以列車(chē)救援為例的軌道交通常規(guī)突發(fā)事件分析

郁琦暉 于浩恬 李佳威

摘要：軌道交通常規(guī)突發(fā)事件是軌道交通在日常運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中時(shí)常發(fā)生，且影響運(yùn)營(yíng)安全的事件。本文對(duì)建立軌道交通事件信息化的管理方法體系展開(kāi)研究，在知識(shí)元理論的基礎(chǔ)上對(duì)事件進(jìn)行情景結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)建軌道交通常規(guī)突發(fā)事件情景結(jié)構(gòu)化體系。以列車(chē)救援為例，利用相似性算法對(duì)事件基礎(chǔ)信息、事件結(jié)構(gòu)、事件以及整個(gè)事件處置的相似度進(jìn)行計(jì)算。研究結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)化紀(jì)錄方式對(duì)軌道交通突發(fā)事件信息化建設(shè)及應(yīng)急處置有著重要意義。

關(guān)鍵詞：軌道交通常規(guī)突發(fā)事件，結(jié)構(gòu)化情景分析，相似性

引言

在軌道交通日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生突發(fā)事件，由于城市軌道交通系統(tǒng)具有行車(chē)密度高、列車(chē)運(yùn)行間隔短、封閉性高的特點(diǎn)，一旦發(fā)生此類(lèi)事件，會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，甚至危及乘客的人身安全。

關(guān)于應(yīng)急管理和情景分析問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外有較多研究。吳廣謀[1]提出了事故重構(gòu)的理論，推出態(tài)勢(shì)再現(xiàn)模型，進(jìn)行事故信息整合及事件情景重塑。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行態(tài)勢(shì)推演，并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，建立了一種“情景-態(tài)勢(shì)”下的事件應(yīng)急管理預(yù)測(cè)體系。Werner K.Graber[2]利用群體決策方法制作了模擬災(zāi)害演變的應(yīng)急決策系統(tǒng)。Ian Wilson[3]認(rèn)為情景是現(xiàn)在與未來(lái)的一個(gè)個(gè)連接點(diǎn)或者是連接片段，事件通過(guò)這些點(diǎn)或片段進(jìn)行展開(kāi)，上下承接。目前地鐵企業(yè)應(yīng)對(duì)軌道交通突發(fā)事件是以“預(yù)測(cè)-應(yīng)對(duì)”這種靜態(tài)式模式為主要的應(yīng)急管理模式[4]。但事件是動(dòng)態(tài)的，用靜態(tài)方式難免有缺陷。因此，本文以解決軌道交通常規(guī)突發(fā)事件的信息化表達(dá)為出發(fā)點(diǎn)，建立“情景-應(yīng)對(duì)”的動(dòng)態(tài)應(yīng)急管理監(jiān)管平臺(tái)。

1 結(jié)構(gòu)化體系模型

知識(shí)元是構(gòu)成知識(shí)的最小單位以及知識(shí)系統(tǒng)的最小元素，也是構(gòu)造知識(shí)結(jié)構(gòu)的基元。是知識(shí)元的形式化表示，是構(gòu)建知識(shí)元模型及知識(shí)元網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)知識(shí)元進(jìn)行具體化表示可以更好地描述應(yīng)急領(lǐng)域中突發(fā)事件的信息、知識(shí)和模型。知識(shí)元模型是從系統(tǒng)角度出發(fā)，歸納和提煉軌道交通常規(guī)突發(fā)歷史案例的普遍規(guī)律，抽象地描述客觀事物，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本單位化的模型[5]。該模型主要包含6個(gè)層級(jí)：事件、情景、情景維度、情景要素、情景屬性及情景特征。

1.1 事件以及情景

在知識(shí)元模型中，事件可以表示為：

式中：為某一具體知識(shí);為組成知識(shí)的知識(shí)元;為知識(shí)元序號(hào)。

事件的下一級(jí)子情景由各情景維度展開(kāi)，可以表示為：

式中：為某一事件;為各子情景;為情景序號(hào)。

1.2 情景維度及要素

情景維度最大范圍地包涵事件的情景信息，傳統(tǒng)公共災(zāi)害學(xué)理論將事件的情景分為：事件維度、應(yīng)急管理維度和承災(zāi)體維度，各維度間的信息存在著紐帶緊緊相連。其中，事件維度包括事件發(fā)生的時(shí)間、事件級(jí)別、造成的影響范圍、實(shí)體與虛擬傷害;管理維度指減輕事故危害所做出處理辦法和處理所需的物資、相關(guān)人員、信息和資源等;承災(zāi)體維度是事故引起客流量的變化、事故存在的自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境等信息、危害表現(xiàn)和危害根本原因。將三種維度串聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，即形成完整的情景。

軌道交通情景要素描述服務(wù)于應(yīng)急管理，應(yīng)從軌道交通常規(guī)突發(fā)事件所帶來(lái)的危害影響展開(kāi)表示。承災(zāi)體中存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)要素，所以要在承災(zāi)體維度中選擇必要的、關(guān)鍵的、不可缺失的情景要素進(jìn)行細(xì)致刻畫(huà)。應(yīng)急管理維度主要以應(yīng)急管理者執(zhí)行的處置操作為主進(jìn)行，描繪的是在出現(xiàn)軌道交通常規(guī)突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)急決策方面所提供的人力物力及財(cái)力。

1.3 情景屬性及特征

情景屬性是對(duì)要素信息的進(jìn)一步表達(dá)。事件維度下存在時(shí)間和空間要素的屬性;承災(zāi)體維度中，存在自然、交通、風(fēng)險(xiǎn)要素的屬性;應(yīng)急管理維度下則有管理主體、應(yīng)對(duì)任務(wù)、資源配置等要素的屬性。

情景特征是對(duì)突發(fā)事件某一屬性的刻畫(huà)，是一個(gè)事件表現(xiàn)出來(lái)的具體形式。每個(gè)屬性都是以人們能夠直接接收到的特征信息表達(dá)的。

1.4 結(jié)構(gòu)化體系模型

突發(fā)事件是某一客觀事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向著另一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的突變過(guò)程。每個(gè)突發(fā)事件系統(tǒng)都存在著萌芽-前兆-發(fā)生-演化-控制-衰減-消亡的生命周期，每個(gè)事件生命周期的不同階段也會(huì)伴隨著相應(yīng)事件的發(fā)生。而事件發(fā)生后均會(huì)經(jīng)歷事故發(fā)生-應(yīng)急響應(yīng)-應(yīng)急處置-后期恢復(fù)這一過(guò)程。

根據(jù)上述對(duì)知識(shí)元模型中6個(gè)層級(jí)的描述，城市軌道常規(guī)突發(fā)事件可以用知識(shí)元理論建立一個(gè)結(jié)構(gòu)化體系模型，見(jiàn)圖1所示。

2 相似性算法

軌道交通的常規(guī)突發(fā)事件有很多，例如列車(chē)救援、觸網(wǎng)失電、信號(hào)故障、車(chē)輛故障等。若能根據(jù)同類(lèi)事件的分析，總結(jié)出處置經(jīng)驗(yàn)，那么將會(huì)對(duì)軌道交通的安全有很重要的意義。故本文通過(guò)相似性算法來(lái)研究事件的相似度。主要從事件相似度以及事件處置相似度兩個(gè)方面進(jìn)行。

2.1 基礎(chǔ)信息相似度

語(yǔ)義相似度算法認(rèn)為兩個(gè)詞語(yǔ)w1與w2分別有n項(xiàng)概念和m項(xiàng)概念，且這些概念間的最大相似值可用于表示兩個(gè)詞語(yǔ)間的相似性。那么兩個(gè)文本和的相似度可表示為：

2.2 事件結(jié)構(gòu)相似度

事件鏈結(jié)構(gòu)包括事件級(jí)別和情景個(gè)數(shù)，可用公式表示為：

2.3 事件相似度

假設(shè)某事件中的情景命名集合和子事件中情景命名集合分別為：

上式中，為事件里的第個(gè)情景名稱(chēng)，為事件里的第個(gè)情景狀態(tài)名稱(chēng)，∈[0，1]。

而事件中的每個(gè)情景都會(huì)存在一個(gè)相比較后的最大值，將兩個(gè)事件中的值之和最小值作為分子，兩個(gè)事件所有相似性最大值的和作為分母，可求得整個(gè)事件的情景名稱(chēng)的相似度：

事件鏈中名稱(chēng)相似的情景包含事件維度與承災(zāi)體維度下的每個(gè)情景要素的屬性與特征集合整體相似度可用以下公式表示：

上式中，和各是情景名稱(chēng)一樣或相似度極高的兩件事件的情景維度下的屬性集合?！蔥0，1]，值越小相似度越低，相反，則越高。

在公式（9）和公式（10）的基礎(chǔ)上，事件鏈中情景狀態(tài)集合的整體相似度：

2.4 事件處置相似度

首先，整個(gè)事件的處置任務(wù)及應(yīng)急行動(dòng)詳細(xì)內(nèi)容的相似性計(jì)算公式如下：

3 列車(chē)救援實(shí)例分析

3.1 案例描述

案例1：8月7日6：32，8號(hào)線0323#車(chē)（工程車(chē)）第二天試運(yùn)行，該車(chē)出庫(kù)后至宜山路上行停站后即自動(dòng)收車(chē)。6：38，司機(jī)處置無(wú)效申請(qǐng)救援，運(yùn)營(yíng)調(diào)度安排后續(xù)出庫(kù)0236#車(chē)進(jìn)行救援。6：48，故障救援列車(chē)連掛作業(yè)完畢，安排經(jīng)出庫(kù)線車(chē)輛段。6：53，救援連掛車(chē)動(dòng)車(chē)回庫(kù)。

案例2：8月21日16時(shí)28分，1號(hào)線莘莊下行站臺(tái)0156#車(chē)發(fā)生牽引故障，值乘司機(jī)處置無(wú)效后向運(yùn)營(yíng)調(diào)度申請(qǐng)救援;調(diào)度發(fā)布救援命令由后續(xù)0122#車(chē)救援。16時(shí)29分，0156#車(chē)司機(jī)接令后將無(wú)線手持臺(tái)轉(zhuǎn)入“列車(chē)救援組”模式，并點(diǎn)亮列車(chē)尾部頭燈，與折返司機(jī)至客室切除B9閥進(jìn)行救援準(zhǔn)備。16時(shí)32分，救援車(chē)0122#車(chē)司機(jī)以close-in模式將列車(chē)運(yùn)行至故障車(chē)處停車(chē)后，在未與故障列車(chē)司機(jī)聯(lián)控的情況下就擅自進(jìn)行連掛并推進(jìn)。16時(shí)37分，調(diào)度發(fā)現(xiàn)救援連掛車(chē)在未獲調(diào)度命令的情況下動(dòng)車(chē)后聯(lián)系救援車(chē)司機(jī)，并發(fā)令救援連掛車(chē)開(kāi)999次，以切除ATP方式推進(jìn)至莘莊下行站臺(tái)清客后至折2線退出運(yùn)營(yíng)。動(dòng)車(chē)過(guò)程中，故障車(chē)司機(jī)通過(guò)手持臺(tái)與救援車(chē)司機(jī)聯(lián)系未果，使用手機(jī)聯(lián)系救援車(chē)司機(jī)，詢(xún)問(wèn)為何未聯(lián)系即動(dòng)車(chē)。救援車(chē)司機(jī)回復(fù)調(diào)度已下令，并將命令內(nèi)容告知故障車(chē)司機(jī)，但46秒后通訊中斷。16時(shí)41分，救援連掛列車(chē)至莘莊下行站臺(tái)后清客。16時(shí)42分，0122#車(chē)清客完畢后，救援車(chē)司機(jī)在未得到故障車(chē)司機(jī)動(dòng)車(chē)命令情況下，再次擅自推進(jìn)列車(chē)駛向折2線，最高速度約17公里/小時(shí)。16時(shí)43分許，0156#車(chē)以約15公里/小時(shí)車(chē)速，與折2線滑移式擋車(chē)器發(fā)生碰撞，并繼續(xù)推進(jìn)約20米至軌道終端土擋攔停。

3.2 基礎(chǔ)信息相似度計(jì)算

根據(jù)上述案例描述，將救援案例歸納為五個(gè)特征值：車(chē)輛系統(tǒng)、工作/休息日、條線、線路/車(chē)站、上/下行。根據(jù)公式（3）分別計(jì)算兩個(gè)案例各類(lèi)特征值的相似度，結(jié)果如表1所示。

將上述結(jié)果求平均值，可得出兩案例的基礎(chǔ)信息相似度為0.199934。

3.3 事件結(jié)構(gòu)相似度計(jì)算

兩件案例都是列車(chē)故障救援事件，都為五級(jí)預(yù)警事件，和都為5。案例一的節(jié)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，案例二的節(jié)點(diǎn)數(shù)有5個(gè)。根據(jù)公式（4）、（5）計(jì)算：可知，兩個(gè)故障救援事件的事件級(jí)別的相似度為1，即完全相似;情景個(gè)數(shù)的相似度為0.8，相似度較大。

3.4 事件相似度計(jì)算

同理根據(jù)公式（10）求得事件鏈中情景名稱(chēng)最相似的情景（除應(yīng)急管理情景維度）下每個(gè)情景要素的屬性及特征集合的整體相似度和為0.56。按照公式（11）設(shè)置權(quán)重與為0.6與0.4，則事件鏈中情景狀態(tài)集合的整體相似度為0.728。

假設(shè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，分別賦予權(quán)重0.3，0.2，0.2，0.3，依照公式（12）整個(gè)事件的相似度為。故兩個(gè)案例事件的相似度是63.8%，比較相似。

3.5 事件處置相似度計(jì)算

而在這兩個(gè)情景狀態(tài)下，面對(duì)應(yīng)急任務(wù)下行車(chē)組織處置行為的具體行動(dòng)特征有：

如果決策者更注重應(yīng)急處置行為的區(qū)別，那么設(shè)置權(quán)重為0.4，0.1，0.5，則帶入權(quán)重可得出兩個(gè)案例處置的相似性結(jié)果為：。故這兩個(gè)案例的處置相似程度是48.2%，一般相似。

4 結(jié)論

本文針對(duì)軌道交通突發(fā)故障事件的應(yīng)急決策進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者在突發(fā)事件以及非常規(guī)突發(fā)事件的研究構(gòu)建了軌道交通突發(fā)故障事件的結(jié)構(gòu)化情景模型。并且提出了基于情景的軌道交通突發(fā)故障事件的相似度算法，以故障救援為例進(jìn)行分析。在研究過(guò)程中得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，目前軌道交通領(lǐng)域中針對(duì)應(yīng)急決策方面的研究還不夠深入。盡管已有學(xué)者將“情景”這一概念運(yùn)用于軌道交通應(yīng)急事件中，但基于數(shù)據(jù)的研究仍然比較少。如何應(yīng)用情景來(lái)研究分析突發(fā)事件的現(xiàn)狀以及確定軌道交通應(yīng)急事件中情景的關(guān)鍵要素，是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，本文基于實(shí)際事件進(jìn)行情景建模是有必要的。

（2）目前軌道交通領(lǐng)域在事件記錄方面主要是以純文本的記錄形式，并且沒(méi)有相關(guān)的記錄標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致對(duì)事件的描述形式多樣，為案例研究以及業(yè)務(wù)培訓(xùn)造成了阻礙。目前的記錄方法無(wú)法適用于機(jī)器學(xué)習(xí)，在整個(gè)行業(yè)智能化信息化的趨勢(shì)下，這樣的記錄方法必須改進(jìn)，必須結(jié)構(gòu)化以適用于信息化。

（3）本文以“事件-情景-維度-屬性-特征”的主體思路將軌道交通突發(fā)故障事件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的分解及整合，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了情景建模。

（4）為了將結(jié)構(gòu)情景模型運(yùn)用于實(shí)際的軌道交通突發(fā)故障事件的應(yīng)急決策中，本文以此情景模型為基礎(chǔ)提出了軌道交通突發(fā)故障事件的相似度分析的算法，并以實(shí)例對(duì)相似度算法進(jìn)行了適用。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳廣謀，趙偉川，江憶平. 城市重特大事故情景再現(xiàn)與態(tài)勢(shì)推演決策模型研究[J]. 東南大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版） 2011，13（1）：18-23.

[2] 張輝， 劉奕. 基于“情景-應(yīng)對(duì)”的國(guó)家應(yīng)急平臺(tái)體現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題與集成平臺(tái)[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐， 2012， 32（5）： 947-953.

[3] 張磊， 王延章， 陳雪龍. 基于知識(shí)元的非常規(guī)突發(fā)事件情景模糊推演方法[J]. 系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)， 2016， 31（6）： 729-738.

作者簡(jiǎn)介：

楊海紅（1979.12—），女，上海人，本科，工程師，上海申通地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)督管理部，主要研究方向：軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理、軌道交通行車(chē)作業(yè)安全。

1. 上海申通地鐵集團(tuán)有限公司，上海201103;?2. 寧波港鐵路有限公司，上海201620;?3. 上海磁浮交通發(fā)展有限公司，上海201204