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，為保障城際軌道交通系統(tǒng)安全高效運行提供了構(gòu)思框架。
1 引言
城際軌道交通系統(tǒng)是指服務(wù)于城市客運交通，通常以電力為動力，輪軌運行方式為特征的車輛或列車與軌道等各種設(shè)施的總和。它具有運能大、速度快、安全準(zhǔn)時、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)境保護等優(yōu)點。但是由于城際軌道客流密集、運輸作業(yè)繁忙，如何高效、有序的對城際軌道交通系統(tǒng)的管理，保證行車安全，實現(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算機技術(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、實時化安全分析、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)境三個子系統(tǒng)作為被控對象的控制系統(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子系統(tǒng)：安全綜合管理子系統(tǒng)和安全對象管理子系統(tǒng)。安全對象管理子系統(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)不是單獨對人的安全管理、或者單獨對設(shè)備的安全管理、對環(huán)境的安全管理。它是對城際軌道交通系統(tǒng)總體的安全管理，是凌駕于人、機、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子系統(tǒng)，又對整個城際軌道交通系統(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、存儲行車安全信息；（2）進行城際軌道交通系統(tǒng)行車安全分析、評價；（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環(huán)節(jié)、每項作業(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)，完成各項作業(yè)，與環(huán)境進行信息交流，與其它作業(yè)協(xié)調(diào)一致。大量事故統(tǒng)計表明絕大多數(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城際軌道交通相關(guān)工作人員進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城際軌道交通行車安全相關(guān)工作人員的工作狀態(tài)進行實時動態(tài)監(jiān)測，針對不同作業(yè)環(huán)境，進行相應(yīng)的勞動安全管理。人員安全保障子系統(tǒng)通過行車安全相關(guān)人員實時狀態(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)實時動態(tài)監(jiān)控；（2）勞動安全評價分析。
3）設(shè)備安全保障子系統(tǒng)
城際軌道交通運輸設(shè)備是除人以外，影響系統(tǒng)安全的另一個重要因素。運輸設(shè)備的好壞，不僅影響整個城際軌道交通系統(tǒng)的效率和效益，而且對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、機車、信號設(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)備運行狀態(tài)實時動態(tài)監(jiān)控，采集設(shè)備實時動態(tài)運行數(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)進行實時動態(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 通過對車站及區(qū)間的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、照明、自動扶梯等設(shè)備狀態(tài)以及氣候環(huán)境等進行動態(tài)監(jiān)測，以便對設(shè)備的不良狀況以及自然環(huán)境的不良狀況作出及時和適當(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)境進行動態(tài)實時監(jiān)控，獲得各項環(huán)境指標(biāo)的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)安全管理提供決策參考，以降低環(huán)境因素對城際軌道交通行車安全的影響，提高系統(tǒng)運行的可靠性。
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)合方法實現(xiàn)安全多維制約機制，并在此基礎(chǔ)上進行信息共享。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。其功能包括行車安全信息收集、處理、存儲、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、安全評價以及事故預(yù)測等角度分析行車安全信息，進行行車安全評價，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）列車運行狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng) 主要是負(fù)責(zé)對列車運行狀況進行實時監(jiān)控，以獲得列車運行的各種參數(shù)。
（2）牽引動力設(shè)備實時狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) 主要是保證控制中心對城際軌道交通供電系統(tǒng)的供電設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集。
（3）線路設(shè)備實時監(jiān)測系統(tǒng) 主要負(fù)責(zé)對線路、橋梁、隧道等線路設(shè)備進行實時監(jiān)控，以采集線路設(shè)備的實時動態(tài)安全數(shù)據(jù)。
（4）信號設(shè)備實時監(jiān)控系統(tǒng) 主要負(fù)責(zé)對車站進路信號、區(qū)間通過信號設(shè)備的運行狀況進行監(jiān)控，采集信號設(shè)備動態(tài)運行數(shù)據(jù)。
（5）環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng) 負(fù)責(zé)對車站及區(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)境進行動態(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）提供城際軌道交通系統(tǒng)車站各個部位列車停靠、啟動、車門關(guān)閉、客流以及安全狀況等方面的現(xiàn)場實時圖像數(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)對行車作業(yè)人員實時工作狀態(tài)進行監(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
1）安全信息需求
城際軌道交通行車安全保障體系的安全、高效運行依賴安全信息監(jiān)測模塊采集的數(shù)據(jù)：列車運行狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)、牽引動力設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)、信號設(shè)備運行狀況數(shù)據(jù)、線路設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供的線路設(shè)備運行狀況的監(jiān)控數(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)提供的車站實時狀況信息以及相關(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)對于數(shù)據(jù)需求呈現(xiàn)以下特點：
（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
各個子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的時間要求存在著一定的需求差異，比如各個監(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)的實時的、動態(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)采用分級處理模式，其分析處理層次依次為：數(shù)據(jù)采集層、初級處理層、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)的實時動態(tài)采集。
（2）初級處理程
初級處理層負(fù)責(zé)將實時采集的數(shù)據(jù)進行初步過濾，根據(jù)內(nèi)置的處理模塊過濾出有價值的數(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
隱患分析層在初級處理層的處理結(jié)果基礎(chǔ)上，運用安全系統(tǒng)工程等相關(guān)理論和模型對數(shù)據(jù)的安全性進行分析，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控制，同時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，運用專家決策支持系統(tǒng)提出改進安全生產(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控制
（5）全局分析層
全局分析層從整個城際軌道交通系統(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
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)維護責(zé)任，數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性難以保證，系統(tǒng)接口設(shè)計受到其它子系統(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的方式進行系統(tǒng)共用信息的管理和維護：城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺擔(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，由系統(tǒng)共用信息平臺進行規(guī)范化處理后加以存儲，根據(jù)需求規(guī)則或各功能子系統(tǒng)的請求，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的確切含義是對整個城際軌道交通系統(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，以及一個對共用數(shù)據(jù)信息進行組織、存儲、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)，并對多來源渠道、相互不一致的信息數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合處理。
（2）完成對于實時數(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)請求和查詢權(quán)限對客戶系統(tǒng)提供信息服務(wù)，對于自身存放的數(shù)據(jù)直接加以組織輸出，對于其它子系統(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的結(jié)構(gòu)：

5 結(jié) 語
城際軌道交通具有客流密集，運輸作業(yè)繁忙等特點，為了保證城際軌道交通系統(tǒng)安全高效運行，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等問題。建立行車安全保障體系對于保障城際軌道交通系統(tǒng)行車安全具有重要的現(xiàn)實意義，為保障城際軌道交通系統(tǒng)安全可靠運行提供了構(gòu)思框架。
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