基于城市轨道交通多源信息的线网综合应急指挥系统功能研究

宋晓敏，王 洋，胡雪霏，吴 可

（1.交通运输部科学研究院，北京 100029；2.城市公共交通智能化交通运输行业重点实验室，北京 100029；3.城市轨道交通运营安全管理技术及装备交通运输行业研发中心，北京 100029）

0 引言

随着我国城市轨道交通线网规模的扩大和运营单位数量的增加，城市轨道交通各类突发事件应急处置面临新的问题和挑战，尤其体现在线路之间的运营协调能力不足、应急资源的共建共享不够和制定科学的应急决策难度大等方面。在突发事件应急处置过程中，准确及时的信息采集、处理和分发，对于突发事件发生后科学及时地做出决策至关重要，而这离不开应急管理信息系统的研发。国内多地在积极探索建立城市轨道交通线网综合应急指挥系统（以下简称“综合应急系统”），以提高城市轨道交通应急指挥的信息化水平，实现应急信息的高速流转和应急资源的共建共享，为城市轨道交通的安全可靠和高效运行提供有效的技术支持。

在城市轨道交通安全应急能力提升和系统化建设方面，国内专家学者已开展了相关研究，依托部分项目也进行了一些实践。在应对不同类型突发事件的应急处置方面，刘悦等[1]、张开婷等[2]、石俊刚等[3]针对大客流类突发事件的应急处置开展了研究，刘维庆等[4]、魏琳等[5]、张敏等[6]针对设施设备故障、火灾、恐怖袭击等突发事件的应急处置开展研究，为综合应急系统建设引入相关类型基础数据提供了支撑；在应急物资配备和布置方面，卢弋等[7]、李平等[8]、雷斌等[9]开展了相关研究，为综合应急系统建设中引入应急物资类数据奠定了研究基础；在风险分级管控和隐患排查治理双重预防方面，范博松等[10]提出了基于复杂网络的有向权重动态风险模型，分析了导致突发事件的关键风险因素和突发事件给运营造成的滞后时间长度；在综合应急系统建设和功能设定方面，贾文峥等[11]、莫义弘[12]、梁强生[13]、刘新科等[14]采用情景分析、业务模块设计等方法明确了不同应急指挥系统的功能需求和建设重点。当前，在工程项目实践方面，北京、上海、广州等城市已经初步建设了线网综合应急系统；成都、重庆、西安等城市随着线网扩大正在建设线网级的综合应急系统，孙佃升[15]在研究中介绍了相关工程的建设情况。分析上述文献发现，当前大部分研究基于城市轨道交通应急处置的突发事件类型、业务流程等对综合应急系统功能进行设置，缺少从人员信息需求角度出发的多源信息流相关研究，难以有体系地支撑系统建设过程中数据源的收集工作。

科学的应急指挥需要大量多源信息的支撑，在大数据的基础上实现系统的应急指挥和辅助决策将是未来的发展方向[16]。本文通过问卷调查、专家咨询等方法梳理现有线网综合应急系统在多源信息集成方面的短板和不足。在此基础上，从综合应急系统需要的各类多源信息出发，提出一种考虑线网应急指挥决策者（Decision Makers,DM）、线网调度人员（Dispatching Personnel,DP）、现场应急救援人员（Rescue Workers,RW）和乘客（Rail Passengers,RP）四种角色需求的综合应急系统功能确定方法。

1 当前各地线网应急系统存在的主要问题

为充分摸清当前国内各城市轨道交通线网层面应急指挥存在的主要问题和对系统功能需求，本文对北京、上海、广州、成都、长沙等27座城市综合应急系统建设现状进行了调研，梳理归纳了当前我国城市轨道交通线网层面应急指挥存在的主要问题如下。

1.1 多源信息收集的要素不够全面

主要体现在城市轨道交通发生突发事件时，线网决策层无法第一时间看到事发现场的状况，无法对事件的影响进行科学判断。存在不同运营主体间应急物资、应急人员信息不共享的情况。当调用应急物资和应急人员时，无法准确判断物资和人员到达事发现场所需的时间，或者应急设施设备和应急人员调度不合理，到达现场后人员与设施设备不匹配，导致现场处置无法及时开展。在缺少信息支撑的情况下，部分应急决策依靠个人经验，缺少科学性。

1.2 多源信息收集的现实条件参差不齐

各地城市轨道交通运营专业系统建设情况和建设基础各不相同，影响到综合应急系统监测预警、应急资源调度和应急指挥等功能的实现。以综合监控系统为例，部分新建线路和大部分老旧线路没有设置综合监控系统，未实现电力监控、环境与设备监控和站台门监控等系统的集成。这影响到综合应急系统对各专业设备状态监控预警等功能的实现路径。此外，以视频监控功能为例，从线网调度指挥者的需求出发，能实时调看突发事件现场车站和列车的视频是基本需求，但是，部分城市在采购列车时因未考虑列车视频监控系统的建设需求，导致综合应急系统也无法实现对列车的视频监控功能。

1.3 各专业系统分散建设导致数据集成度低

为实现对各类应急资源的管理，有些城市轨道交通运营单位建立了数字化应急预案管理系统、应急物资管理系统、应急人员管理系统、应急信息发布系统等多种应急系统，但是各类系统间集成化程度较低、系统平台多，导致应急时信息查询流程复杂，影响应急处置效率和效果。

2 多源信息需求分析

多源信息是指与行车组织、客运组织等城市轨道交通运营生产和突发事件应急处置相关的持续变化的各类信息的总和。为应对城市轨道交通运营各类突发事件，不同用户所需要的多源信息各不相同。本文针对线网应急指挥决策者（DM）、线网调度人员（DP）、现场应急救援人员（RW）和乘客（RP）四类用户，分析不同用户对多源信息的需求。

2.1 基于线网应急指挥决策者（DM）的多源信息需求

对于应急指挥决策者而言，作出城市轨道交通突发事件处置决策时需要第一时间获取现场情况、应急处置资源情况等信息。归纳起来，为了给出科学合理的应急指挥决策，线网应急指挥的决策人员对多源信息的需求如下：

1）突发事件发生的时间、地点、现场情况和先期处置情况等信息；

2）可能造成或已经造成的后果，包括伤亡人数和财产损失情况等信息；

3）现场处置进度和状态信息；

4）突发事件对线网总体运行的影响等信息。

2.2 基于线网调度人员（DP）的多源信息需求

在突发事件应急处置过程中，线网调度人员承担信息上传下达、辅助决策者作出科学决策等作用。线网调度人员应能第一时间获知现场情况、所需应急物资储备地点和状态、人员和物资到达现场的时间以及事件处置实施情况等。归纳起来，线网调度人员对多源信息的需求如下：

1）全网风险点管控信息；

2）发生突发事件时线网的客流信息；

3）突发事件对本线路行车组织的影响，以及与本线路存在换乘关系的其他线路的行车组织等信息；

4）相关设施设备运行状态信息；

5）突发事件应急处置需要的应急物资、应急救援人员分布位置和状态信息；

6）突发事件现场的视频信息；

7）与应急事件相关的天气等外部信息。

2.3 基于现场应急救援人员（RW）的多源信息需求

现场应急救援人员是突发事件应急处置的基础力量，需要在事发后尽快赶赴现场进行处置，并确保应急物资的数量、状态等满足应急处置需求。归纳起来，现场救援人员对多源信息的需求如下：

1）突发事件发生的具体地点以及赶赴突发事件现场所需要的时间信息；

2）现场救援和处置需要的应急物资的位置、状态等信息。

2.4 基于乘客（RP）的多源信息需求

当遇到突发事件时，采用城市轨道交通出行的乘客需首先确保自己处于安全状态。在人身安全可以保障的情况下，乘客对于多源信息的主要需求如下：

1）预计线路恢复正常运行的时间信息；

2）突发事件所在车站周边其他交通方式如公交车、出租车的位置信息和路况状态信息；

3）突发事件原因及事件处置进度等信息。

3 多源信息内容及来源途径分析

城市轨道交通正常运营建立在设施设备运行正常、外部环境可控、乘客状态正常且客流量可控的基础上，当出现设施设备故障、突发大客流、保护区事件或自然灾害等外部风险增大时，容易引发城市轨道交通突发事件。根据城市轨道交通线网应急处置需要，将城市轨道交通综合应急系统需要的各类多源信息分为客流信息、行车信息、设施设备信息、视频类信息、生产类信息、外部信息等六大类。不同来源包含的重点信息如图1所示。

图1 综合应急系统多源信息集成示意

3.1 客流信息

客流量大小直接影响城市轨道交通运营安全水平，当出现突发大客流时，容易诱发拥挤踩踏、夹人动车等事件。因此，有必要实时了解线网客流情况。客流信息主要包括实时的和统计的进出站客流、线路和断面客流、换乘站的换乘客流等信息。客流信息的采集主要有以下两种途径：一是通过自动售检票系统可以精确地获取进站和出站客流信息；二是通过模型推算并辅助以其他技术手段校验得到的信息，比如线路和断面客流信息通过清分模型对自动售检票的数据进行路径清分后推算得到。此外，有些城市轨道交通运营单位正在尝试采用列车称重技术、视频分析技术、GPS 定位技术、WiFi 嗅探、App 感知等技术辅助校验线路和断面客流信息的准确性。

3.2 行车信息

行车组织是影响乘客出行效率和出行安全的关键因素。当行车组织与客流量不匹配时，可能导致车站客流淤积、换乘通道拥堵等情况，影响城市轨道交通运营安全。行车信息主要包括车次号、车组号、运行方向、目的地等列车基本信息，列车位置以及正常、阻塞或延误等列车状态信息，列车计划运行图、列车实际运行图和列车运行里程数据等信息。行车信息主要来源于线路信号系统。

3.3 设施设备信息

土建、车辆、供电、信号以及站台门等各类机电设备的运行状态直接影响到城市轨道交通行车组织和客流组织，因此，设施设备正常运行是保障城市轨道交通运营安全的关键因素。据统计，自2020年来，我国发生的因车辆、供电等系统故障导致的运营险性事件已超过10起。设施设备信息具体包括：①车站、区间的建筑结构、隧道埋深、平纵断面信息等；②车辆的牵引、制动、走行部、车门等重要设备的运行状态和故障报警，车载设备运行状态和故障报警，紧急手柄、紧急呼叫、车门紧急解锁、逃生门开启等应急触发信号等信息；③供电设备的遥信、遥测数据和继电保护动作记录、故障报警等信息；④信号设备如信号机、道岔、轨道区段等的运行状态和故障报警等信息；⑤隧道通风、车站通风空调、给排水、照明、站台门、电（扶）梯等设备的运行状态和故障报警等信息；⑥火灾报警信号、消防设施设备的联动状态和故障报警等信息。设施类信息主要来源于工程建设阶段的相关资料，设备信息主要来源于各专业设备系统，或来自线路综合监控系统。

3.4 视频类信息

视频监控系统是线网应急决策者、线网调度人员了解现场情况的重要手段，对于及时发现突发大客流、火灾等运营突发事件具有重要的意义。视频类信息主要包括三类：①设置在车站的视频监控系统的视频信息，实现对包括车站出入口、站厅、站台、设备房等空间的视频监控；②设置在列车上的视频监控系统的视频信息，实现对驾驶室、车厢和轨行区的视频监控；③为应急救援人员配置的智能终端设备等移动端的视频信息，实现对突发事件现场的视频上传。

3.5 生产类信息

生产类信息主要指维修施工管理、数字化应急预案、应急人员管理、应急物资管理等信息。生产类信息的主要来源是运营单位建立的维修施工管理系统、数字化应急预案、应急人员管理系统、物资管理系统等。

3.6 外部信息

近年来，城市轨道交通受到大风、暴雨等自然灾害以及保护区施工等的影响越来越大，时有发生的车站淹水倒灌、保护区违法施工打穿隧道等情况给城市轨道交通运营安全带来了不小的威胁。从城市轨道交通突发事件发生和处置要素角度看，外部信息主要包括三类：①外部预警类信息，包括对城市轨道交通安全运营产生影响的气象信息、地震等地质灾害类信息、公共安全类预警信息、公共卫生类预警信息、车站周边大型活动信息等；②外部资源类信息，包括城市其他单位的可为城市轨道交通运营突发事件所用的应急救援队伍、物资以及公交、消防、医疗等资源信息；③外部乘客服务类信息，包括乘客等社会群体对城市轨道交通运营突发事件的反应和诉求。外部信息的来源主要是外部专业系统、互联网以及与相关单位建立的联动机制。

4 基于多源信息集成的综合应急系统功能分析

基于前文关于线网应急指挥决策者（DM）、线网调度人员（DP）、现场应急救援人员（RW）和乘客（RP）四类用户对多源信息的需求分析，以及系统可采集的各类多源信息，结合信息集成和统计分析等，城市轨道交通综合应急系统可实现以下功能。

4.1 对突发事件的动态监测预警

通过对各设施设备的信息集成，可实现对各系统的状态监测，实现对设施设备故障导致的突发事件的预警；通过对客流信息的集成和监测以及视频类信息的集成，可实现对突发大客流等突发事件的预警；通过对外部预警类信息的集成和监测，可实现对突发自然灾害、突发公共安全事件、突发公共卫生事件等可能影响城市轨道交通正常运营事件的预警。

4.2 应急处置时的辅助决策

发生突发事件时，通过对客流信息和视频类信息的集成，可实时了解突发事件现场客流情况，辅助做出开展客流管控或紧急疏散等决策。通过行车信息集成，可实时了解行车状态，结合客流情况辅助做出调整列车运行图等决策；通过突发事件现场视频信息集成，及时了解突发事件现场处置情况，辅助作出响应等级的调整等决策。

4.3 应急资源的管理和调用

交通运输部出台的《城市轨道交通运营期间安全评估规范》[17]中明确要求，城市轨道交通进入网络化运营阶段后，线网应具备“站点-区域-基地”三级应急点结构，实现人员、物资的统一配套设置。通过对应急人员、应急物资等信息的集成，本系统可辅助实现对应急人员和应急物资进行日常状态管理和应急查找调用等功能。

4.4 对外信息动态发布

突发事件发生时，通过各类多源信息的集成和处理，可实时向乘客等社会公众发布突发事件发生原因和处置进展、预计线路恢复正常运营的时间等信息，以方便乘客安排出行时间和方式，满足乘客对各类信息的动态需求。

基于以上六类多源信息集成的综合应急系统功能要求如图2所示。

图2 基于多源信息集成的综合应急系统功能要求

5 案例分析

国内城市轨道交通曾发生多起因积水倒灌车站影响相关车站和线路正常运营的突发事件。本文以某地铁车站水灾突发事件为例，分析综合应急系统应集成的各类多源信息和实现的功能。

某城市轨道交通所在地区出现持续暴雨，当地气象局也已发布“暴雨黄色预警”。与投入运营车站存在换乘关系的某在建地铁车站附属基坑因周边地面严重积水汇入，基坑内封堵端头被冲开，大量雨水涌入基坑。基坑积水进入车站主体，并通过既有线接口部位进入运营车站站厅层。随着运营车站站厅层积水不断增多，积水通过站厅电扶梯口灌入站台层和轨行区，危及运营安全。该运营单位立即启动应急响应，利用综合应急系统开展应急指挥。

5.1 处置车站水灾事件时应急系统所需的多源信息

针对本案例设置的情景，从水灾事件发生至处置完毕的全过程，线网层面应急指挥需要的信息如表1所示。

表1 综合应急系统在处置车站水灾事件时需要的信息

5.2 处置车站水灾事件时应急系统应具备的功能

基于以上信息的集成，综合应急系统可实现的功能如表2所示。

表2 综合应急系统在处置车站水灾事件时应具备的功能

6 结束语

针对现有综合应急系统在多源信息集成方面的短板和不足，本文提出了一种考虑线网应急指挥决策者（DM）、线网调度人员（DP）、现场应急救援人员（RW）和乘客（RP）四种角色需求的综合应急系统功能确定方法。结果表明，线网综合应急系统需要的多源信息主要包括客流信息、行车信息、设施设备信息、视频类信息、生产类信息和外部信息共计六大类，这些多源信息支撑综合应急系统实现对突发事件的监测预警、应急处置时的辅助决策、对应急资源的管理和调用、对外信息动态发布四个方面的主要功能，可满足DM、DP、RW、RP 各角色应急处置城市轨道交通突发事件。本研究尚未深入研究相关信息来源途径、信息分析和使用要求以及不同系统间接口要求等内容，为更明确应对不同类型突发事件时的多源信息联动方式，需要进一步深化研究信息数据对应急处置的支持作用。