（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道交通应急决策辅助技术研究.pdf

摘要 摘要 目前，城市轨道交通在我国已进入了快速发展期，研究城市轨道交通的应 急处置辅助决策技术，提升城市轨道交通系统的应急应变能力具有非常重要的 理论和现实意义。本文以轨道交通的网络化运营为背景，从全网应急指挥监控 中心的职责和角色出发，认为轨道交通的应急处置辅助决策技术应包含实时指 挥辅助决策和运营调整辅助决策两个方面。全文围绕着这两方面的内容展开了 系统的研究工作，主要研究内容有： ( 1 ) 通过分析轨道交通网络化运营后的特点，介绍了网络运营情况下城市 轨道交通的应急指挥体系结构和应急处置工作流程，指出了应急处置工作将要 面临的挑战，由此提出了建立城市轨道交通应急处置辅助决策系统的设想。 ( 2 ) 利用复杂网络理论对轨道交通路网的主要网络参数指标进行了分析， 对路网在随机失效和选择性失效两种情况下的网络连通可靠性进行仿真分析， 揭示了路网在突发事件情况下的网络弹性性能。 ( 3 ) 利用s i r 网络传播模型对客流拥堵的传播扩散过程进行了研究，通过 建立客流拥堵网络传播模型，按照一定的传播规则分析了客流拥堵的传播机制， 讨论了如何通过一定措施来影响这种传播。 ( 4 ) 对非正常情况下的客流特征进行了详细的分析，包括突发大客流和突 发区间中断两种情况，通过总结各种类型客流规律的变化情况，得出非正常情 况下路网影响程度和影响范围的衡量标准。 ( 5 ) 在分析系统的目标定位和功能需求的基础上，提出了应急处置辅助决 策系统的总体框架，通过设计系统的工作流程和各子系统间的衔接配合方案， 指出了系统在具体实现过程中需要解决的几个主要问题。 ( 6 ) 对实时指挥辅助决策子系统的分析、设计和实现进行了介绍，对系统 实现过程中几个主要问题的具体解决方法逐一进行了详细的讨论，并利用统一 建模语言描述了系统的具体实现方案。 ( 7 ) 提出了基于k 短路算法的客流多路径概率分配方案，以此为基础，详 细讨论了突发大客流和突发区间中断两种情况下运营调整辅助决策功能的实现 方法。 t 摘要 ( 8 ) 讨论了城市轨道交通路网应急能力的相关评价指标，重点对突发事件 的应急救援能力评价、大客流疏散效果评价以及区间运营中断处置效果评价等 方面的评价指标体系进行了设计。 论文研究的主要创新点在于利用小世界网络和无标度网络的特性对轨道交 通的路网拓扑结构进行了可靠性分析，利用s i r 网络疾病传播模型对路网中的 客流拥堵传播机制进行了分析；对非正常情况下的客流特征进行了分析，提出 了基于k 短路算法的客流多路径概率分配方案；设计了轨道交通应急能力的相 关评价指标，帮助发现处置过程中存在的问题。本文的研究结果可为实现轨道 交通应急处置的信息化、智能化和现代化提供有益的参考。 关键词：城市轨道交通，应急处置，辅助决策，复杂网络，客流特征 a b s t r a c t a bs t r a c t t h e s ed a y s ，u r b a nr a i lt r a n s i ti no u rc o u n t r yh a se n t e r e dar a p i dd e v e l o p m e n t p e r i o d ，s t u d yt h ea u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n gt e c h n o l o g yo f u r b a nr a i lt r a n s i t s e m e r g e n c yt r e a t m e n t ，u p g r a d et h eu r b a nr a i lt r a n s i t se m e r g e n c yr e s p o n s ec a p a b i l i t i e s h a sv e r yi m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h e u r b a nr a i lt r a n s i t sn e t w o r ko p e r a t i o n ，s t a r tf r o mt h ef u n c t i o n sa n dr o l eo ft h ec o l l i g a t e o p e r a t i o nc o m m a n dc e n t e r , c o n s i d e r e dt h a tt h ee m e r g e n c ya u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n g t e c h n o l o g yo fu r b a nr a i lt r a n s i ts h o u l di n c l u d et w oa s p e c t sw h i c hi sr e a lt i m ed i r e c t a u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n ga n do p e r a t i o na d j u s t m e n ta u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n g t h i s p a p e rs t a r t e das y s t e m i cr e s e a r c hw o r ks u r r o u n dt h et w oa s p e c t s ，r e s e a r c hc o n t e n t s m a i n l yi n c l u d e ： ( 1 ) t h r o u g ha n a l y z et h ec h a r a c t e r i s t i c so fu r b a nr a i l t r a n s i ti nn e t w o r k o p e r a t i o n ，i n t r o d u c e dt h ee m e r g e n c y c o m m a n do r g a n i z es t r u c t u r ea n dt h ee m e r g e n c y t r e a t m e n tw o r kf l o w s ，p o i n t e do u tt h ec h a l l e n g e so fe m e r g e n c yt r e a t m e n tw o r k , s u g g e s t e dt oe s t a b l i s ht h ee m e r g e n c yt r e a t m e n ta u x i l i a r yd e c i s i o n m a k i n gs y s t e mo f u r b a nr a i lt r a n s i t ( 2 ) u s ec o m p l e xn e t w o r kt h e o r yt o a n a l y z et h eu r b a nr a i l t r a n s i tn e t w o r k s m a i nn e t w o r kp a r a m e t e r s ，a n a l y z et h en e t w o r k sc o n n e c t i v i t yr e l i a b i l i t yu n d e rt h e c i r c u m s t a n c eo fr a n d o mf a i l u r e sa n ds e l e c t i v ef a i l u r e sb ys i m u l a t i o n ，a n dr e v e a lt h e n e t w o r kf l e x i b i l i t yp e r f o r m a n c ei nt h ec i r c u m s t a n c e so fe m e r g e n c y ( 3 ) u s et h es i rn e t w o r kd i f f u s em o d e lt or e s e a r c ht h ep a s s e n g e rc r o w d s d i f f u s ep r o c e s s ，t h r o u g he s t a b l i s ht h ep a s s e n g e rc r o w d sn e t w o r kd i f f u s em o d e l ， a c c o r d i n gt oc e r t a i nd i f f u s er u l e s ，a n a l y z et h ep a s s e n g e rc r o w d sd i f f u s em e c h a n i s m ， d i s c u s s e dh o wt oi n f l u e n c et h i sd i f f u s i o nb yu s eo fc e r t a i nm e a s u r e s ( 4 ) g i v ead e t a i l e da n a l y s i st ot h ep a s s e n g e rf l o w sc h a r a c t e r i s t i c su n d e r a b n o r m a l i t yc i r c u m s t a n c e s ，i n c l u d et w oc a s e so fs u d d e nm a s sp a s s e n g e rf l o wa n d u n e x p e c t e ds e c t i o ni n t e r r u p t i o n ，t h r o u g hs u m m a r i z ev a r i o u st y p e so fp a s s e n g e rf l o w l a wv a r i e t yi n s t a n c e ，e d u c e dt h em e a s u r ec r i t e r i o no fn e t w o r k si n f l u e n c ed e g r e ea n d tt i a b s t r a c t i n f l u e n c e da r e au n d e ra b n o r m a l i t yc i r c u m s t a n c e s ( 5 ) b a s e do nt h ea n a l y s i so fs y s t e m st a r g e ta n df u n c t i o nr e q u i r e m e n t s ，p u t f o r w a r dt h ef r a m e w o r ko fe m e r g e n c yt r e a t m e n ta u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n gs y s t e m ，b y d e s i g nt h es y s t e m sw o r k f l o wa n dt h ec o o p e r a t ep l a nb e t w e e ns u b s y s t e m s ，p o i n t e d o u ts e v e r a lm a i np r o b l e m st h a tn e e d st ob es o l v e di ns y s t e m sr e a l i z a t i o n ( 6 ) i n t r o d u c e dt h er e a lt i m ed i r e c ta u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n gs u b s y s t e m s a n a l y s i s ，d e s i g na n da c t u a l i z e ，d i s c u s s e dt h es o l u t i o n m e t h o do fs e v e r a lm a i n p r o b l e m sd u r i n gt h es u b s y s t e m sr e a l i z a t i o n ，a n du s et h eu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e t od e s c r i b et h es u b s y s t e mr e a l i z a t i o ns c h e m e ( 7 ) p u tf o r w a r dt h ep a s s e n g e rf l o w sm u l t i p l e r o u t ep r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o n p l a nb a s e do nt h eks h o r t e s t p a t ha r i t h m e t i c ，b a s e do nt h i s ，d i s c u s st h ea u x i l i a r y d e c i s i o n - m a k i n gf u n c t i o n sr e a l i z a t i o nm e t h o di nc i r c u m s t a n c e so fs u d d e n m a s s p a s s e n g e rf l o wa n du n e x p e c t e ds e c t i o ni n t e r r u p t i o n ( 8 ) d i s c u s s e du r b a nr a i lt r a n s i tn e t w o r k sr e l e v a n te v a l u a t i o ni n d i c a t o r so f e m e r g e n c yt r e a t m e n tc a p a b i l i t y , d e s i g n e d t h ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r s s y s t e m o f e m e r g e n c yr e s c u ec a p a b i l i t i e s ，m a s sp a s s e n g e rf l o we v a c u a t ee f f e c t ，a n ds e c t i o n o p e r a t i o ni n t e r r u p t i o nt r e a t m e n te f f e c t t h e p a p e r sm a i ni n n o v a t i o np o i n t sc o n t a i n s ：b yu s eo ft h es m a l lw o r l dn e t w o r k a n ds c a l e - f r e en e t w o r k sc h a r a c t e r i s t i ct oa n a l y z et h er e l i a b i l i t yo fu r b a nr a i lt r a n s i t n e t w o r k st o p o l o g ys t r u c t u r e ，u s et h es i rn e t w o r kd i s e a s ed i f f u s em o d e lt oa n a l y z e t h e p a s s e n g e r c r o w d s d i f f u s e m e c h a n i s m ；a n a l y z e t h e p a s s e n g e r f l o w s c h a r a c t e r i s t i c su n d e ra b n o r m a l i t yc i r c u m s t a n c e s ，p u tf o r w a r dt h ep a s s e n g e rf l o w s m u l t i p l e - r o u t ep r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o np l a nb a s e do nt h eks h o r t e s t p a t ha r i t h m e t i c ； d e s i g nt h eu r b a nr a i lt r a n s i te m e r g e n c yt r e a t m e n tc a p a b i l i t y sr e l e v a n te v a l u a t i o n i n d i c a t o r s ，h e l pt of o u n de x i s tp r o b l e m sd u r i n gt h ep r o c e s so ft r e a t m e n t t h er e s u l t s c a l lp r o v i d es o m eu s e f u lr e f e r e n c ef o rr e a l i z et h eu r b a nr a i lt r a n s i te m e r g e n c y t r e a t m e n t si n f o r m a t i o n ，i n t e l l i g e n c ea n dm o d e r n i z a t i o n k e yw o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i t ，e m e r g e n c yt r e a t m e n t ，a u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n g , c o m p l e xn e t w o r k ，p a s s e n g e r f l o w sc h a r a c t e r i s t i c s i v 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本 人承担。 学位论文作者签名：工，志。强 勿夕g 年1 0 月i7 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的e n , 昂i j 本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、 数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位 论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门 或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下， 学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：三亳。强 2 鼍年 o 其7 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 问题的提出及研究意义 1 1 1 问题的提出 与道路交通方式相比，城市轨道交通系统具有运量大、效率高、占地少、 能耗少、污染少、准点率高、舒适性好等诸多优点，因此，在人口密集的大都 市中，城市轨道交通系统往往扮演着城市公共客运交通系统骨干的角色。此外， 在大城市中大力发展城市轨道交通系统还能有效解决大城市人口密度高、交通 流量大、道路拥堵严重、道路建设用地紧张、交通事故多等诸多问题，从而优 化城市的投资、生活环境，保障城市的可持续发展。 鉴于城市轨道交通具有上述诸多优点，国内许多百力- 人口以上的大城市都 已经规划了或正在建设自己的城市轨道交通网络，其中，像北京、上海、广州 等特大城市的城市轨道交通网络已初具雏形，并正在朝最终规划方向加紧建设。 以上海市为例，到2 0 1 2 年，上海将基本建成共有1 3 条线路，约3 0 0 多个车站 ( 其中2 3 个换乘站) ，长约5 0 0 多公罩的轨道交通网络，届时轨道交通网络每 天承担的客运量将达到6 0 0 万人次，年运量将达2 2 亿人次，相当于世界第二位， 约占城市公共交通日客运量的3 5 , - - 一4 0 ，在整个城市交通中起到骨干作用。很 显然，城市轨道交通在我国已经进入了高速发展期，越来越多的大中型城市中 将出现城市轨道交通的身影。 另一方面，由于城市轨道交通系统的运营涉及到机车、电力、调度、通信、 客运等多个部门，相关人员、设备众多，组织配合过程复杂，在日常的运营过 程中，由于系统技术设备失效、工作人员操作失误等各种原因，不可避免的会 发生一些故障、突发事件等，影响城市轨道交通整体性能的正常发挥。再加上 外界的不可控制因素( 如：自然灾害、恐怖袭击、人为破坏等) 对城市轨道交 通系统造成重大影响，严重威胁着乘客的生命、财产安全，进而对人们的日常 出行和城市的正常生活产生不利的影响。r 本东京地铁的毒气事件、韩国大邱 第1 章绪论 地铁的火灾事件、莫斯科地铁的列车爆炸事件、伦敦地铁的恐怖袭击事件等都 给城市轨道交通的安全形势敲响了警钟，使安全工作成为城市轨道交通同常工 作的重中之重。 同时，随着城市轨道交通网络化进程的快速推进，新技术新设备的密集投 入使用，运营管理方式也将逐步由单线相对独立运营管理向多线综合运营管理 的方向转变，形成城市轨道交通网络化运营新局面，这将大大改变现有运营组 织和调度指挥的模式，对提高各线路运营协调性、发挥系统的整体能力和综合 效益以及系统的应急处置能力等多方面都具有很强的挑战性。面对这些挑战， 城市轨道交通的运营管理部门必须根据自身的发展战略制定涵盖运营管理、调 度指挥、设施设备保障、信息化、客运优质服务、安全管理和应急处置等诸多 领域的科技发展规划，为网络化的城市轨道交通运营做好充分的技术准备。 城市轨道交通安全问题的解决必须要从事前预防、事中处理和事后总结三 个方面同时入手。事前预防就是一方面在轨道交通的规划、设计、施工阶段就 要充分考虑到安全需要，不给同后的运营管理工作留下安全隐患；另一方面城 市轨道交通的运营管理单位也需针对各种可能的突发事件编制好完善的应急处 置预案，并组织好员工进行学习、演练，做到安全问题有备无患。事中处理就 是在发生突发事件时，及时启动正确的应急处置预案，以应急预案为核心，正 确指挥轨道交通各部门相互协调配合，迅速采取有效的措施，将事件的影响和 损失降至最低。事后总结就是根据事件处置的过程和效果，改善应急处置预案 的缺陷和各部门的安全漏洞，防止出现类似问题。 轨道交通的安全问题应以事前预防为主，同时注重应急指挥水平的提高。 为此，需要对路网拓扑结构性能和客流在路网中的传播规律进行细致的分析， 深入揭示路网的鲁棒性能和客流的变化规律，发现系统中关键点和薄弱环节， 便于在安全预防工作中做到有的放矢。另一方面，对于路网中发生的不可预知 突发事件，则应做到正确、迅速、高效的处置，争取将事件造成的不利影响减 至最小。上述两个方面都对轨道交通系统的事件分析和实时指挥能力提出了很 高的要求，在轨道交通由单线运营向网络化运营转变后，这种要求更是提到了 前所未有的高度，若仅依靠传统的工作方式已无法满足要求，需要提供一个有 效的辅助工具来帮助应急处置指挥人员管理各种信息，协助其完成任务。 正是在这样背景下，本论文选择网络化运营条件下城市轨道交通应急决策 2 第1 章绪论 辅助支持技术的相关问题进行研究，以期能够对解决将来网络化运营条件下城 市轨道交通的安全管理和应急处置问题有所裨益。 1 1 2 研究意义 目f ；i 城市轨道交通在我国已进入高速发展期，许多大城市的轨道交通系统 正逐步朝着网络化方向发展，在网络化进程中，伴随着大量新技术、新设备的 密集投入使用，运营管理方式向多线综合运营管理方向转变，形成轨道交通网 络化运营的新局面。要实现这样的跨越和转变，必然要进行大量的科技创新和 自主研究工作。 突发事件的应急处置涉及范围广、信息量大，要求相互配合、迅速反应， 对管理水平和应急能力提出了极高的要求，仅仅依靠原有的管理方式和工具已 经难以满足需要，必须展丌更为深入的研究工作。为此，首先需要对应急事件 对路网的影响情况进行分析，深入了解路网性能和客流分布的变化情况，在此 基础上才能科学合理的处置应急事件。 在硬件上通过引进、研究和开发先进的事故救援和应急处置的技术装备， 在软件上研究开发基于超媒体技术的应急预案计算机管理系统、实时指挥辅助 决策系统和运营调整辅助决策系统，通过软硬件的结合搭建具有先进水平的城 市轨道交通网络应急处置辅助决策平台。实现利用科技创新，加强安全防范措 施和应急处置技术水平，完善城市轨道交通安全体系，建立预警机制，提高迅 速反应、及时有效处置突发事故的能力，减轻事故造成的损失心1 。 城市轨道交通网络化应急处置辅助决策技术将极大的提升城市轨道交通运 营管理的安全水平，完善城市轨道交通的安全体系，提高对轨道交通运营过程 中的突发事故进行迅速反应和及时有效处理的能力，大大减轻事故造成的人员 伤亡和财产损失，为社会经济的正常运转提供强有力的交通安全保障。在当前 城市轨道交通在我国大力发展的时期，进行此项研究工作具有非常重要的理论 和现实意义。 1 2 国内外研究情况综述 不断提高城市轨道交通的安全管理水平工作一直都是各国努力研究的重点 3 第1 章绪论 所在。当今信息技术、网络技术得到了飞速的发展，如何充分利用信息技术、 多媒体技术、网络技术、仿真技术等来充实轨道交通的安全管理工作，使轨道 交通安全的事前预防、事中处理、事后总结等全过程都作到电子化、信息化、 智能化成为世界各国的主要研究和发展方向。经过近些年的努力，已出现了一 些研究成果，其中某些成果对于推动轨道交通管理的信息化具有一定的意义。 1 2 1 国内研究现状 国务院在2 0 0 6 年1 月颁布的国家突发公共事件总体应急预案、国家安 全生产事故灾难应急预案和国家处置城市地铁事故灾难应急预案等指导 性政策文件口 5 1 ，为城市灾害的应急救援行动明确了思路和方向。 北京交通大学的崔艳萍博士、唐祯敏教授等人叫对城市轨道交通的安全管 理体系进行了系统的研究工作，包括提出建立轨道交通现代企业安全管理体系； 提出以信息系统为基础的，包含“保证系统 、“控制系统和“信息系统在 内的，旨在对安全生产进行事前、事中、事后控制的安全管理体系；提出建立 集行车指挥、设备和能源调度、安全监控于一体的城市轨道交通综合调度指挥 中心，进而建设城市轨道交通行车安全保障信息系统；提出将多智能体 ( m u l t i a g e n t ) 技术应用到地铁事故应急处理当中来，建立智能化的地铁事故应 急处置辅助决策系统等等。崔艳萍等的研究工作较系统的概括了城市轨道交通 安全管理的各个方面，设计了现代轨道交通安全管理体系的详细框架结构，为 轨道交通安全管理的发展提供了有益的参考。秦勇，王卓等n 2 提出了轨道交通 应急管理信息系统的总体结构，并对其系统功能的实现( 如综合查询、预案管 理、联动指挥、事件评估、辅助决策和应急通信等) 进行了详细分析。 西南交通大学的徐高n 3 3 利用元胞自动机技术对地铁车站人员的疏散过程进 行了仿真研究，其仿真研究的结果可为评价车站布局、优化疏散预案提供参考； 高雪香、杨其新n 们从地铁车站结构设计的角度出发探讨了地铁突发事件情况下 的应对措施；曹刚、曾科等口5 1 针对城市磁悬浮轨道交通系统的安全相关问题， 采用初步危害分析( p h a ) 法，对其危险源、事故后果、预防措施、救援预案 等进行了详细的讨论，可为保证系统的安全运行提供一定的参考。 同济大学的徐瑞华等口1 6 1 针对目前预案管理中存在的分散管理、查询修改不 易、共享性差等问题，研究了城市轨道交通应急处置预案的计算机一体化、多 4 第1 章绪论 媒体管理问题，建立了法规、规程和应急预案数据的数学模型，描述了预案管 理信息系统的结构、功能，数据库设计以及计算机实现过程；分析了2 0 1 0 年上 海举办世博会期间的上海城市和城际轨道网络的运输需求及举办世博会条件下 上海城市和城际轨道交通网络存在的问题，提出了举办世博会条件下上海城市 和城际轨道交通网络建设的建议。 兰州交通大学的钱勇生、广晓平等n 7 3 对我国地铁安全管理中应急预案进行 了相关研究，并就预案的分级、类型、内容要求、作用、运行和维护等提出了 一系列观点。 上海交通大学的何文凯、刘剑、王金桃n 印从风险评估、应急预案制定、应 急组织建设、模拟演练及公众危机教育等具体方面来研究城市轨道交通的安全 管理，他们从危机管理的角度出发，着重于事前管理，其建议具有非常有益的 参考价值。 南丌大学的赵国敏、刘茂等n 叩采用博弈论方式对地铁车站恐怖袭击的风险 进行了定量研究，研究成果可以为车站防御资源优化配置、反恐预案的编制提 供参考。 台北科技大学的王隆昌啪1 通过分析轨道交通事故数据和安全因素，提出了 地铁事故识别模型，通过应用该模型找出了现有地铁应急系统的不足之处。 南京大学的魏有炳，冯学智等乜1 翻在分析当前国内外城市应急系统发展与 p d a 应用现状的基础上，提出了集成移动g i s 、g p s 、g p r s 于p d a 的台北市 城市应急系统原型，可解决城市应急系统移动困难的问题，加快城市应急系统 的响应速度。 中国海洋大学的王素珍，冯启民等乜3 3 以城市地震应急指挥技术系统的数据 管理为研究对象，应用空间地理信息系统技术为系统设计并开发了数据管理子 系统，在实现对系统数据空间可视化展示的基础上，实现了对系统数据的管理 操作，构建了良好的数据支持平台。 中国科学技术大学的刘士兴，张永明等人口邮针对城市公共安全应急决策的 需求，围绕火灾、爆炸与毒气泄漏等突发重大事故，研究灾害事故监测技术和 模拟预测方法，集成i n t e m e t 、g i s 、无线数据传输、无线通讯等信息化技术，以 分布式的形式整合各独立系统，构建应急管理与决策系统平台；廖光煊，翁韬 等乜副研究了典型城市重大事故动态模拟的模型和方法，并开发建立了集事故动 5 第1 章绪论 态模拟、事故应急决策、应急预案库于一体的事故应急决策支持系统。 哈尔滨工业大学的宋健明等瑚：提出建立整个交通网络水平上的城市道路抗 震信息管理系统，包括地理信息、设计信息、调查及维护信息、地震信息、图 像信息等，可应用于路网的状态评估、灾害预测、抗灾加固、应急决策等方面。 中科院计算技术研究所的史忠植，施智平，罗杰文等心刀提出了基于主体网 格的城市应急联动与社会综合服务系统，通过主体网格和通信系统将城市各部 门的应急联动和调度指挥集成在一个管理平台中，通过共享指挥平台和基础信 息，实现一处接警、统一指挥、联合行动、快速反应的目的。 武汉理工大学的程传慧，李腊元心踟研究了基于网格环境的政府应急指挥系 统与基层应急子系统的一体化设计方案，可以较好的解决政府应急事务处理问 题。 天津大学的张岩，赵政口引针对城市中的应急事件，应用数据挖掘中的聚类 分析手段解决应急事件的分类问题，实现了k m e a n s 聚类算法及其扩展算法 k m o d e s ，并将它们应用到应急事件的数据库中，实现了应急事件的高效分类。 成都理工大学的铁永波，唐川等。戤3 “3 2 1 建立了城市灾害应急能力的评价体系， 并从系统理论的角度出发，运用层次分析法( a h p ) 和专家调查法合理地确定 了各个评价指标的权重，建立起城市灾害应急能力评价模型。 中国安全生产科学研究院的邓云峰，郑双忠。州通过建立南方某市的城市突 发公共事件应急能力评估指标体系，开发了应急能力评估管理系统，为城市应 急准备过程提供科学的决策支持；李红臣，邓云峰等。川基于对应急预案和应急 响应过程的分析，提出了应急预案的形式化描述方法，包括组织结构描述、应 急资源描述和应急过程描述，为建立应急预案理论框架奠定了基础。 北京科技大学的黄典剑阳印在其博士论文中运用系统理论、突变理论、自组 织理论、风险理论以及模糊数学、趋势函数、灰色理论等，对城市地铁应急能 力进行了深入的研究，从宏观上详细讨论了地铁应急能力评价指标体系的建立 方法。 中国科学院科技政策与管理科学研究所的杨静。蚓在其硕士论文中针对预案 的建立、管理和实施，提出了套系统的预案生成流程和方法，在预案管理的 大框架下，研究了预案的分类分级方法，构建了一套系统的预案分类分级框架 体系。 6 第1 章绪论 1 2 2 国外研究现状 国外方面，美国、同本、欧洲等西方发达国家城市轨道交通发展的比较早， 信息化程度也很高，大都已建成了集行车指挥、安全监控、资源调配为一体的 综合运营管理系统，并进一步朝着人性化、智能化、多功能化的方向发展，其 成果对于我国的城市轨道交通管理平台的建设具有很好的参考价值。 在法国、日本等地已有了类似的综合调度中心系统，尤其是一些大型信号 公司，已在实现地铁调度综合化发展方面积累了许多成熟的经验，可供借鉴。 香港k c r c 铁路上运用的t m s ( 列车管理系统) 包含了列车监控系统、旅客向 导系统、s c a d a 系统和无线列调系统，并在此系统中实现了系统信息和维护信 息的共享。玎溉触3 ；法国的a l s t o m 公司现也f 在进一步丌发新型的适用于地铁 的列车综合管理系统( 此系统将涵盖a t s 、旅客向导系统、通讯监控系统等) ， 预计近年内完成并推向市场。另外，在自动化程度较高的r 本新干线，其运行 管理系统不仅将旅客向导、s c a d a 系统纳入其中，而且还包括快速地震监测报 警系统、环境监控系统( 测量隧道水位及风速监测) 、通信信号监控等，并同列 车无线电话系统接口。同时，新干线运行管理系统可将列车信息通知车辆基地， 以利于列车车辆的维护。伽 西班牙瓦伦西亚的地铁运营管理部门c t c o ( m e t r ov a l e n c i a sc e n t r a lt r a f f i c c o n t r o lo f f i c e ) 将超媒体技术引入到预案管理系统中，利用三维仿真模型和视频 动画技术等将预案内容真实生动的呈现在用户面前，极大的方便了预案的学习 和掌握，效果很好h 1 钯们，。 剑桥大学的h a t h a w a y , w t 、h e i m a n n ，d i 和h a m m a r , e k 等h 4 4 8 1 提出了建立 基于图形的轨道交通突发事件自动反应系统( a e r s ) ；h a t h a w a y , w t 、 m a r k o s ，s h 和b a l o g ，j n 对地铁乘客中的老年人和伤残人员在突发事故情况下的 疏散策略进行了研究，提出了一系列提高该类人员在紧急情况下求生能力的措 施和方法。 g i l b e r t ，e 、g i l b e r t ，s 、b o n i ，e a 和n e w m a n ，d r h 们回顾了华盛顿几年来的轨 道交通事故处置情况，并就减少损失总结出几点应对措施。 维吉利亚大学土木系r i c h a r d s ，l g 和h o e l ，l a 1 就车站的安全设计方面进 行了研究，提出了车站的安全设计方案。 美国奥克兰市的k a i s e re n g i n e e r s 公司瞄利用计算机仿真技术对不同断面结 7 第1 章绪论 构形式的地铁隧道进行了通风和火灾安全需要仿真分析，得出了不同结构形式 的地铁隧道在正常和紧急情况下的通风需求差异数据。 总结国内外已有的研究成果，可以得到如下结论： ( 1 ) 对城市轨道交通的安全管理体系已进行了较为充分的论证，对体系的 目标定位、框架结构和主要功能需求已基本达成共识，国外在这方面已有许多 较为成熟的产品，国内目前还有所欠缺。 ( 2 ) 各种先进的技术已被充分的引入到应急管理当中来，如元胞自动机技 术、g i s g p s 技术、无线数据传输和通讯技术、网格技术、数据挖掘技术、超媒 体技术等等，这些新技术的应用极大的拓展了安全管理的功能范围。 ( 3 ) 对应急预案都给予了充分的重视，对预案的内容要求、分类方法、管 理方式、表现形式等各个方面都展开了具体的研究工作，并得出了一些较为实 用的思路和成果。 ( 4 ) 在应急能力的评价方面，目前还没有统一的指标体系。学者们根据不 同的角度和认识，运用系统理论、突变理论等多种技术和方法，建立了各自的 评价指标体系，其实际应用效果还有待进一步验证。 纵观上述研究成果，不难发现在以下几个具体的研究方向上，目前学者们还 涉及较少，而这些内容的成果对于推动应急体系的建设具有非常现实的意义。 ( 1 ) 充分利用应急预案内容信息，结合突发事件的特征情况，自动生成事 件处置方案草案，从而逐步实现应急指挥的半自动化和自动化进程。 ( 2 ) 轨道交通系统内各类信息的相互融合、综合利用技术，包括g i s 信息、 各类监控信息、设施设备状态信息等等，以便最终实现高度整合化的综合信息 管理平台。 ( 3 ) 城市轨道交通网络化运营后的事件影响分析和运营调整技术，主要是 应急事件情况下的客流变化情况，以及相应的辅助决策技术的实现。 1 3 研究目标、内容和方法 1 3 1 研究目标 本文以轨道交通网络化运营为背景，对网络化运营的轨道交通系统安全可 8 第1 章绪论 靠性水平进行了分析，通过对应急事件下的路网可靠性和非正常情况下的客流 特征进行分析，揭示了应急事件情况下的路网鲁棒性和客流特征规律，在此基 础上设计了城市轨道交通应急处置辅助决策系统的初步实现方案。该方案以搭 建城市轨道交通路网应急处置指挥中心的先进工作平台为目标，实现应急处置 工作的信息化、智能化和现代化，为路网应急处置指挥中心提供一个综合高效 的辅助决策工具，大大提升指挥人员的工作效率和水平，增强城市轨道交通路 网的安全可靠性等级。喳别 1 3 2 研究内容 论文从路网应急处置指挥中心的角色和职能出发，围绕着上述研究目标， 重点对以下内容进行了讨论： ( 1 ) 对路网可靠性和非正常情况下的客流特征进行了分析，为运营调整辅 助决策功能提供理论支撑。运用复杂网络相关理论对轨道交通路网连通可靠性 和客流拥堵在路网中的传播扩散特征进行了分析；对突发大客流和突发区问中 断两种情况下客流在路网中的分布变化规律进行了分析。 ( 2 ) 从总体上设计了轨道交通应急处置辅助决策系统的框架结构和工作流 程，认为轨道交通应急处置辅助决策的主要内容应该包括实时指挥辅助决策和 运营调整辅助决策两个方面，指出了这两方面功能在具体实现过程中需要解决 的几个关键技术问题。 ( 3 ) 以建立涵盖整个救援指挥过程的实时指挥辅助决策子系统为目标，围 绕着应急预案这个基础和核心，针对路网信息的分层管理和关联设计、应急预 案的标准化编制方案设计、应急预案的数字化管理、处置方案辅助生成技术等 主要相关问题进行了详细的讨论，为子系统相关功能的分析、设计和实现奠定 基础。 ( 4 ) 介绍了k 短路径搜索算法和多路径概率客流分配方案，讨论了如何根 据客流o d 数据计算路网各断面分时段、分方向的客流量。以此为基础，进一步 讨论了非j 下常情况下运营调整辅助决策具体功能的实现方法，如路网客流重分 布、运营方案的辅助制定、乘客引导信息生成和客流分布变化情况仿真等等。 ( 5 ) 对城市轨道交通应急能力的相关评价指标进行了讨论，主要包括应急 救援能力评价、大客流处置效果评价和区间运营中断处置效果评价三个方面。 9 第l 章绪论 文中针对这三个方面分别设计了具体的评价指标体系，用于指导相关人员发现 问题，不断改进完善，同时也利于应急能力朝着合理的方向发展。 1 3 3 研究方法 本论文研究的技术路线是：根据网络化运营后轨道交通系统的新特点，分 析既有的应急指挥组织结构和应急处置工作流程，指出应急处置工作在新形势 下所面临的挑战，由此提出了建立应急处置辅助决策系统的设想。接着，论文 根据可预知程度的不同将应急事件分为了突发事件和可预知事件两大类，两类 事件的处置分别侧重于实时指挥和运营调整两个不同的方面，因此论文围绕着 这两大功能的具体解决方案展开了详细的讨论。在实时指挥辅助决策方面，以 应急预案为核心，对处置方案的自动生成、处置过程的跟踪记录、监控信息的 管理和关联等主要功能的实现方法进行了详细的介绍；在运营调整辅助决策方 面，以路网可靠性分析和非正常情况下的客流特征分析为基础，对路网客流分 配方法、运营方案辅助制定、乘客引导信息生成等主要功能的实现方法进行了 详细的介绍。最后，论文简要介绍了路网应急能力评价指标体系的设计，为不 断完善应急处置能力指明发展方向。 论文技术路线如图1 1 所示： 1 0 第1 章绪论 网络化运营特点分析 应急指挥体系结构 应急处置t 作流程 应急事件的分类 突发事件li 可预知事件 轨道交通路网可 靠性分析 非正常情况f 的 客流特祉分析 建立应急处置辅助决策系统 系统总体框架设计 系统工作流程设计 实 时 指 挥 辅 助 决 策 设 计 运 营 调 链 辅 助 决 策 设 计 路网应急能力评价指标体系设计 图1 1 论文研究技术路线图 1 1 第2 章城市轨道交通应急处置情况分析 第2 章城市轨道交通应急处置总论 2 1 网络化运营特点分析 与单线独立运营情况相比，多线网络化运营后城市轨道交通将表现出许多 新的特点，主要有瞄驯： ( 1 ) 网络服务覆盖面广，运营管理规模大 由于城市轨道交通网络覆盖面广，服务人口众多，运营管理规模巨大，必 然会在安全可靠性、设施设备资源、专业管理等方面提出新的要求。 ( 2 ) 网