以列車救援為例的軌道交通常規(guī)突發(fā)事件分析

1、 以列車救援為例的軌道交通常規(guī)突發(fā)事件分析 郁琦暉 于浩恬 李佳威Summary：軌道交通常規(guī)突發(fā)事件是軌道交通在日常運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)中時(shí)常發(fā)生，且影響運(yùn)營(yíng)安全的事件。本文對(duì)建立軌道交通事件信息化的管理方法體系展開(kāi)研究，在知識(shí)元理論的基礎(chǔ)上對(duì)事件進(jìn)行情景結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)建軌道交通常規(guī)突發(fā)事件情景結(jié)構(gòu)化體系。以列車救援為例，利用相似性算法對(duì)事件基礎(chǔ)信息、事件結(jié)構(gòu)、事件以及整個(gè)事件處置的相似度進(jìn)行計(jì)算。研究結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)化紀(jì)錄方式對(duì)軌道交通突發(fā)事件信息化建設(shè)及應(yīng)急處置有著重要意義。Key：軌道交通常規(guī)突發(fā)事件，結(jié)構(gòu)化情景分析，相似性引言在軌道交通日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生突發(fā)事件，由于城市軌道交通系統(tǒng)具有行車密度高

2、、列車運(yùn)行間隔短、封閉性高的特點(diǎn)，一旦發(fā)生此類事件，會(huì)嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，甚至危及乘客的人身安全。關(guān)于應(yīng)急管理和情景分析問(wèn)題，目前國(guó)內(nèi)外有較多研究。吳廣謀1提出了事故重構(gòu)的理論，推出態(tài)勢(shì)再現(xiàn)模型，進(jìn)行事故信息整合及事件情景重塑。在此基礎(chǔ)之上，進(jìn)行態(tài)勢(shì)推演，并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，建立了一種“情景-態(tài)勢(shì)”下的事件應(yīng)急管理預(yù)測(cè)體系。Werner K.Graber2利用群體決策方法制作了模擬災(zāi)害演變的應(yīng)急決策系統(tǒng)。Ian Wilson3認(rèn)為情景是現(xiàn)在與未來(lái)的一個(gè)個(gè)連接點(diǎn)或者是連接片段，事件通過(guò)這些點(diǎn)或片段進(jìn)行展開(kāi)，上下承接。目前地鐵企業(yè)應(yīng)對(duì)軌道交通突發(fā)事件是以“預(yù)測(cè)-應(yīng)對(duì)”這種靜態(tài)式模式為主要的應(yīng)急管理

3、模式4。但事件是動(dòng)態(tài)的，用靜態(tài)方式難免有缺陷。因此，本文以解決軌道交通常規(guī)突發(fā)事件的信息化表達(dá)為出發(fā)點(diǎn)，建立“情景-應(yīng)對(duì)”的動(dòng)態(tài)應(yīng)急管理監(jiān)管平臺(tái)。1 結(jié)構(gòu)化體系模型知識(shí)元是構(gòu)成知識(shí)的最小單位以及知識(shí)系統(tǒng)的最小元素，也是構(gòu)造知識(shí)結(jié)構(gòu)的基元。是知識(shí)元的形式化表示，是構(gòu)建知識(shí)元模型及知識(shí)元網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)知識(shí)元進(jìn)行具體化表示可以更好地描述應(yīng)急領(lǐng)域中突發(fā)事件的信息、知識(shí)和模型。知識(shí)元模型是從系統(tǒng)角度出發(fā)，歸納和提煉軌道交通常規(guī)突發(fā)歷史案例的普遍規(guī)律，抽象地描述客觀事物，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基本單位化的模型5。該模型主要包含6個(gè)層級(jí)：事件、情景、情景維度、情景要素、情景屬性及情景特征。1.1 事件以及情景在知識(shí)元

4、模型中，事件可以表示為：式中：為某一具體知識(shí);為組成知識(shí)的知識(shí)元;為知識(shí)元序號(hào)。事件的下一級(jí)子情景由各情景維度展開(kāi)，可以表示為：式中：為某一事件;為各子情景;為情景序號(hào)。1.2 情景維度及要素情景維度最大范圍地包涵事件的情景信息，傳統(tǒng)公共災(zāi)害學(xué)理論將事件的情景分為：事件維度、應(yīng)急管理維度和承災(zāi)體維度，各維度間的信息存在著紐帶緊緊相連。其中，事件維度包括事件發(fā)生的時(shí)間、事件級(jí)別、造成的影響范圍、實(shí)體與虛擬傷害;管理維度指減輕事故危害所做出處理辦法和處理所需的物資、相關(guān)人員、信息和資源等;承災(zāi)體維度是事故引起客流量的變化、事故存在的自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境等信息、危害表現(xiàn)和危害根本原因。將三種維度串聯(lián)成

5、網(wǎng)絡(luò)，即形成完整的情景。軌道交通情景要素描述服務(wù)于應(yīng)急管理，應(yīng)從軌道交通常規(guī)突發(fā)事件所帶來(lái)的危害影響展開(kāi)表示。承災(zāi)體中存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)要素，所以要在承災(zāi)體維度中選擇必要的、關(guān)鍵的、不可缺失的情景要素進(jìn)行細(xì)致刻畫(huà)。應(yīng)急管理維度主要以應(yīng)急管理者執(zhí)行的處置操作為主進(jìn)行，描繪的是在出現(xiàn)軌道交通常規(guī)突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)急決策方面所提供的人力物力及財(cái)力。1.3 情景屬性及特征情景屬性是對(duì)要素信息的進(jìn)一步表達(dá)。事件維度下存在時(shí)間和空間要素的屬性;承災(zāi)體維度中，存在自然、交通、風(fēng)險(xiǎn)要素的屬性;應(yīng)急管理維度下則有管理主體、應(yīng)對(duì)任務(wù)、資源配置等要素的屬性。情景特征是對(duì)突發(fā)事件某一屬性的刻畫(huà)，是一個(gè)事件表現(xiàn)出來(lái)的具體形式。

6、每個(gè)屬性都是以人們能夠直接接收到的特征信息表達(dá)的。1.4 結(jié)構(gòu)化體系模型突發(fā)事件是某一客觀事物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向著另一個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的突變過(guò)程。每個(gè)突發(fā)事件系統(tǒng)都存在著萌芽-前兆-發(fā)生-演化-控制-衰減-消亡的生命周期，每個(gè)事件生命周期的不同階段也會(huì)伴隨著相應(yīng)事件的發(fā)生。而事件發(fā)生后均會(huì)經(jīng)歷事故發(fā)生-應(yīng)急響應(yīng)-應(yīng)急處置-后期恢復(fù)這一過(guò)程。根據(jù)上述對(duì)知識(shí)元模型中6個(gè)層級(jí)的描述，城市軌道常規(guī)突發(fā)事件可以用知識(shí)元理論建立一個(gè)結(jié)構(gòu)化體系模型，見(jiàn)圖1所示。2 相似性算法軌道交通的常規(guī)突發(fā)事件有很多，例如列車救援、觸網(wǎng)失電、信號(hào)故障、車輛故障等。若能根據(jù)同類事件的分析，總結(jié)出處置經(jīng)驗(yàn)，那么將會(huì)對(duì)軌道交通的安全有

7、很重要的意義。故本文通過(guò)相似性算法來(lái)研究事件的相似度。主要從事件相似度以及事件處置相似度兩個(gè)方面進(jìn)行。2.1 基礎(chǔ)信息相似度語(yǔ)義相似度算法認(rèn)為兩個(gè)詞語(yǔ)w1與w2分別有n項(xiàng)概念和m項(xiàng)概念，且這些概念間的最大相似值可用于表示兩個(gè)詞語(yǔ)間的相似性。那么兩個(gè)文本和的相似度可表示為：2.2 事件結(jié)構(gòu)相似度事件鏈結(jié)構(gòu)包括事件級(jí)別和情景個(gè)數(shù)，可用公式表示為：2.3 事件相似度假設(shè)某事件中的情景命名集合和子事件中情景命名集合分別為：上式中，為事件里的第個(gè)情景名稱，為事件里的第個(gè)情景狀態(tài)名稱，0，1。而事件中的每個(gè)情景都會(huì)存在一個(gè)相比較后的最大值，將兩個(gè)事件中的值之和最小值作為分子，兩個(gè)事件所有相似性最大值的和作

8、為分母，可求得整個(gè)事件的情景名稱的相似度：事件鏈中名稱相似的情景包含事件維度與承災(zāi)體維度下的每個(gè)情景要素的屬性與特征集合整體相似度可用以下公式表示：上式中，和各是情景名稱一樣或相似度極高的兩件事件的情景維度下的屬性集合。0，1，值越小相似度越低，相反，則越高。在公式（9）和公式（10）的基礎(chǔ)上，事件鏈中情景狀態(tài)集合的整體相似度：2.4 事件處置相似度首先，整個(gè)事件的處置任務(wù)及應(yīng)急行動(dòng)詳細(xì)內(nèi)容的相似性計(jì)算公式如下：3 列車救援實(shí)例分析3.1 案例描述案例1：8月7日6：32，8號(hào)線0323#車（工程車）第二天試運(yùn)行，該車出庫(kù)后至宜山路上行停站后即自動(dòng)收車。6：38，司機(jī)處置無(wú)效申請(qǐng)救援，運(yùn)營(yíng)調(diào)度

9、安排后續(xù)出庫(kù)0236#車進(jìn)行救援。6：48，故障救援列車連掛作業(yè)完畢，安排經(jīng)出庫(kù)線車輛段。6：53，救援連掛車動(dòng)車回庫(kù)。案例2：8月21日16時(shí)28分，1號(hào)線莘莊下行站臺(tái)0156#車發(fā)生牽引故障，值乘司機(jī)處置無(wú)效后向運(yùn)營(yíng)調(diào)度申請(qǐng)救援;調(diào)度發(fā)布救援命令由后續(xù)0122#車救援。16時(shí)29分，0156#車司機(jī)接令后將無(wú)線手持臺(tái)轉(zhuǎn)入“列車救援組”模式，并點(diǎn)亮列車尾部頭燈，與折返司機(jī)至客室切除B9閥進(jìn)行救援準(zhǔn)備。16時(shí)32分，救援車0122#車司機(jī)以close-in模式將列車運(yùn)行至故障車處停車后，在未與故障列車司機(jī)聯(lián)控的情況下就擅自進(jìn)行連掛并推進(jìn)。16時(shí)37分，調(diào)度發(fā)現(xiàn)救援連掛車在未獲調(diào)度命令的情況下動(dòng)

10、車后聯(lián)系救援車司機(jī)，并發(fā)令救援連掛車開(kāi)999次，以切除ATP方式推進(jìn)至莘莊下行站臺(tái)清客后至折2線退出運(yùn)營(yíng)。動(dòng)車過(guò)程中，故障車司機(jī)通過(guò)手持臺(tái)與救援車司機(jī)聯(lián)系未果，使用手機(jī)聯(lián)系救援車司機(jī)，詢問(wèn)為何未聯(lián)系即動(dòng)車。救援車司機(jī)回復(fù)調(diào)度已下令，并將命令內(nèi)容告知故障車司機(jī)，但46秒后通訊中斷。16時(shí)41分，救援連掛列車至莘莊下行站臺(tái)后清客。16時(shí)42分，0122#車清客完畢后，救援車司機(jī)在未得到故障車司機(jī)動(dòng)車命令情況下，再次擅自推進(jìn)列車駛向折2線，最高速度約17公里/小時(shí)。16時(shí)43分許，0156#車以約15公里/小時(shí)車速，與折2線滑移式擋車器發(fā)生碰撞，并繼續(xù)推進(jìn)約20米至軌道終端土擋攔停。3.2 基礎(chǔ)信息

11、相似度計(jì)算根據(jù)上述案例描述，將救援案例歸納為五個(gè)特征值：車輛系統(tǒng)、工作/休息日、條線、線路/車站、上/下行。根據(jù)公式（3）分別計(jì)算兩個(gè)案例各類特征值的相似度，結(jié)果如表1所示。將上述結(jié)果求平均值，可得出兩案例的基礎(chǔ)信息相似度為0.199934。3.3 事件結(jié)構(gòu)相似度計(jì)算兩件案例都是列車故障救援事件，都為五級(jí)預(yù)警事件，和都為5。案例一的節(jié)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，案例二的節(jié)點(diǎn)數(shù)有5個(gè)。根據(jù)公式（4）、（5）計(jì)算：可知，兩個(gè)故障救援事件的事件級(jí)別的相似度為1，即完全相似;情景個(gè)數(shù)的相似度為0.8，相似度較大。3.4 事件相似度計(jì)算同理根據(jù)公式（10）求得事件鏈中情景名稱最相似的情景（除應(yīng)急管理情景維度）下每個(gè)情景

12、要素的屬性及特征集合的整體相似度和為0.56。按照公式（11）設(shè)置權(quán)重與為0.6與0.4，則事件鏈中情景狀態(tài)集合的整體相似度為0.728。假設(shè)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，分別賦予權(quán)重0.3，0.2，0.2，0.3，依照公式（12）整個(gè)事件的相似度為。故兩個(gè)案例事件的相似度是63.8%，比較相似。3.5 事件處置相似度計(jì)算而在這兩個(gè)情景狀態(tài)下，面對(duì)應(yīng)急任務(wù)下行車組織處置行為的具體行動(dòng)特征有：如果決策者更注重應(yīng)急處置行為的區(qū)別，那么設(shè)置權(quán)重為0.4，0.1，0.5，則帶入權(quán)重可得出兩個(gè)案例處置的相似性結(jié)果為：。故這兩個(gè)案例的處置相似程度是48.2%，一般相似。4 結(jié)論本文針對(duì)軌道交通突發(fā)故障事件的應(yīng)急決策進(jìn)

13、行了專項(xiàng)研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者在突發(fā)事件以及非常規(guī)突發(fā)事件的研究構(gòu)建了軌道交通突發(fā)故障事件的結(jié)構(gòu)化情景模型。并且提出了基于情景的軌道交通突發(fā)故障事件的相似度算法，以故障救援為例進(jìn)行分析。在研究過(guò)程中得出以下結(jié)論：（1）通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，目前軌道交通領(lǐng)域中針對(duì)應(yīng)急決策方面的研究還不夠深入。盡管已有學(xué)者將“情景”這一概念運(yùn)用于軌道交通應(yīng)急事件中，但基于數(shù)據(jù)的研究仍然比較少。如何應(yīng)用情景來(lái)研究分析突發(fā)事件的現(xiàn)狀以及確定軌道交通應(yīng)急事件中情景的關(guān)鍵要素，是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，本文基于實(shí)際事件進(jìn)行情景建模是有必要的。（2）目前軌道交通領(lǐng)域在事件記錄方面主要是以純文本的記錄形式，并且沒(méi)有相關(guān)的記錄標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致對(duì)事件的描述形式多樣，為案例研究以及業(yè)務(wù)培訓(xùn)造成了阻礙。目前的記錄方法無(wú)法適用于機(jī)器學(xué)習(xí)，在整個(gè)行業(yè)智能化信息化的趨勢(shì)下，這樣的記錄方法必須改進(jìn)，必須結(jié)構(gòu)化以適用于信息化。（3）本文以“事件-情景-維度-屬性-特征”的主體思路將軌道交通突發(fā)故障事件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的分解及整合，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了情景建模。（4）為了將結(jié)構(gòu)情景模型運(yùn)用于實(shí)際的軌道交通突發(fā)故障事件的應(yīng)急決策中，本文以此情景模型為基礎(chǔ)提出了軌道交通突發(fā)故障事件的相似度分析的算法，并以實(shí)例對(duì)相似度算法進(jìn)行了適用。Reference1 吳廣