城市轨道交通突发事件客流诱导系统设计

王 洋，贾利民，徐 杰，郭建媛，康亚舒

（1.北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044；2.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044）

目前我国地铁建设规模越来越大，新建线路的引入使路网结构发生着剧烈的变化，地铁运营管理难度也随之增加。虽然地铁内部设施设备更加先进，运营管理更加科学、规范，从业人员技能水平更高，但是地铁事故还是时有发生。同时鉴于地铁自身的特点：处于地下相对半封闭的空间，客流密集度高且客流种类多[1]，出行OD（Origin-Destination，起点-讫点）也存在较大差异，尤其是老人和小孩等弱势群体，增加了突发事件下乘客疏散和诱导的难度。

现行的突发事件诱导方式只有广播和人工疏导两种，根本无法满足突发事件下乘客对客流诱导信息的需求。例如：2011年上海地铁追尾事故，事故发生后，只引导乘客自行换乘他线或出站换乘公交。没有实施有效的客流诱导，造成大量客流滞留。本文正是以此为背景提出突发事件客流诱导系统的研究。

1 客流分布特征分析

1.1 不同时段客流分布特征

日客流分布通常呈现“驼峰曲线”特征，即早晚高峰时段，以通勤客流为主。平峰时段，客流量较均衡，以商务流、商业流为主。

工作日客流分布呈“双峰”特征，非工作日的客流一般呈“阶梯状”，逐渐增加或减少。

在春节、五一、十一等节日，或是大型活动（如奥运会）期间出行客流明显增加，还有学生寒假、暑假期间，流通客流量也很大。但是在中考、高考期间和开学后学生出行流骤减。

1.2 换乘站客流分布特征

换乘站是线路的连接点，客流集中，客流变化情况复杂，是客流诱导和运营组织的瓶颈点，故需要进行重点分析。

（1）密度大

换乘站内以换乘客流为主，由于换乘客流方向性强、客流量大[2]，在突发事件下，极易造成慌乱，甚至踩踏事件的发生，客流诱导工作难度很大。图1为北京地铁部分线路换乘客流占全线客运量之比以及换乘站数站全线比例。

图1 北京地铁部分线路换乘客流占全线客运量比例及换乘站数占全线比例

（2）冲突点多

不同的出行目的和出行方向会形成不同的出行路径，就不可避免地导致多股客流的交织，形成多个客流冲突点。在突发事件时，冲突点的安全性很低，一旦冲突点形成混乱，对客流诱导工作将造成很大困难。

（3）不均衡性

同一时段、不同换乘方向；不同时段、同一换乘方向的客流量会存在较大差异。最典型的是早晚高峰时，早高峰以进城方向为主，而在晚高峰则相反。

（4）短时冲击性

地铁客流的到达并不是连续均衡的，是随列车的到达呈现脉冲式分布[3]，也就是在短时间内会激增大量客流，易形成拥堵和客流排队，当拥堵人数较多时，将会带来较大的安全隐患。

1.3 重要客流集散点客流分布特征

处于在不同城区的线路，客流特征也不同。在中心商业繁华区、文化聚集区、客流集散点的线路，客流种类比较宽泛，客流量和客流强度较大，密集度高；在市郊结合、以上下班为主的线路，客流强度居中，呈现早晚高峰客流；郊区线路的客流强度最低。

2 系统需求分析

2.1 路网结构多样

轨道交通路网形式复杂多样，随着新建线路的引入，路网的拓扑结构将更加复杂多样。此时，突发事件对路网结构、路网能力、客流分布产生的影响将呈现出更多的不确定性。不同类型、级别的突发事件对路网的影响程度也存在差异。例如：在蓄意攻击下，北京轨道交通网络的抗攻击性很差；在随机性攻击时，网络的容错性较强[4]。

2.2 车站内部结构差异

不同类型车站内的基础设施分布和位置的布置存在较大差异，而且出入口、消防口等不仅有限，而且存在建筑死角[5]，在突发事件下，客流诱导工作难度很大。

2.3 客流多样

轨道交通客流种类多样，结构复杂，呈现不同的客流特点和分布特征。例如：通勤流和学生流，主要集中在早晚高峰期；探亲流和旅游流集中在周末和假期。在突发事件时，要充分考虑到事发时客流的特点、属性以及客流成分，尤其是老人和儿童会增加客流诱导的难度，所以必须进行科学有效、及时的客流诱导工作。

2.4 能力变化

不同突发事件对路网能力的影响程度和结果是不同的。例如：在发生毒气、爆炸时，对人体造成危害，线路全线停运，路网能力大幅度下降；因天气恶劣引起突发大客流时，路网能力紧张，会造成客流滞留和拥挤。无论哪种情况，一旦路网能力出现极度紧张甚至崩溃，极易引发一系列公共安全问题。

2.5 突发事件类型多样

突发事件类型有多种多样，如火灾、爆炸、毒气袭击、地震、恶劣天气、突发大客流或设备故障、损坏等[1]。不同级别、不同类别的突发事件需采取的客流诱导组织工作是不同的；同一事件对不同线路、车站产生的影响程度也不同，所以就需要有专业的客流诱导系统发布及时的、有针对性的客流诱导信息，应对不同种类的突发事件。

2.6 客流网络传播性

当发生突发事件时，突发客流不仅会在事发车站内造成拥挤，还会导致相邻线路、车站内的客流积聚，产生网络传播效应。尤其是换乘站。此时运营部门就应及时提供客流诱导信息，否则可能导致更大面积甚至整个网络的崩溃。

3 系统功能设计与实现

系统面向两个用户层次：工作人员、乘客。系统体系架构采用B/S（Browser/Server）模式，用户可通过Web浏览器访问网页，从基础数据库获取的信息能以文本、图像、表格或多媒体对象的形式在网页上进行展现。开发平台采用J2EE平台，集成开发环境选用MyEclipse8.5企业级工作平台（MyEclipse Enterprise Workbench），数据库选用Oracle 10g，Web服务器采用Apache Tomcat 6.0，交互图形界面设计则使用Adobe Flex Builder 4.5。

3.1 系统基础数据管理

（1）路网属性管理主要是实现对路网各类基础信息的管理，管理内容包括：线路属性（线路ID、线路名称、位置等）、线路连接关系、换乘关系、线路各车站、车站连接关系等。为确定事故的影响范围、车站线路的受影响程度、判断事故级别等提供路网数据支持。

（2）车站属性管理主要是实现对车站各类信息的管理，管理内容包括：车站属性、车站类型、车站内部设施等。

（3）列车时刻表管理主要是实现对列车时刻表的管理，例如列车车次、列车运行时间、列车停站时间、列车追踪时间等。

（4）历史客流数据管理主要是对客流分时段、分线路等进行管理。包括各线路、车站的历史客流进出站量、客流换乘量、客流分布规律等。

数据的导入采用大型数据库常用的加载方法批量处理，并应用wrapper包装器将数据的格式统一化，导入程序读取文件数据并进行解析。在系统需要数据计算时，可提取数据并进行处理。

3.2 突发事件管理

（1）记录事故信息：突发事件类型、级别、影响范围、发生地点和时间、事发车站、所属线路、所在区间、行车方向、车次等。

（2）设定不同突发事件类型：火灾、爆炸、化学威胁、地震；设备故障、列车故障；乘客被车门挤伤、失足跌入轨道，等。

（3）设定突发事故级别，暂设4级：一般事故、较大事故、重大事故、特别重大事故。

（4）设定事故的影响范围：直接影响车站、间接受影响车站；直接受影响线路、间接受影响线路；事故区间，等。

（5）根据不同突发事件类型和事故级别，初步设定相应的客流诱导方案和信息模板。

将突发事件的类型、级别、影响范围、发生地点、持续时间、相应的处置方案等模块设定为多选功能，可在不同模块进行编辑、更新。不同突发事件模块与事件处置措施模板形成“一对一”的对应关系。

3.3 路网能力分析

路网能力分析包括：通过能力，如：线路通过能力、列车折返能力、最终通过能力等；车站各设备能力，如通道通过能力、楼梯及自动扶梯输送能力、AFC设备使用能力，以及站台和站厅空间容纳能力等；换乘能力，线路间换乘能力、换乘通道综合能力等[6]。

将突发事件信息进行数据化处理，整理成系统识别的统一格式，导入基础数据管理模块和突发事件管理模块的数据，建立不同突发事件下的能力计算模型与算法，对路网能力的各项指标进行计算。制定路网能力等级规则，对计算指标进行分析，得到路网能力综合分析结果。路网能力分析结果将传输到信息展示模块，作为判定路网运营状态的依据。

3.4 客流分析

客流分析涉及的指标包括客运量、进站量、断面客流、换乘量等指标，为确定突发事件的客流影响范围提供依据。

导入实时客流数据并格式统一化，建立不同突发事件下，突发客流指标及数学模型和计算方法，调入基础数据管理模块中的历史客流数据，分析对比客流分布特征的变化情况，得出突发事件下客流分布情况。分析结果作为判定事故影响范围和进行客流诱导的依据。

3.5 客流诱导信息发布

客流诱导信息发布主要是实现对不同受影响程度的车站发布不同的客流诱导信息。包括发布对象、发布内容、发布形式、时间管理4个方面。

（1）发布对象。即生成直接受影响的车站和间接受影响的车站。（2）发布内容。从突发事件管理中调出的相适应的客流诱导方案及信息模板。（3）发布形式。站内外PIS（Passenger Information System，乘客信息系统）、官方网站、广播、查询机等。（4）发布时间。设定客流诱导信息的发布时间、结束时间。

根据客流分析和路网能力结果，系统将自动生成发布对象、发布内容模板，工作人员核实事件的直接影响范围和间接影响范围，并确认发布内容、发布形式，若需修改，可直接进行编辑。生成完整的发布信息后，将信息存入模板中，同时可进行发布信息预览。在确认预览的发布信息无误后，单击发布按钮，即可按照预览形式发布信息。

3.6 信息展示

路网运营状态以动态图显示，实时展现线路和车站的运营状态。当发生突发事件时，事故车站和线路突出显示，区别于正常运行的线路和车站。

（1）路网状态以动态图进行展示。日常运营时，以红黄绿3种不同颜色区分线路与车站的运行状态及拥挤度（即红色代表严重拥挤，黄色代表拥挤，绿色畅通）。在突发事件下，以红色或红叉突出显示事发车站和所在区间，路网其他运行线路和车站均以灰色标出。

（2）PIS展示。站内外PIS，以路网全图、路网局部图、文字相互交替的形式进行诱导信息展示。停播各种电视节目，以客流诱导信息为最高优先级。

（3）网站查询。乘客可登录官方网站查询突发事件信息，获取突发事件下的客流诱导信息、查询路径变更情况。

4 结束语

本文以城市轨道交通系统网络化运营为背景，围绕城市轨道交通复杂网络化运行环境下的信息共享和应急处置的迫切要求，提出城市轨道交通突发事件客流诱导系统的设计思路。系统应用后，希望能够达到以突发事件实时路网数据和客流数据为核心，经过对突发事件的发生、发展进行科学有效的分析和处理，提供可视化的事件分析与处理结果，为应急指挥人员采取有效措施、下达处置命令、协调各种救援力量提供有力的技术支持，同时乘客可实时获得突发事件信息及客流诱导信息的良好实用效果。

[1]刘小娜，马东辉，郭小东. 地铁突发事件典型案例分析[J].安全，2006，27（6）：25-26.

[2]王 波，李晓霞，安栓庄. 轨道交通换乘站客流特性分析及车站设计[J]. 都市快轨交通，2010（2）：55-58.

[3]丁 蕾，徐永能，蒋 毅. 地铁换乘客流实时监测模型研究[J]. 都市快轨交通，2011，24（6）：56-59.

[4]王云琴. 基于复杂网络理论的城市轨道交通网络连通可靠性研究[D]. 北京：北京交通大学，2008.

[5]陈晓竹.突发事件对城市地铁通过能力影响[J]. 魅力中国，2009（21）：137-138.

[6]张一梅. 基于路网的城市轨道交通系统运输能力研究[D].北京：北京交通大学，2009.