。通過對應急人員、應急物資等信息的集成，本系統可輔助實現對應急人員和應急物資進行日常狀態管理和應急查找調用等功能。

4.4 對外信息動態發布

突發事件發生時，通過各類多源信息的集成和處理，可實時向乘客等社會公眾發布突發事件發生原因和處置進展、預計線路恢復正常運營的時間等信息，以方便乘客安排出行時間和方式，滿足乘客對各類信息的動態需求。

基于以上六類多源信息集成的綜合應急系統功能要求如圖2所示。

圖2 基于多源信息集成的綜合應急系統功能要求

5 案例分析

國內城市軌道交通曾發生多起因積水倒灌車站影響相關車站和線路正常運營的突發事件。本文以某地鐵車站水災突發事件為例，分析綜合應急系統應集成的各類多源信息和實現的功能。

某城市軌道交通所在地區出現持續暴雨，當地氣象局也已發布“暴雨黃色預警”。與投入運營車站存在換乘關系的某在建地鐵車站附屬基坑因周邊地面嚴重積水匯入，基坑內封堵端頭被沖開，大量雨水涌入基坑。基坑積水進入車站主體，并通過既有線接口部位進入運營車站站廳層。隨著運營車站站廳層積水不斷增多，積水通過站廳電扶梯口灌入站臺層和軌行區，危及運營安全。該運營單位立即啟動應急響應，利用綜合應急系統開展應急指揮。

5.1 處置車站水災事件時應急系統所需的多源信息

針對本案例設置的情景，從水災事件發生至處置完畢的全過程，線網層面應急指揮需要的信息如表1所示。

表1 綜合應急系統在處置車站水災事件時需要的信息

5.2 處置車站水災事件時應急系統應具備的功能

基于以上信息的集成，綜合應急系統可實現的功能如表2所示。

表2 綜合應急系統在處置車站水災事件時應具備的功能

6 結束語

針對現有綜合應急系統在多源信息集成方面的短板和不足，本文提出了一種考慮線網應急指揮決策者（DM）、線網調度人員（DP）、現場應急救援人員（RW）和乘客（RP）四種角色需求的綜合應急系統功能確定方法。結果表明，線網綜合應急系統需要的多源信息主要包括客流信息、行車信息、設施設備信息、視頻類信息、生產類信息和外部信息共計六大類，這些多源信息支撐綜合應急系統實現對突發事件的監測預警、應急處置時的輔助決策、對應急資源的管理和調用、對外信息動態發布四個方面的主要功能，可滿足DM、DP、RW、RP 各角色應急處置城市軌道交通突發事件。本研究尚未深入研究相關信息來源途徑、信息分析和使用要求以及不同系統間接口要求等內容，為更明確應對不同類型突發事件時的多源信息聯動方式，需要進一步深化研究信息數據對應急處置的支持作用。