城際軌道交通行車安全保障體系研究

摘 要：基于城際軌道交通行車安全需求，本文提出建立基于信息技術(shù)的城際軌道交通行車安全保障體系。重點(diǎn)論述了城際軌道交通行車安全保障體系的框架結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、功能模塊、信息處理模式以及共用信息平臺(tái)，為保障城際軌道交通系統(tǒng)安全高效運(yùn)行提供了構(gòu)思框架。
1 引言
城際軌道交通系統(tǒng)是指服務(wù)于城市客運(yùn)交通，通常以電力為動(dòng)力，輪軌運(yùn)行方式為特征的車輛或列車與軌道等各種設(shè)施的總和。它具有運(yùn)能大、速度快、安全準(zhǔn)時(shí)、成本低、節(jié)約能源、以及能緩解地面交通擁擠和有利于環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但是由于城際軌道客流密集、運(yùn)輸作業(yè)繁忙，如何高效、有序的對(duì)城際軌道交通系統(tǒng)的管理，保證行車安全，實(shí)現(xiàn)快速、高效、安全的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，將成為我們首要面臨的問題。本文基于城際軌道交通行車安全的需要，提出建立城際軌道交通行車安全保障體系。城際軌道交通行車安全保障體系是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和安全系統(tǒng)工程理論為基礎(chǔ)的行車安全基礎(chǔ)信息采集、信息增值處理、實(shí)時(shí)化安全分析、智能化安全決策系統(tǒng)。
2 行車安全保障體系框架結(jié)構(gòu)及內(nèi)容
城際軌道交通行車安全保障體系是針對(duì)城際軌道交通行車安全影響因素所采取的所有控制手段的有機(jī)結(jié)合，它是以管理人員作為控制者，以行車安全人、車、環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)作為被控對(duì)象的控制系統(tǒng)，從本質(zhì)上講城際軌道交通行車安全保障體系是一個(gè)以“管理”為中樞，“人”為核心、“車”為基礎(chǔ)、“環(huán)境”為條件組成的總體性的以保障城際軌道交通行車安全為目標(biāo)的人－車－環(huán)境系統(tǒng)。從管理對(duì)象的角度出發(fā)，可以將城際軌道交通行車安全保障體系劃分為不同層次的兩個(gè)子系統(tǒng)：安全綜合管理子系統(tǒng)和安全對(duì)象管理子系統(tǒng)。安全對(duì)象管理子系統(tǒng)分為人員安全保障子系統(tǒng)、設(shè)備安全保障子系統(tǒng)和環(huán)境安全保障子系統(tǒng)。城際軌道交通行車安全保障體系框架結(jié)構(gòu)如下圖所示（圖1）。

1）安全綜合管理子系統(tǒng)
城際軌道交通行車安全管理包括對(duì)人的安全管理、設(shè)備的安全管理和行車環(huán)境的安全管理。城際軌道交通行車安全綜合管理子系統(tǒng)不是單獨(dú)對(duì)人的安全管理、或者單獨(dú)對(duì)設(shè)備的安全管理、對(duì)環(huán)境的安全管理。它是對(duì)城際軌道交通系統(tǒng)總體的安全管理，是凌駕于人、機(jī)、環(huán)境之上，又滲透于其中的安全管理。從功能上看，城際軌道交通行車安全基礎(chǔ)管理起著系統(tǒng)軟件的作用，它既是城際軌道交通行車安全保障體系的一個(gè)子系統(tǒng)，又對(duì)整個(gè)城際軌道交通系統(tǒng)的行車安全起著控制、監(jiān)督作用。城際軌道交通行車安全保障體系的安全管理子系統(tǒng)主要功能有（1）收集、記錄、整理、傳輸、存儲(chǔ)行車安全信息；（2）進(jìn)行城際軌道交通系統(tǒng)行車安全分析、評(píng)價(jià)；（2）行車安全管理決策支持。
2）人員安全保障子系統(tǒng)
城際軌道交通行車安全依賴高效、安全、可靠的人的行為，在城際軌道交通行車工作的每個(gè)環(huán)節(jié)、每項(xiàng)作業(yè)中，都是由人來參與并處于主導(dǎo)地位，人操縱、控制、監(jiān)督設(shè)備狀態(tài)，完成各項(xiàng)作業(yè)，與環(huán)境進(jìn)行信息交流，與其它作業(yè)協(xié)調(diào)一致。大量事故統(tǒng)計(jì)表明絕大多數(shù)事故的發(fā)生與人的不安全行為有關(guān)。影響城際軌道交通行車安全的人的因素包括行車系統(tǒng)內(nèi)部人員和旅客等。人員安全保障子包括直接安全保障和間接安全保障。直接安全保障通過對(duì)城際軌道交通相關(guān)工作人員進(jìn)行行車安全教育培訓(xùn)，提高行車安全素質(zhì)。間接安全保障是指通過對(duì)城際軌道交通行車安全相關(guān)工作人員的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，針對(duì)不同作業(yè)環(huán)境，進(jìn)行相應(yīng)的勞動(dòng)安全管理。人員安全保障子系統(tǒng)通過行車安全相關(guān)人員實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控，保障不因人為因素導(dǎo)致城際軌道交通事故的發(fā)生。人員安全保障子系統(tǒng)的主要功能有（1）行車相關(guān)工作人員工作狀態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控；（2）勞動(dòng)安全評(píng)價(jià)分析。
3）設(shè)備安全保障子系統(tǒng)
城際軌道交通運(yùn)輸設(shè)備是除人以外，影響系統(tǒng)安全的另一個(gè)重要因素。運(yùn)輸設(shè)備的好壞，不僅影響整個(gè)城際軌道交通系統(tǒng)的效率和效益，而且對(duì)行車安全起著重要作用。影響城際軌道交通行車安全的設(shè)備因素主要有行車安全基礎(chǔ)設(shè)備（例如線路、橋梁、機(jī)車、信號(hào)設(shè)備等）以及行車安全技術(shù)設(shè)備（例如行車安全監(jiān)測設(shè)備等）。
設(shè)備安全保障子系統(tǒng)的主要功能是通過行車安全設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，采集設(shè)備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為城際軌道交通系統(tǒng)安全管理提供決策支持，使設(shè)備因素對(duì)城際軌道交通系統(tǒng)安全降低到最低限度。
4）環(huán)境安全保障子系統(tǒng)
影響城際軌道交通行車安全的環(huán)境因素主要有作業(yè)環(huán)境和自然環(huán)境。環(huán)境安全保障包括作業(yè)環(huán)境安全保障和自然環(huán)境安全保障兩部分。
①作業(yè)環(huán)境安全保障 通過對(duì)行車作業(yè)人員作業(yè)空間的溫度、濕度、照明、噪聲等作業(yè)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，保障作業(yè)人員具有良好的作業(yè)環(huán)境。
②自然環(huán)境安全保障 通過對(duì)車站及區(qū)間的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、照明、自動(dòng)扶梯等設(shè)備狀態(tài)以及氣候環(huán)境等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，以便對(duì)設(shè)備的不良狀況以及自然環(huán)境的不良狀況作出及時(shí)和適當(dāng)?shù)胤磻?yīng)，保障城際軌道交通系統(tǒng)具有安全的自然行車環(huán)境，旅客具有舒適的乘車環(huán)境。
環(huán)境安全保障子系統(tǒng)主要功能是通過對(duì)影響城際軌道交通行車安全的作業(yè)環(huán)境和自然環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，獲得各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)安全管理提供決策參考，以降低環(huán)境因素對(duì)城際軌道交通行車安全的影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
3 城際軌道交通系統(tǒng)行車安全保障體系模塊分析
城際軌道交通行車安全保障體系采用模塊化邏輯結(jié)構(gòu)，各模塊間采取縱向橫向聯(lián)系結(jié)合方法實(shí)現(xiàn)安全多維制約機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信息共享。城際軌道交通行車安全保障體系從邏輯上分為三個(gè)模塊：行車安全決策分析模塊、行車安全控制模塊、行車安全信息監(jiān)測模塊。
1）行車安全決策分析模塊
行車安全決策分析模塊主要功能是進(jìn)行城際軌道交通行車安全的決策分析，為城際軌道交通系統(tǒng)行車安全規(guī)劃、管理，政策制定等方面提供決策支持。行車安全決策分析模塊包括三個(gè)子系統(tǒng)：行車安全信息管理系統(tǒng)、行車安全信息分析系統(tǒng)、行車安全輔助決策支持系統(tǒng)。
（1）行車安全信息管理系統(tǒng)：負(fù)責(zé)城際軌道交通行車安全保障體系信息數(shù)據(jù)處理工作，將信息監(jiān)測模塊采集的數(shù)據(jù)加工組織形成信息，將信息提煉形成知識(shí)。其功能包括行車安全信息收集、處理、存儲(chǔ)、共享及信息發(fā)布等。
（2）行車安全信息分析系統(tǒng)：從行車安全信息系統(tǒng)中獲取行車安全信息數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)行車安全宏觀數(shù)據(jù)分析工作。從安全系統(tǒng)工程、系統(tǒng)可靠性、安全評(píng)價(jià)以及事故預(yù)測等角度分析行車安全信息，進(jìn)行行車安全評(píng)價(jià)，為城際軌道交通行車安全管理提供決策數(shù)據(jù)。
（3）行車安全輔助決策支持系統(tǒng)：根據(jù)行車安全信息系統(tǒng)的安全信息數(shù)據(jù)和行車安全分析系統(tǒng)的分析結(jié)果，結(jié)合行車安全歷史數(shù)據(jù)信息和安全專家決策模型制定行車安全輔助決策方案，為安全管理人員提供決策支持。
2）行車安全控制模塊
根據(jù)行車安全分析決策模塊以及行車安全信息監(jiān)測模塊的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行城際軌道交通行車安全控制。
3）行車安全信息監(jiān)測模塊
該模塊是行車安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集模塊，是行車安全信息管理系統(tǒng)信息以及分析系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，一般為三層結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)處理/輸出單元。城際軌道交通行車安全信息監(jiān)測模塊由以下監(jiān)控系統(tǒng)所組成。
（1）列車運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 主要是負(fù)責(zé)對(duì)列車運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以獲得列車運(yùn)行的各種參數(shù)。
（2）牽引動(dòng)力設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) 主要是保證控制中心對(duì)城際軌道交通供電系統(tǒng)的供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集。
（3）線路設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng) 主要負(fù)責(zé)對(duì)線路、橋梁、隧道等線路設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以采集線路設(shè)備的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)安全數(shù)據(jù)。
（4）信號(hào)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 主要負(fù)責(zé)對(duì)車站進(jìn)路信號(hào)、區(qū)間通過信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，采集信號(hào)設(shè)備動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
（5）環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 負(fù)責(zé)對(duì)車站及區(qū)間的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、照明等設(shè)備、作業(yè)環(huán)境、自然環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。
（6）閉路電視監(jiān)控系統(tǒng) 負(fù)責(zé)向城際軌道交通行車安全有關(guān)的工作人員（列車調(diào)度員、公安指揮人員、車站行車人員及司機(jī)）提供城際軌道交通系統(tǒng)車站各個(gè)部位列車停靠、啟動(dòng)、車門關(guān)閉、客流以及安全狀況等方面的現(xiàn)場實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)信息。
（7）作業(yè)人員工作狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) 負(fù)責(zé)對(duì)行車作業(yè)人員實(shí)時(shí)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。
圖2 為城際軌道交通行車安全保障體系邏輯結(jié)構(gòu)圖。

4 城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺(tái)
1）安全信息需求
城際軌道交通行車安全保障體系的安全、高效運(yùn)行依賴安全信息監(jiān)測模塊采集的數(shù)據(jù)：列車運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)、牽引動(dòng)力設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、信號(hào)設(shè)備運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)、線路設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供的線路設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提供的環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)提供的車站實(shí)時(shí)狀況信息以及相關(guān)行車作業(yè)人員的安全信息。
2)安全信息處理模式
城際軌道交通行車安全保障體系各子系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)需求呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：
（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的共享性
城際軌道交通行車安全保障體系的良好運(yùn)行依賴行車安全信息監(jiān)測模塊采集的行車安全基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。
（2）現(xiàn)狀數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)積累的需求差異
各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的時(shí)間要求存在著一定的需求差異，比如各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)注的是現(xiàn)狀信息以及有關(guān)設(shè)備以及工作人員的狀態(tài)的實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的信息，而行車安全分析系統(tǒng)以及輔助決策支持系統(tǒng)等關(guān)注的是積累的系統(tǒng)行車安全信息的歷史和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的結(jié)合。
（3）數(shù)據(jù)詳細(xì)程度的需求差異
系統(tǒng)的信息管理模塊需要提供的數(shù)據(jù)要相對(duì)簡單，而決策分析模塊所需要的行車安全數(shù)據(jù)信息要詳細(xì)的多，為此城際軌道交通行車安全保障體系應(yīng)當(dāng)采用共用數(shù)據(jù)詳細(xì)程度層次方法，來滿足不同的數(shù)據(jù)服務(wù)需求。
城際軌道交通行車安全信息數(shù)據(jù)采用分級(jí)處理模式，其分析處理層次依次為：數(shù)據(jù)采集層、初級(jí)處理層、隱患分析層、決策分析層、全局分析層。行車安全保障體系采取安全數(shù)據(jù)信息逐層數(shù)據(jù)行車安全分級(jí)控制的處理模式。各處理層功能和任務(wù)如下：
（1）數(shù)據(jù)采集層
數(shù)據(jù)采集層負(fù)責(zé)城際軌道交通行車安全保障體系信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集。
（2）初級(jí)處理程
初級(jí)處理層負(fù)責(zé)將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步過濾，根據(jù)內(nèi)置的處理模塊過濾出有價(jià)值的數(shù)據(jù)，為其他層次的數(shù)據(jù)處理提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)。
（3）隱患分析層
隱患分析層在初級(jí)處理層的處理結(jié)果基礎(chǔ)上，運(yùn)用安全系統(tǒng)工程等相關(guān)理論和模型對(duì)數(shù)據(jù)的安全性進(jìn)行分析，逐一給出其安全指標(biāo)，然后搜索其中安全度最差的數(shù)據(jù)作為隱患數(shù)據(jù)。
形成城際軌道交通行車安全第一級(jí)控制，同時(shí)為決策支持層信息處理提供數(shù)據(jù)支持。
（4）決策支持層
決策支持層結(jié)合上述兩層的處理結(jié)果，運(yùn)用專家決策支持系統(tǒng)提出改進(jìn)安全生產(chǎn)的措施和建議，為城際軌道交通行車管理部門的安全政策、管理措施提供輔助決策，形成城際軌道交通行車安全的第二級(jí)控制
（5）全局分析層
全局分析層從整個(gè)城際軌道交通系統(tǒng)安全的角度，結(jié)合相關(guān)政策法規(guī)，分析城際軌道交通系統(tǒng)安全發(fā)展趨勢，提供決策與效果的相關(guān)性分析，形成城際軌道交通行車安全第三級(jí)控制，為最高決策提供支持信息。下圖為城際軌道交通行車安全信息處理模式（圖 3）：

3)城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺(tái)
城際軌道交通行車安全保障體系安全信息數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源角度可以劃分為：原始采集數(shù)據(jù)、初步分析數(shù)據(jù)、輔助決策數(shù)據(jù)和全局安全數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)性質(zhì)可以劃分為：安全信息數(shù)據(jù)、一般信息數(shù)據(jù)、隱患信息數(shù)據(jù)、危險(xiǎn)信息數(shù)據(jù)和事故數(shù)據(jù)。城際軌道交通行車安全保障體系各子系統(tǒng)在直接通訊情況下，存在以下問題：在各子系統(tǒng)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳送的情況下，存在系統(tǒng)共用信息數(shù)據(jù)缺乏明確的數(shù)據(jù)維護(hù)責(zé)任，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性難以保證，系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)受到其它子系統(tǒng)功能要求的牽制等問題。為此城際軌道交通行車安全保障體系采用共用信息平臺(tái)的方式進(jìn)行系統(tǒng)共用信息的管理和維護(hù)：城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺(tái)擔(dān)負(fù)系統(tǒng)共用信息的中轉(zhuǎn)的職責(zé)和任務(wù)，各承擔(dān)信息數(shù)據(jù)采集的子系統(tǒng)按照一定的系統(tǒng)規(guī)則將共用信息發(fā)送給共用數(shù)據(jù)平臺(tái)，由系統(tǒng)共用信息平臺(tái)進(jìn)行規(guī)范化處理后加以存儲(chǔ)，根據(jù)需求規(guī)則或各功能子系統(tǒng)的請(qǐng)求，采用規(guī)范化格式將數(shù)據(jù)信息發(fā)送出去，采用共用信息平臺(tái)后的城際軌道行車安全保障體系的數(shù)據(jù)流如下（圖4）：

城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺(tái)的確切含義是對(duì)整個(gè)城際軌道交通系統(tǒng)行車安全共用數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和傳輸形式的一種規(guī)范化定義，以及一個(gè)對(duì)共用數(shù)據(jù)信息進(jìn)行組織、存儲(chǔ)、查詢、通訊等管理服務(wù)數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)。共用信息平臺(tái)的功能如下：
（1）從各子系統(tǒng)中提取共享信息數(shù)據(jù)，并對(duì)多來源渠道、相互不一致的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理。
（2）完成對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的組織，以保證數(shù)據(jù)間關(guān)系的正確性、可理解性和避免數(shù)據(jù)冗余。
（3）根據(jù)服務(wù)請(qǐng)求和查詢權(quán)限對(duì)客戶系統(tǒng)提供信息服務(wù)，對(duì)于自身存放的數(shù)據(jù)直接加以組織輸出，對(duì)于其它子系統(tǒng)存放的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)由共用信息平臺(tái)提供查詢通道。
城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺(tái)具有分布式數(shù)據(jù)倉庫的特征。下圖（圖5）為城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺(tái)的結(jié)構(gòu)：

5 結(jié) 語
城際軌道交通具有客流密集，運(yùn)輸作業(yè)繁忙等特點(diǎn)，為了保證城際軌道交通系統(tǒng)安全高效運(yùn)行，本文提出建立基于信息技術(shù)的城際軌道交通行車安全保障體系。在分析城際軌道交通行車安全保障體系框架結(jié)構(gòu)及其內(nèi)容的基礎(chǔ)上，討論了城際軌道交通行車安全保障體系的模塊化、信息處理模式以及共用信息平臺(tái)等問題。建立行車安全保障體系對(duì)于保障城際軌道交通系統(tǒng)行車安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，為保障城際軌道交通系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供了構(gòu)思框架。
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