铁路运输生产应急知识管理系统构建的研究

孟川舒

MENG Chuan-shu

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

(Institute of Computing Technology， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

铁路运输生产应急知识管理系统构建的研究

孟川舒

MENG Chuan-shu

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

(Institute of Computing Technology， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China)

在铁路应急处置工作中，各专业领域的信息汇聚是重要的支撑环节，但目前仍然存在信息与突发事件无法自动关联、基础技术资料缺乏统一有效的管理与应用、历史经验缺乏利用等问题，在此基础上提出主要解决思路。通过铁路应急知识管理系统构建的研究，分析系统架构设计和功能设计，阐述系统构建所采用的智能交互和智能知识库 2 项关键技术及应用创新，以铁路运输生产应急知识管理系统的应用案例，验证实现应急预案、应急资源信息的形象化展示，信息的快速汇聚和自动关联，为有效辅助铁路应急处置工作奠定基础。

铁路应急处置；知识管理系统；构建；关键技术

1　概述

铁路应急处置工作是铁路运输生产中的一项常态化工作，从现场设备故障到生产安全事故等各种突发事件的应对都属于应急工作的范畴。铁路应急处置工作作为国家应急体系的一个重要方面，已经针对各类各层突发事件制订了相应的应急预案，从体制上设置了专门的应急管理办公室和应急指挥中心，形成系统的铁路应急管控机制[1]。为了保障铁路运输生产安全，随着铁路的发展和科技的进步，应在不断变化的新形势下充分利用科技手段进一步支撑铁路应急工作，加快构建铁路运输生产应急知识管理系统。

在铁路应急处置工作中，需要根据实际情况汇聚各种相关信息，对科学制订应急处置方案、细化组织起到支撑辅助的作用[2]。而这些信息的组织方式方法则直接决定了信息汇聚的科学性和有效性。但是，目前铁路应急处置工作仍然存在一些问题，主要体现在以下方面。

（1）在铁路应急处置工作中，需要事发区段线路、受影响的列车、救援装备、救援队伍等信息，而目前对这些信息的获取还只能逐类进行人工查询，还不能实现相关信息与突发事件的自动关联，形成信息孤岛，造成信息检索效率低下。

（2）在实际铁路运输生产作业中，经常需要查找使用大量技术资料。特别是在应急处置工作中，更需要综合运用线路、信号、牵引供电、应急预案、处置办法等不同种类的技术资料，但目前仍然缺乏便于查询技术资料的有效手段工具，缺乏对技术资料统一有效的管理与应用[3]。

（3）铁路运输生产在科学高效处置事故故障、精细组织规范作业等方面积累了大量的实践经验及案例，但目前缺乏对这些案例经验的挖掘和利用，其基本都处于沉积状态[4]。

针对上述问题，主要解决思路：一是对铁路应急处置相关的动态生产信息和静态技术知识进行自动、有效的关联汇聚，满足当前应急处置场景的需要；二是兼顾日常运输生产与应急处置工作，使各专业领域能够方便高效应用该专业技术资料、实践经验等静态知识，实现多方位的知识共享，而且在应急处置时能够快速地发挥相关信息的支撑作用；三是促进应急处置工作知识的结构化和显性化，使相关知识能够更加精准的应用、有效的传承；四是可以将动态信息归纳到相关专业领域知识的范畴，只不过相对于静态知识而言是由于属性值发生变化而获得相应变化的动态知识。例如，车底交路信息，应急处置时并不需要全部信息，只需要关联抽取出涉事区段相关的车底交路信息，从而获得一条动态知识；而具体哪些车底受到影响是由事发时间地点所决定，它是这条知识可变的属性值。因此，解决好信息汇聚相关问题实际上就是应做好相关应急知识的管理和应用，构建铁路运输生产应急知识管理系统。

2　铁路运输生产应急知识管理系统的构建

构建铁路运输生产应急知识管理系统的目标是通过铁路相关知识信息的自动关联汇聚来提高应急处置效率与效果，同时兼顾日常运输生产中各专业对技术资料的应用，提高专业领域的知识效用。

2.1 架构设计

铁路运输生产应急知识管理系统的目标用户在日常主要是各专业领域需要使用技术资料的人员，在应急处置时主要是应急指挥人员、列车调度人员和车站值班人员。因此，系统架构设计首先需要考虑信息数据、资料文档的汇聚和统一管理，还需要通过各项具体功能达到面向不同场景、不同用户的应用要求。铁路运输生产应急知识管理系统架构图如图1 所示。

铁路运输生产应急知识管理系统架构设计分为 4 个层次。

（1）支撑层。支撑层即硬件设备层，主要包括服务器群组和存储设备等硬件。

（2）数据层。数据层包括接入应急处置需要的列车编组、车底交路、司机值乘、客运售票等动态信息，以及存储日常运输生产作业和应急处置时需要的线路、信号、牵引供电、应急预案 (处置办法)等技术资料文档。

（3）知识汇聚层。知识汇聚层是整个系统架构的核心层，利用智能交互和智能知识库 2 项关键技术，从数据层获取动态信息和技术资料数据，进行知识的结构化汇聚和有效关联，再面向应用层各项功能提供服务，满足日常运输生产工作中对技术资料查找的便捷性要求，以及应急处置时对相关信息快速关联汇聚的需要。

图1 铁路运输生产应急知识管理系统架构图

（4）应用层。应用层主要通过调用知识汇聚层的智能知识库，一是面向运输、机务、工务、电务、车辆、供电等各专业领域提供查询检索、管理维护、信息共享、案例经验等应用功能，二是面向应急指挥中心、调度、车站等关联单位汇聚运输生产信息、应急资源、应急预案、地理信息等各类实用信息，对运输生产全过程发挥辅助支撑作用[5]。

2.2 功能设计

铁路运输生产应急知识管理系统的功能分为应用和管理 2 个层面，同时又包含日常应用和应急处置 2 个方面。功能设置从实际需求出发，紧密结合应急处置时对各类信息有效汇聚的需要，同时兼顾日常运输生产作业中各专业、各层级工作人员对技术资料的应用要求。

2.2.1 日常应用

（1）知识门户。主要实现技术资料的查询获取功能：一是将知识按专业分类、按组织结构分层，构成专业知识树，方便各专业管理；二是提供智能知识检索，可以直接以自然语言发问查询，不需要提炼关键词；还能够自动罗列可能需要的相关资料，进行提示辅助。

（2）知识对比。一是可以对结构化的技术资料、应急预案、处置方案、历史案例甚至类似装备进行对比，方便相关人员通过分析差异来改进工作；二是可以对比某一资料的不同历史版本，分析变化过程。通过知识对比，能够更大地挖掘发挥知识效用，对优化运输生产作业方法和过程起到重要的促进作用。

2.2.2应急处置

（1）辅助处置。系统能够根据报送信息自动识别应急事件的时间地点、事件类型及情况影响等要素，对应急预案、应急资源、生产信息等自动关联，通过电子地图显示事发地点及周边地理信息，汇聚列车编组、车底交路、值乘担当、客货运等与事件相关的运输生产信息，罗列可能与事件相关的人员、应急预案、装备物资等信息，以及可供参考的类似案例，对科学制订应急处置方案形成强有力的支撑辅助。

（2）经验案例。收录以往应急事件案例，通过特征标识进行结构化，形成相关统计分析，不仅可以为优化应急处置方法过程提供支持，还能够为用户提供个性化的个人知识库，使用户可以针对事件添加个人处置经验建议，也可以添加管理个人知识形成智力支持，促进应急处置经验的积累。

2.2.3 管理维护

（1）知识维护。实现不同用户权限下对知识的增删改处理及对热点知识、阅读明细等相关统计分析。

（2）知识审批。实现流程化的知识变更审批，可以支持专业技术资料的编制、修订、审批、发布等工作过程，使各专业处室站段在进行此类工作时更加方便规范。

（3）公告管理。当技术资料内容或数据发生变化时，可以直接公告提示相关使用人员及时掌握，提升工作效率，避免工作失误。

（4）系统管理。实现基础配置、基础数据管理、用户管理、角色管理、组织机构管理等，对整个系统实现权限设置及控制。

3　铁路运输生产应急知识管理系统关键技术与应用创新

3.1 关键技术与应用创新

铁路运输生产应急知识管理系统采用了智能交互和智能知识库 2 项关键技术。一是智能交互技术，该技术以铁路应急专业领域知识本体构建为基础，利用自然语言处理实现对铁路应急专业领域知识的智能检索和问答式交互。因此，智能交互技术有别于传统检索中的关键词分词匹配，而是基于自然语言处理、语义分析与匹配、知识推理、上下文关联等技术，使成百上千种自然语言表达形式映射成一种标准知识表达，进而实现自然语言智能问答。二是智能知识库技术，智能知识库是知识管理系统的核心，是智能交互技术的基础支撑，如果说智能交互技术是引擎，那么智能知识库就是内容。智能知识库具有知识结构化、知识智能化和知识统一化的特点，能够实现细颗粒度知识的高度复用，能够实现原子知识的精准定位和自然语言搜索，以及对网络、APP、微信等各种交互形式的支持。智能知识库利用原子知识、知识图谱等方式记忆业务概念、概念关系和具体知识内容，根据利用智能交互技术抽象出的标准问题，提供答案并且给出扩展知识引导[6]。

基于这 2 项关键技术，通过紧密结合实际需求的功能设计，铁路运输生产应急知识管理系统较好地解决了应急处置信息无法有效汇聚协同支撑、技术资料使用不便实效降低、案例经验沉积浪费缺乏挖掘传承等 3 大运输生产中的实际问题，实现了关键技术与应用创新。

（1）实现应急处置信息的自动关联汇聚，提高了应急处置工作效率。传统信息系统无法针对变化的事件信息实现应急处置所需信息的映射关联，因而只能由人工操作查询。而利用智能交互技术的自然语言处理能力，能够自动识别应急事件信息中的关键要素，进而对所涉及的技术资料、应急预案、应急资源、生产信息等内容自动关联，实现信息汇聚。同时，结合 GIS 等其他技术手段，自动为用户展示丰富的信息资源，对应急处置起到显著的辅助作用。

（2）实现自然语言问答形式的智能检索，提高了技术资料的查找效率，增强了技术资料对生产作业的支撑作用。而且利用智能知识库，用户可以直接以自然语言进行问答式查询，无需自己提炼关键词。

（3）充分挖掘和利用案例经验，提升了案例经验对工作的辅助作用。利用智能知识库，能够自动关联类似案例经验并列举展示，还可将案例经验比较分析，使沉淀的案例和处置经验等隐性知识得以较好的挖掘利用，显著提升其对日常生产维护和应急处置工作的参考辅助作用[7]。

3.2 案例分析

目前，铁路运输生产应急知识管理系统处于功能验证阶段，已经与昆明铁路局、太原铁路局沟通，设计了信息汇聚原型功能和基于微信形式的智能问答原型功能，原型系统图如图2 所示。

由图2可以看到，通过 GIS 能够实现信息的形象化展示，配合应急预案、应急资源等信息自动关联和快速信息汇聚，有效地辅助应急处置工作[8]；通过基于微信的原型系统，一方面，验证了系统对各种通信方式的支持，为更加便捷地获取技术资料提供了拓展思路；另一方面，验证了系统对于应急事件自动识别并给出知识答案的能力，以及对于提高检索效率和应急处置效率的作用，为铁路应急处置工作奠定基础。

4　结束语

随着我国高速铁路的快速发展，铁路技术装备水平不断提升，铁路作业组织更为精细，因而无论是日常运输生产还是应急处置都需要不断地提高工作效率、增强工作效果。通过构建铁路运输生产应急知识管理系统，能够强化对信息和知识的管理运用，以先进的智能技术来支撑保障日趋精细的作业过程，有效提高日常生产和应急处置的工作效率，同时以技术创新带动业务创新，促进运输生产过程的优化完善，为铁路运输生产发挥显著的技术支撑作用。

图2 原型系统图

[1] 王富章等. 铁路突发事件应急管理研究[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.

[2] 周光辉，汪 智，王富章. 2008年北京奥运会期间铁路突发公共事件风险评估研究[J]. 中国铁路，2008(2)：69-73.

[3] 晁 京. 上海铁路局技术资料管理系统的设计与实现[J]. 铁路计算机应用，2009，18(10)：32-34. CHAO Jing. Design and implementation on Technical Material Management System for Shanghai Railway Adminstration [J]. Railway Computer Application，2009，18(10)：32-34.

[4] 陈 序. 铁路应急能力评价及对策研究[D]. 北京：北京交通大学，2008.

[5] 陆海洲，王富章，王英杰，等. 铁路应急平台框架体系研究[J]. 中国铁路， 2007(6)：41-44. LU Hai-zhou，WANG Fu-zhang，WANG Ying-jie，et al. The Study on Railway EmergencyPlatform Framework[J]. Chinese Railways，2007(6)：41-44.

[6] 王云才，牛聚粉. 基于知识图谱的应急管理研究态势分析[J]. 中国安全科学学报，2012，22(4)：171-176. WANG Yun-cai，NIU Ju-fen. Emergency Management Researching Situation AnalysisBased on Knowledge Map[J]. China Safety Science Journal，2012，22(4)：171-176.

[7] 张汉平，任红霞. 技术研发知识库体系的建立与应用初探[J]. 中国机电工业，2007(11)：82-84.

[8] 孟川舒，何书堂，胡召华，等. 铁路局应急平台总体设计及关键技术研究[J]. 铁路计算机应用，2014，23(4)：1-4. MENG Chuan-shu，HE Shu-tang，HU Zhao-hua，et al. The Overall Design and Key Technologies of the Railway Administration Emergency Platform[J]. Railway Computer Application，2014，23(4)：1-4.

责任编辑：赵 娟

Study on Establishment of Emergency Knowledge Management System of Railway Transport Production

Information gathering of each professional field in railway emergency treatment works is an important support link, but there are still exist problems, such as information unable to automatically associate with emergency, lacking unified and effective management and utilization in basic technical information as well as lacking utilization of historic experience, and this paper puts forward main solutions on the basis of above mentioned. Through studying on the establishment of railway emergency knowledge management system, the paper analyzes the system framework design and functional design, and expounds 2 key technologies applied on the system establishment, the intelligent interaction and intelligent database, as well as their applications innovation, and then, the application case of emergency knowledge management system of railway transport production was used to validate the realization of emergency response plan , the visualization display of emergency resource information and information rapid gathering and automatic linking, so as to provide foundation for effectively assisting railway emergency treatment works.

Railway Emergency Treatment; Knowledge Management System; Establishment; Key Technology

1003-1421(2016)05-0069-05

U298.5；TP391.7

A

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.05.15

2016-03-29

中国铁路总公司科技研究开发计划课题(2016F001)