现代有轨电车运营组织及安全管理解决方案

事故救援预案是针对不同条件下的各类事故类型而制订的使事故后果最小化的方案，为了能够在第一时间生成与事故类型匹配的事故救援预案，则有必要对各类事故救援预案进行有效管理，而事故救援管理系统正是为了实现对各种事故的救援预案的动态管理。事故救援管理系统能够在事故发生时，快速生成与有轨电车事故类型相符合的事故救援预案，实现快速救援的指挥和调度，有效节省救援准备时间和救援作业时间，缩短线路开通时间，避免事故性质升级，对减少事故造成的经济损失和社会影响具有十分重要的现实意义。

1.事故救援决策系统

现代有轨电车系统是以半独立路权为主的综合复杂地面轨道交通系统，运营中的现代有轨电车发生事故的可能性必然长期存在，不可能完全避免，因此除需积极采取措施防范事故发生外，如何在事故发生时，快速、高效、合理地组织救援，最大限度减少事故所造成的损失和社会负面影响，也是决策者必须要面对的问题。

传统的事故救援大多依靠救援指挥人员自身的救援知识和救援经验，在勘察事故现场并分析事故现状的基础上，制订救援方案后实施，具有较大的主观性和局限性，且事故状态千差万别，面对各种复杂的事故实况，单纯依靠人制订救援方案，不管是科学性、合理性，还是时效性都无法保证。因此随着信息技术的快速发展，越来越多的专家学者开始致力于采用信息手段辅助事故救援决策的研究。目前，尽管几乎所有研究都不是针对现代有轨电车系统而进行的，但大多数研究对象，不管是铁路系统，还是道路交通系统，与现代有轨电车系统一样，都属于交通大系统的复杂子系统，具备许多相似性。因此针对这些系统的研究成果不但能够充分证明构建现代有轨电车事故救援决策系统具有可行性，而且还能为系统的设计与开发提供借鉴和参考。对此，本文就能够快速产生现代有轨电车事故救援方案，且该方案能够直接用于指导现代有轨电车事故救援工作的决策系统构建。

（1）系统构建思路 面对各种复杂的事故状况，即使是经验丰富的救援指挥人员也很难在短时间内制订出科学合理的救援方案，更何况救援指挥经验的积累是一个较漫长的过程，目前具有丰富救援经验的专家相对较少，且单纯依靠救援指挥人员制订救援方案的方式也很难充分利用其他救援专家积累的有效理论和成功救援经验。因此，为共享众多成熟的事故救援理论和专家救援经验，并帮助现代有轨电车事故救援指挥人员快速制订行之有效的救援方案，可参考铁路和道路交通相关研究，构建现代有轨电车事故救援决策系统。

如前所述，针对事故救援决策系统的构建，主要有基于产生式规则、基于案例和基于救援预案三种思路，鉴于现代有轨电车事故救援涉及轨道和城市道路交通知识、事故处理规则、轨道交通线路状况、城市道路交通状况、救援设备技术性能和使用方法，以及救援物资分布等众多因素，其知识难以表达、因果关系难以把握，不适合单纯基于规则的推理方式，而基于案例匹配和推理的方式虽然能很好地利用众多成功案例的事故救援经验，但是在方案生成过程中需要救援专家的评估和修正，在一定程度上仍然具有与传统方法相类似的不足。因此本文选用基于事故救援预案的思路，通过创建事故救援预案库，辅以智能专家系统和优化模型库，结合GIS（地理信息系统）技术构建现代有轨电车事故救援决策系统，其系统生成事故救援方案的详细流程如图8-20所示。

图8-20 事故救援方案系统生成流程图

本系统首先根据所采集的事故类型信息在预案库中搜索预先存储的救援预案，进而从搜索到的与事故类型相匹配的预案内容中获取所需完成的各项救援任务。然后根据需要在GIS中搜索获取事故现场的地理环境信息，并借助智能专家系统确定救援方法和满足救援需要的救援物资类型和数量。最后搜索GIS获取轨道和城市道路交通路网信息以及各救援物资分布信息，并通过调用优化模型库中的相应模型进行计算，在生成物资调度等方案后，可得到最终用于指导现场的详细救援方案。

（2）事故救援预案库 从现代有轨电车事故救援方案内容可以知道，制订救援方案需要首先明确救援所需完成的各项任务。虽然由于事故类型的多样性使得救援任务具有不确定性，但是根据国家法律、法规、条例的相关规定以及安全管理的需要，现代有轨电车运营企业应编制各种类型的应急预案，其中针对具体突发事件类型的专项预案的内容以应急救援操作、职责任务和应急处置业务内容为主。因此在编制事故救援方案时，可从相应的专项预案中获取事故救援任务。为使系统能从众多的预案中快速找到与事故类型匹配的预案，并自动提取所需完成的救援任务内容，根据方案生成的系统需求，可建立预案库用于众多事故救援预案的数字化存储，其具体的形式如下：

Y={y_i|i=1，2，…，n}

y_i={S_i，O_i，D_i，Ai，ai}

A_i={＜c_ij，t_ij＞|j=1，2，…，m}

式中，无序集Y表示预案库；有序集y_i表示第i个预案；n表示现代有轨电车事故救援预案数；S_i表示预案i用于救援的事故类型；O_i表示预案i的编制部门；D_i表示预案i编制的时间；A_i同样为有序集，表示预案i所规定的救援任务；a_i表示详细记载预案i的附件文件；c_ij表示预案i的第j项任务内容；t_ij表示预案i第j项任务的触发条件，如脱轨事故造成人员伤亡时需抢救伤员，则抢救伤员救援任务的触发条件即为出现人员伤亡；m表示预案的救援任务数。

（3）智能专家系统 针对具体事故，在根据事故类型获悉所有救援任务后，应进一步确定完成各项任务所采用的方法以及所需物资类型和数量。

部分救援任务可采用多种方法完成，且不同的方法各有优缺点以及适用条件，必须依赖事故现场的相关信息进行合理选择，具有一定的经验性；而所需的救援物资类型，可直接根据救援任务或结合救援方法综合确定，具有明显的因果性；至于所需的各类救援物资数量，则需根据事故严重程度及物资使用性能的对比结果而定，表现出一定的规则性。鉴于规则可将条件和结论（操作）联系起来，基于规则的智能专家系统可采用数据驱动方式，通过按一定顺序在系统中触发前提部分被满足的规则，可模仿现代有轨电车事故救援专家在制订救援方案时的部分关联推理过程，因此可在总结和归纳大量现代有轨电车事故救援相关知识的基础上，采用if＜前提＞then＜结论＞的规则形式描述救援专家知识，进而构建智能专家系统。

（4）优化模型库 存储救援物资的出救点散布于整个城市道路交通路网及现代有轨电车线路沿线，具有明显的地理分布特征，为使事故救援所需的救援物资能尽快送达事故现场投入救援，在明确救援所需的救援物资类型和数量后，还需指定合理的物资调度方案，选择恰当的物资出救点及车辆出行线路。鉴于现代有轨电车线路结合城市道路交通路网后本身就具有相当的长度，还依赖于线路（道路）状况以及道路交通流情况，难以在智能专家系统中通过推理产生具体的物资调度方案，可考虑采用建立物资调度模型的方式，通过输入所需的救援物资类型及数量后求解获得合理的详细物资调度方案。除此之外，部分救援任务虽不涉及多种救援方法的选择，但需依据具体的事故现状及周围地理环境信息进行细化。如进行交通疏解需在计算事故影响范围及通行能力损失后，根据事发地周围路网连通关系制订疏解方案。鉴于现代有轨电车事故具有类型多样性、环境不确定性及严重程度不确定性，因此为应对复杂多变的事故场景及地理环境，增强各救援任务细化方法的通用性及适用性，应针对不同救援任务的细化方法分别建立模型，并在需要的时候，借助相应模型，根据事故及周围地理环境信息求解具体的行动方案。

由于具有较高实用价值的现代有轨电车事故救援决策系统包含众多的模型，且大多需要自主开发和建模，并不十分成熟，还可能需进一步的完善和修改，为方便众多模型的管理和调用，系统采用库的形式对所有模型进行统一存储。

（5）GIS 作为重要的基础数据，事故现场周围的地理环境信息、城市道路交通路网和现代有轨电车线路信息，以及救援物资分布信息的使用贯穿事故救援方案编制的整个过程，为方便现代有轨电车事故救援决策系统的快速获取，应在系统中进行预先存储。虽然与现代有轨电车事故救援决策有关的地理环境和物资分布信息种类繁多、数量巨大，较难组织，但以地理坐标为骨干的GIS具有强大的空间数据存储、整合和分析能力，可对与空间及地理位置有关的信息进行采集、存储、管理和分析，完全能够满足现代有轨电车事故救援决策系统的需要。因此系统采用GIS技术对城市道路交通路网信息、现代有轨电车线路和环境信息，以及救援物资分布信息进行存储和管理。

2.系统设计方案

为了保证临时制订的救援方案的合理性及有效性，且能够有序安排事故现场的救援工作，可借助计算机开发专家系统实现知识的重用和共享，超强的计算能力和存储能力使得通过编制计算机系统快速生成救援方案辅助救援指挥人员现场决策成为可能。为此针对现代有轨电车设计的事故救援方案自动生成系统能够用于指导系统开发，并为其他交通方式的事故救援方案生成系统的设计和开发提供参考。

（1）系统目标 所设计的系统能根据事故现场所采集并输入的事故类型、事故场景、事故地点，以及地理环境特征等信息，自动生成并输出针对该事故的具体、可行、优化的救援方案。方案应包括详细的工作内容、工作流程、每项工作的实现方法以及具体实现步骤。

（2）系统需求分析 通过分析系统目标、事故救援方案编制流程以及数据信息的管理实现方式可知本系统应具备如下几项功能。

1）事故相关信息输入功能。受系统本身和环境复杂性的影响，现代有轨电车在运营过程中难免会发生事故，且所发生的事故类型、发生形式、严重程度、发生地点及环境特征等信息都无法预知，而对救援工作而言，不同事故类型和严重程度对应不同的工作内容以及工作流程；不同事故发生形式及地理环境特点对应不同的救援方法；不同的事故发生地也对应不同救援物资调配方案。要使编制的救援方案能够用于指导具体的事故救援工作，必须在编制方案时，以事故现场的实际数据信息为基础，因此系统应具备事故相关信息输入功能以符合多变的事故信息特点。

2）救援方案显示功能。任何救援方案最终都必须由人来执行，才能实现方案本身具有的价值，为方便决策者或方案执行人获取并快速理解所生成的方案，最大限度缩短开始救援工作的时间，系统显然应具备简单直观的救援方案显示功能。

3）救援预案管理功能。作为一种计算和存储工具，计算机本身不具备事故救援方案编制所需知识，方案的生成从本质上来讲，依赖于系统内存储的各种事故救援预案，这些预案是在收集分析大量事故资料，找出发生比较频繁的事故的基础上，归纳总结丰富的现场救援经验，按照事故分类编写的。在现代有轨电车发生事故时，通过输入的事故类型信息搜索匹配的预案，并根据预案内容及事故严重程度确定救援工作的具体内容以及工作流程，因此，事故救援预案是最终生成救援方案的基础，系统应具备输入各种事故救援预案并存储的功能。同时鉴于事故救援预案的编制是一个不断修正、不断完善的过程，为方便预案编制人员查看和修订，系统还应具备各种预案的查询和修订功能。除此之外，为尽可能缩小算法的搜索空间，保证系统运行速度，对于超过生命周期的预案，系统还应具备删除功能。

4）救援知识管理功能。鉴于部分事故可能存在多种救援方法，但不同的方法具有不同的应用条件，且需要不同的救援物资及救援工具支持，通常不会在救援预案中详尽阐述，需要系统根据事故形式及事故地点周围的地理环境信息自行判断。判断的依据为存储于系统内的专家知识，与救援预案类似，专家知识来源于现代有轨电车事故现场救援经验，经归纳总结后输入系统。因此系统应具有专家知识输入功能，此外，出于知识查看、知识更新以及减少系统冗余、保证系统运行速度的需要，系统同样应具有针对专家知识的查询、修改和删除功能。

5）救援方案生成优化功能。作为核心目标，系统必须具备现代有轨电车事故救援方案生成功能，且由于事故救援通常涉及多项作业内容，部分作业内容的具体实施细节可能存在多种作业安排，可根据事故发生地周围的地理环境信息及资源分布情况优化选择，以便缩短救援准备时间，从而降低事故造成的生命财产损失以及社会负面影响并节约救援消耗，鉴于系统的目标是要最终生成能直接用于指导事故现场救援工作的可执行方案，因此系统应具备对可优化作业项进行优化的功能，用于提高系统的应用价值。

6）地理环境及资源分布信息管理功能。在现代有轨电车事故救援方案生成过程中，从救援方式到具体作业安排的确定，都需要事故发生地周围地理环境或资源分布信息的支持，考虑事故发生地点具有不可预知性，如在事故发生时才针对事故发生地周围地理环境及资源分布进行大量的信息输入操作，将会延迟救援开始时间，增大事故的生命财产损失以及社会负面影响，如事先将现代有轨电车沿线所有地理环境及资源分布信息存入系统，则在需要时通过检索即可快速获得相关信息，在大量节约时间的同时，仅仅多消耗部分计算机存储空间，因此系统应具备地理环境及资源分布信息的输入、存储及检索功能，同时为适应城市发展而造成的环境变化，系统还应具备对地理环境及资源分布信息进行查询、修改以及删除的功能，从而提高系统生命力。

7）账户管理功能。由于系统涉及大量数据的存储和管理，且所有存储的数据都是生成最终救援方案的重要依据，决定所生成方案的有效性，为确保数据的正确性、合理性及完整性，应根据角色需求为系统的各使用者授予不同的使用权限。因此系统应具备账户管理功能，能根据登录用户的不同权限开放相应功能，从而尽可能减少用户的非法操作，维护系统稳定。

（3）系统组成 根据需求分析，可分别定义如下对象组成系统：

1）用户管理对象。能根据用户提供的登录名及登录密码检验用户合法性，并确定合法用户的使用权限，除可为所有合法用户提供密码修改服务外，还可为最高权限用户提供增加、删除用户功能。(www.xing528.com)

2）事故信息对象。向具备权限的用户提供具体的事故描述信息输入功能，并对所有输入数据进行临时存储，用以获得事故救援方案生成优化功能的启动权限，进而在方案生成过程中，为检索获取系统所存储的其他所需知识或信息提供查询条件。

3）方案显示对象。从系统启动现代有轨电车事故救援方案自动生成优化功能开始，在方案生成的各阶段，实时接收并存储所有的方案描述信息，并提供最终方案的多显示方式供用户选择。

4）预案库对象。用于所有现代有轨电车事故救援预案的存储，并向具备权限的用户提供预案的增加、删除、修改和查询功能；在救援方案自动生成过程中提供检索功能，可根据事故类型检索匹配预案，并根据事故严重程度信息及预案内容输出救援工作内容及工作流程。

5）专家知识库对象。用抽象定义方式存储在现代有轨电车事故救援方案编制过程中可能会用到的专业知识，除能向具备权限的用户提供知识的增加、删除、修改以及查询功能外，还能在方案生成过程中，根据事故发生形式及周围地理环境信息检索相关专业知识，并在此基础上经过逻辑判断最终确定救援方式和影响范围等信息，为最终安排救援各项工作的实施细节提供基础数据。

6）模型库对象。用于存储所有可用于现代有轨电车事故救援各项作业具体安排的优化模型及实现算法。鉴于建模及算法设计不仅本身专业性强、难度高，而且实现及存储复杂，一般非专业人员难以保证准确性和合理性，因此该对象不向任何用户提供模型的添加、修改等功能，只能由专业人员通过修改底层代码的方式完成对该对象的管理，但模型库对象应该具备检索和调用功能，在救援方案生成过程中，能够根据救援工作内容、事故发生地周围地理环境以及资源分布情况检索并调用相对应的模型产生针对某项工作的具体安排。

7）GIS对象。GIS是以计算机为基础的一门交叉性的，管理和研究空间信息的技术系统，它可以对数据资料按地理坐标或空间位置进行各种处理，迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或资料的形式表示处理的结果。利用GIS强大的空间数据整合和分析能力、决策支持能力、地理信息存储能力，保存现代有轨电车沿线的地理环境及资源分布信息，并向具备权限的用户提供增加和删除线路范围数据功能以及针对各线路的部分数据修改功能和全部数据查询功能，同时在救援方案生成过程中，根据需要随时提供各种数据检索服务，以保证最终方案的顺利生成，并能为方案的部分工作安排提供显示功能，显著增强系统的可视化展现能力，综合信息融合能力以及决策支持能力，实现系统的科学性、实用性和响应快速性。

（4）系统框架 组成系统的多个对象既相互独立，又相互协作，通过单独或共同作用的方式为用户提供多种功能。其中，登录用户合法性检验及账户管理功能只需用户管理对象支持；预案管理功能只需预案库对象支持；救援知识管理功能只需专家知识库对象支持；地理环境及资源分布信息管理功能只需GIS对象支持；而作为系统核心功能的现代有轨电车事故救援方案生成优化功能，则需要所有对象的共同参与。具体的系统框架如图8-21所示：

图8-21 系统框架示意图

（5）系统工作流程 通过深入分析系统框架结构可知，系统应至少包括17条操作工作流，分别为：

1）用户密码修改流。

2）增加用户流。

3）删除用户流。

4）查询用户密码流。

5）增加预案流。

6）修改预案流。

7）删除预案流。

8）预案查询流。

9）增加救援知识流。

10）修改救援知识流。

11）删除救援知识流。

12）查询救援知识流。

13）增加区域地理环境及资源分布信息流。

14）删除区域地理环境及资源分布信息流。

15）修改线路地理环境及资源分布信息流。

16）查询线路地理环境及资源分布信息流。

17）现代有轨电车事故救援方案生成流。

具体工作流程模型如图8-22所示。

图8-22 系统工作流程模型

图中t1表示用户登录操作；t2表示选择账户管理界面；t3表示用户修改密码操作；t4表示增加用户操作；t5表示查询用户操作；t6表示删除用户操作；t7表示保存账户变动操作；t8表示查询用户密码操作；t9表示查询用户密码的结果显示；t10表示选择原管理界面；t11表示增加事故救援预案操作；t12表示查询事故救援预案操作；t13修改事故救援预案操作；t14表示删除事故救援预案操作；t15表示保存事故救援预案变动结果操作；t16表示查询事故救援预案的结果显示；t17表示选择救援知识管理界面；t18表示增加事故救援知识操作；t19表示查询事故救援知识操作；t20表示修改事故救援知识操作；t21表示删除事故救援知识操作；t22表示保存事故救援知识变动操作；t23表示查询事故救援知识的结果显示；t24表示选择地理环境及资源分布信息管理界面；t25表示增加区域环境操作；t26表示查询区域操作；t27表示删除区域环境操作；t28表示修改线路地理环境及资源分布信息；t29表示保存地理环境及资源分布信息变动结果操作；t30表示显示区域或线路地理环境及资源分布信息查询结果；t31表示选择事故信息输入界面操作；t32表示生成优化事故救援方案；t33表示生成的事故救援方案显示。