地铁区间应急疏散关键系统设计与测试实现

李虹雨

(陕西交通职业技术学院，轨道交通学院， 陕西， 西安 710018)

0 引言

随着我国社会经济的不断发展，城市交通拥堵问题日益严重，为缓解该问题的发生，地铁随之而产生，地铁是一种容量巨大的公共交通工具，通过该工具可最大限度的缓解城市交通拥堵问题，但由于地铁长期处于地下环境工作，且所处空间十分狭小，易造成突发事故，基于此，本文针对地铁区间应急疏散关键系统进行如下设计，通过地铁区间应急疏散关键系统的设计，可有效缓解疏散事件的发生，并且该系统有利于救援人员及时确定事故发生的位置，最大限度的减少人员伤亡以及经济损失。

1 地铁区间迫停疏散的危害程度分析

1.1 需要进行地铁区间疏散的情况

由于地铁的主要运行环境处于地下，当地铁出现设备等方面的故障时，易造成列车脱轨、坠落、分离等现象，该现象的发生可导致运营线路出现阻塞，此时，工作人员应针对该现象进行疏散，最大限度的降低列车事故对乘客造成的危害，通常情况下，地铁区间出现事故时需要疏散的主要情况包括3种，分别是严重车辆事故、设备故障以及火灾等重大事故，在事故发生时，应在第一时间针对乘客进行疏散，以免造成更严重的损害发生[1]。

1.2 地铁区间迫停疏散的危害程度

当地铁区间出现迫停疏散事件时，可造成地铁区间不能正常运营，对于地铁区间造成较大影响，该影响主要体现在运营中断、人员受伤、社会负面影响、经济损失等方面，其中运营中断指的是事故发生时，由于环境过于复杂，造成救援时间超过预期时间，从而导致运营中断。人员受伤指的是列车因事故被迫停止后，乘客出现恐慌，疯狂敲砸玻璃，造成人员出现受伤现象，与此同时，该现象对于公司财产可造成一定损失。此外，列车迫停事件发生的主要原因是由于公司未做好事件预防措施，并且未针对受伤的乘客做好赔偿，导致乘客向社会曝光公司的负面新闻，对于公司的影响较大[2]。

2 地铁区间应急疏散系统架构设计

2.1 应急疏散系统逻辑架构设计

针对地铁区间应急疏散系统的逻辑架构进行设计时，主要将该架构分为4层，分别是展示层、应用层、模型层和数据层，其中展示层是该系统实现仿真结果的多维展示平台，为保证展示层可更加清晰的展现出地铁内部环境状况，在展示层内设置PC端和VR设备端，PC端和VR设备端可为用户提供多维可视化的疏散空间场景，有利于在地铁区间出现事故时，可在第一时间内针对乘客进行疏散；应用层主要利用VR技术实现沉浸式观察，内部结构主要包括疏散效果评估、应急预案优化、安全行为分析和安全逃生教育；模型层是该系统的核心组成部分，可为系统提供大量数据；而数据层是系统成功建立的基础。

2.2 应急疏散系统功能架构设计

为保证应急疏散系统可稳定运行，将该系统的功能分为突发事件仿真、应急疏散演练、仿真统计分析和可视化展示，地铁区间应急疏散系统功能架构如图1所示[3]。

图1 地铁区间应急疏散系统功能架构图

(1) 突发事件仿真：该功能可对地铁区间的突发事件进行场景设定。通过对模拟数据进行读取，即可根据事件所发生的时间和位置以仿真的形式进行场景重现。对乘客属性进行配置，充分结合乘客的数量、期望速度等参数进行属性设置。

(2) 应急疏散演练：在功能上可适用于多种场景，根据相关需求，即可实现对应急疏散场景进行仿真，而用户可通过该系统对场景仿真和疏散演练等模式进行设定。

(3) 仿真数据统计分析：演练完毕后可利用仿真数据统计功能针对数据进行统计，为满足地铁公司针对列车进行运营过程中，对于数据的需求，本文主要采用录屏的方式针对演练过程进行记录，有利于最大限度的满足地铁公司运行安全评估的数据需求。

(4) 系统可视化展示：为保证用户更加直观的观察到仿真演练过程及相关数据，采用UI界面对系统配置进行可视化设定，使地铁区间的演练场景呈现三维漫游状态，并通过PC模式将仿真数据以图表的形式进行展示。

3 地铁区间应急疏散系统硬件设计

针对地铁区间应急疏散系统进行设计时，主要将该系统的硬件部分分为火灾报警子系统和区间应急照明疏散指示子系统，为保证系统的稳定运行，将硬件部分分为多个处理单元，并针对系统硬件单元进行如下设计[4]。

3.1 列车火灾探测单元

该单元的主要功能是利用监控系统获取列车内的监控图像，通过该图像的获取可判断疏散事件发生的具体位置以及火灾的扩散程度，有利于针对火灾情况及时进行救援。针对该单元进行设计时，由IPC作为系统的工控机，MDS2710作为系统的数字电台，工控机可为系统提供千兆自适应以太网接口，将该接口与视频监控系统的网络交换机进行连接，有利于系统及时根据火警信息进行处理。由于地铁列车长期在移动的环境下工作，而数字电台具有良好的性能，可保证该单元的可靠性[5]。

3.2 应急照明控制器单元

该单元的主要功能是为兄台能够提供照明指示标，通过照明指示标和形成安全的疏散逃生路线，并将IPC作为系统的工控机、RS-485作为系统的照明控制器，技术指标参数如表1所示。

表1 技术指标参数

针对应急照明控制器单元进行设计时，将主机的用电源定为DC12 V，该主机的功耗为10W，为给用户提供更好的视觉效果，选用17寸的屏幕作为主机显示器，而AC/DC电源的输入电压为市电电压，输出电压为支流12 V并采用RD-M作为系统的微型打印机，应急照明控制器硬件组成框图如图2所示[6]。

图2 应急照明控制器硬件组成框图

3.3 分配电装置硬件设计

分配电装置的主要功能是实现对应急照明灯具的控制和状态检测，为保证分配电装置的稳定运行，将总线模块作为该系统的核心，通过总线模块可针对应急灯具的故障情况进行实时上传，而该模块主要由微控制器、电路等部分组成。

3.4 应急灯具硬件设计

通常情况下应急灯具主要包括照明灯和标志灯两种，针对应急灯具进行设计时，可将HY-BLJC作为系统的应急标志灯，并将HY-ZFJC作为应急照明灯具，该灯具的工作电压为DC24 V，为保证系统的稳定运行，使应急照明灯具备巡检、常量和灭灯功能，而应急标志灯具有巡检、常亮、频闪等功能。

4 地铁区间应急疏散系统软件设计

4.1 列车火灾探测报警软件设计

为保证应急疏散系统具有较强稳定性，可针对列车火灾探测报警软件进行设计，列车火灾探测报警软件的实现主要利用LabVIEW技术，并结合视频监控系统的优势，以图像处理的方式针对软件进行设计，为保证列车火灾探测报警软件的稳定运行，将软件按照功能划分为图像获取、处理以及串行通信模块，列车火灾探测报警软件结构[7]如图4所示。

图3 列车火灾探测报警软件结构图

图4 分配电装置检测软件流程图

4.2 应急照明控制器软件设计

为保证该系统具有一定联动性，针对应急照明控制器软件进行设计时，采用C/S结构进行设计，此外，应急照明控制器软件在运行过程中的功能主要包括：灯具运行状态浏览、分配电装置管理、总线模块管理、集中电源管理以及应急照明控制管理。

4.3 分配电装置软件设计

针对分配电装置软件进行设计时，将该软件分为总线模块和分配电装置检测两部分，其中总线模块选用C语言针对芯片进行编程，为实现应急疏散系统之间的通讯功能，选用RS-485接口和应急照明控制器之间形成连接，而灯具部分与H-MBUS串行总线形成数据通讯，总线模块软件实时上传灯具的状态信息至应急照明控制器，应急照明控制器成功接收到信息后，向灯具发送控制指令。分配电装置检测软件可针对应急疏散系统进行检测与调试，通过该软件可实现控制指令的发送，分配电装置检测软件流程如图5所示[8]。

5 地铁区间应急疏散系统仿真测试分析

通过上述设计可知，地铁区间应急疏散系统可在列车出现事故时及时报警，此外，地铁区间应急疏散系统可针对列车进行智能管理，有利于维持地铁区间应急疏散系统的稳定运行，具有重要作用，为验证地铁区间应急疏散系统的可行性，本文针对地铁区间应急疏散系统进行仿真测试，以此验证该系统的可靠性。

5.1 系统设备基本功能测试

针对地铁区间应急疏散系统的基本功能进行测试时，本文主要针对系统的分配电装置进行研究，其调试项目包括通信测试、设备运行状态测试以及联动功能测试，测试流程主要包括如下4个步骤。

(1) 首先将分配电装置中的电源输入以地铁区间应急疏散系统中的通信线进行连接，连接完毕后，应及时确定连接是否无误，在保证电源连接无误后，可向地铁区间应急疏散系统内通入电流。

(2) 电源通入完毕后，应启动计算机上的分配电装置软件，并利用计算机针对该装置进行参数设置，参数主要包括串口选择、设备通信地址、编号以及测试人员等，参数设置完毕后可点击计算机界面的“连接”按钮，以此保证软件的通信功能，地铁区间应急疏散系统处于通信状态时，指示灯为绿色。

(3) 保证系统通信处于正常状态时，应按照软件界面的提示内容进行逐项测试。

(4) 针对地铁区间应急疏散系统进行调试后，计算机界面出现“生成报表”字样，点击即可将调试结果进行记录或输出[9]。

5.2 系统仿真模拟测试分析

为保证地铁区间应急疏散系统可稳定运行，本文针对地铁区间应急疏散系统进行仿真模拟测试，该测试主要针对系统中的探测火灾和火灾报警功能是否具有准确性和实时性，针对地铁区间应急疏散系统进行测试之前，应保证系统内的设备处于正常运行状态，测试过程中首先应设置三个着火点，分别位于车头部、中部以及尾部，利用该系统时刻监测火灾发展情况，并将火灾发生的位置信息上传至控制器，通过控制器生成应急疏散方案，工作人员可根据系统的指示灯及时救援。通过系统仿真模拟测试可知，该系统可在60 s内生成应急疏散预案，满足地铁区间的应急救援需求[10]。

6 总结

本文主要针对地铁区间迫停疏散的危害程度进行分析，通过分析可知，若地铁区间出现疏散事件，可对地铁公司造成不同程度的影响，不利于地铁的稳定运行，与此同时，地铁出现疏散事件可造成不同程度的人员伤亡，基于此，针对地铁区间应急疏散系统的架构、硬件组成以及软件组成进行实现，为保证地铁区间应急疏散系统可顺利运行，通过仿真测试实验验证系统的可靠性，结果表明，该系统符合地铁区间的应急救援需求，在60 s内即可生成预案。