城市軌道交通突發(fā)事件客流誘導系統(tǒng)設計

王 洋，賈利民，徐 杰，郭建媛，康亞舒

（1.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044）

目前我國地鐵建設規(guī)模越來越大，新建線路的引入使路網(wǎng)結構發(fā)生著劇烈的變化，地鐵運營管理難度也隨之增加。雖然地鐵內部設施設備更加先進，運營管理更加科學、規(guī)范，從業(yè)人員技能水平更高，但是地鐵事故還是時有發(fā)生。同時鑒于地鐵自身的特點：處于地下相對半封閉的空間，客流密集度高且客流種類多[1]，出行OD（Origin-Destination，起點-訖點）也存在較大差異，尤其是老人和小孩等弱勢群體，增加了突發(fā)事件下乘客疏散和誘導的難度。

現(xiàn)行的突發(fā)事件誘導方式只有廣播和人工疏導兩種，根本無法滿足突發(fā)事件下乘客對客流誘導信息的需求。例如：2011年上海地鐵追尾事故，事故發(fā)生后，只引導乘客自行換乘他線或出站換乘公交。沒有實施有效的客流誘導，造成大量客流滯留。本文正是以此為背景提出突發(fā)事件客流誘導系統(tǒng)的研究。

1 客流分布特征分析

1.1 不同時段客流分布特征

日客流分布通常呈現(xiàn)“駝峰曲線”特征，即早晚高峰時段，以通勤客流為主。平峰時段，客流量較均衡，以商務流、商業(yè)流為主。

工作日客流分布呈“雙峰”特征，非工作日的客流一般呈“階梯狀”，逐漸增加或減少。

在春節(jié)、五一、十一等節(jié)日，或是大型活動（如奧運會）期間出行客流明顯增加，還有學生寒假、暑假期間，流通客流量也很大。但是在中考、高考期間和開學后學生出行流驟減。

1.2 換乘站客流分布特征

換乘站是線路的連接點，客流集中，客流變化情況復雜，是客流誘導和運營組織的瓶頸點，故需要進行重點分析。

（1）密度大

換乘站內以換乘客流為主，由于換乘客流方向性強、客流量大[2]，在突發(fā)事件下，極易造成慌亂，甚至踩踏事件的發(fā)生，客流誘導工作難度很大。圖1為北京地鐵部分線路換乘客流占全線客運量之比以及換乘站數(shù)站全線比例。

圖1 北京地鐵部分線路換乘客流占全線客運量比例及換乘站數(shù)占全線比例

（2）沖突點多

不同的出行目的和出行方向會形成不同的出行路徑，就不可避免地導致多股客流的交織，形成多個客流沖突點。在突發(fā)事件時，沖突點的安全性很低，一旦沖突點形成混亂，對客流誘導工作將造成很大困難。

（3）不均衡性

同一時段、不同換乘方向；不同時段、同一換乘方向的客流量會存在較大差異。最典型的是早晚高峰時，早高峰以進城方向為主，而在晚高峰則相反。

（4）短時沖擊性

地鐵客流的到達并不是連續(xù)均衡的，是隨列車的到達呈現(xiàn)脈沖式分布[3]，也就是在短時間內會激增大量客流，易形成擁堵和客流排隊，當擁堵人數(shù)較多時，將會帶來較大的安全隱患。

1.3 重要客流集散點客流分布特征

處于在不同城區(qū)的線路，客流特征也不同。在中心商業(yè)繁華區(qū)、文化聚集區(qū)、客流集散點的線路，客流種類比較寬泛，客流量和客流強度較大，密集度高；在市郊結合、以上下班為主的線路，客流強度居中，呈現(xiàn)早晚高峰客流；郊區(qū)線路的客流強度最低。

2 系統(tǒng)需求分析

2.1 路網(wǎng)結構多樣

軌道交通路網(wǎng)形式復雜多樣，隨著新建線路的引入，路網(wǎng)的拓撲結構將更加復雜多樣。此時，突發(fā)事件對路網(wǎng)結構、路網(wǎng)能力、客流分布產生的影響將呈現(xiàn)出更多的不確定性。不同類型、級別的突發(fā)事件對路網(wǎng)的影響程度也存在差異。例如：在蓄意攻擊下，北京軌道交通網(wǎng)絡的抗攻擊性很差；在隨機性攻擊時，網(wǎng)絡的容錯性較強[4]。

2.2 車站內部結構差異

不同類型車站內的基礎設施分布和位置的布置存在較大差異，而且出入口、消防口等不僅有限，而且存在建筑死角[5]，在突發(fā)事件下，客流誘導工作難度很大。

2.3 客流多樣

軌道交通客流種類多樣，結構復雜，呈現(xiàn)不同的客流特點和分布特征。例如：通勤流和學生流，主要集中在早晚高峰期；探親流和旅游流集中在周末和假期。在突發(fā)事件時，要充分考慮到事發(fā)時客流的特點、屬性以及客流成分，尤其是老人和兒童會增加客流誘導的難度，所以必須進行科學有效、及時的客流誘導工作。

2.4 能力變化

不同突發(fā)事件對路網(wǎng)能力的影響程度和結果是不同的。例如：在發(fā)生毒氣、爆炸時，對人體造成危害，線路全線停運，路網(wǎng)能力大幅度下降；因天氣惡劣引起突發(fā)大客流時，路網(wǎng)能力緊張，會造成客流滯留和擁擠。無論哪種情況，一旦路網(wǎng)能力出現(xiàn)極度緊張甚至崩潰，極易引發(fā)一系列公共安全問題。

2.5 突發(fā)事件類型多樣

突發(fā)事件類型有多種多樣，如火災、爆炸、毒氣襲擊、地震、惡劣天氣、突發(fā)大客流或設備故障、損壞等[1]。不同級別、不同類別的突發(fā)事件需采取的客流誘導組織工作是不同的；同一事件對不同線路、車站產生的影響程度也不同，所以就需要有專業(yè)的客流誘導系統(tǒng)發(fā)布及時的、有針對性的客流誘導信息，應對不同種類的突發(fā)事件。

2.6 客流網(wǎng)絡傳播性

當發(fā)生突發(fā)事件時，突發(fā)客流不僅會在事發(fā)車站內造成擁擠，還會導致相鄰線路、車站內的客流積聚，產生網(wǎng)絡傳播效應。尤其是換乘站。此時運營部門就應及時提供客流誘導信息，否則可能導致更大面積甚至整個網(wǎng)絡的崩潰。

3 系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)面向兩個用戶層次：工作人員、乘客。系統(tǒng)體系架構采用B/S（Browser/Server）模式，用戶可通過Web瀏覽器訪問網(wǎng)頁，從基礎數(shù)據(jù)庫獲取的信息能以文本、圖像、表格或多媒體對象的形式在網(wǎng)頁上進行展現(xiàn)。開發(fā)平臺采用J2EE平臺，集成開發(fā)環(huán)境選用MyEclipse8.5企業(yè)級工作平臺（MyEclipse Enterprise Workbench），數(shù)據(jù)庫選用Oracle 10g，Web服務器采用Apache Tomcat 6.0，交互圖形界面設計則使用Adobe Flex Builder 4.5。

3.1 系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)管理

（1）路網(wǎng)屬性管理主要是實現(xiàn)對路網(wǎng)各類基礎信息的管理，管理內容包括：線路屬性（線路ID、線路名稱、位置等）、線路連接關系、換乘關系、線路各車站、車站連接關系等。為確定事故的影響范圍、車站線路的受影響程度、判斷事故級別等提供路網(wǎng)數(shù)據(jù)支持。

（2）車站屬性管理主要是實現(xiàn)對車站各類信息的管理，管理內容包括：車站屬性、車站類型、車站內部設施等。

（3）列車時刻表管理主要是實現(xiàn)對列車時刻表的管理，例如列車車次、列車運行時間、列車停站時間、列車追蹤時間等。

（4）歷史客流數(shù)據(jù)管理主要是對客流分時段、分線路等進行管理。包括各線路、車站的歷史客流進出站量、客流換乘量、客流分布規(guī)律等。

數(shù)據(jù)的導入采用大型數(shù)據(jù)庫常用的加載方法批量處理，并應用wrapper包裝器將數(shù)據(jù)的格式統(tǒng)一化，導入程序讀取文件數(shù)據(jù)并進行解析。在系統(tǒng)需要數(shù)據(jù)計算時，可提取數(shù)據(jù)并進行處理。

3.2 突發(fā)事件管理

（1）記錄事故信息：突發(fā)事件類型、級別、影響范圍、發(fā)生地點和時間、事發(fā)車站、所屬線路、所在區(qū)間、行車方向、車次等。

（2）設定不同突發(fā)事件類型：火災、爆炸、化學威脅、地震；設備故障、列車故障；乘客被車門擠傷、失足跌入軌道，等。

（3）設定突發(fā)事故級別，暫設4級：一般事故、較大事故、重大事故、特別重大事故。

（4）設定事故的影響范圍：直接影響車站、間接受影響車站；直接受影響線路、間接受影響線路；事故區(qū)間，等。

（5）根據(jù)不同突發(fā)事件類型和事故級別，初步設定相應的客流誘導方案和信息模板。

將突發(fā)事件的類型、級別、影響范圍、發(fā)生地點、持續(xù)時間、相應的處置方案等模塊設定為多選功能，可在不同模塊進行編輯、更新。不同突發(fā)事件模塊與事件處置措施模板形成“一對一”的對應關系。

3.3 路網(wǎng)能力分析

路網(wǎng)能力分析包括：通過能力，如：線路通過能力、列車折返能力、最終通過能力等；車站各設備能力，如通道通過能力、樓梯及自動扶梯輸送能力、AFC設備使用能力，以及站臺和站廳空間容納能力等；換乘能力，線路間換乘能力、換乘通道綜合能力等[6]。

將突發(fā)事件信息進行數(shù)據(jù)化處理，整理成系統(tǒng)識別的統(tǒng)一格式，導入基礎數(shù)據(jù)管理模塊和突發(fā)事件管理模塊的數(shù)據(jù)，建立不同突發(fā)事件下的能力計算模型與算法，對路網(wǎng)能力的各項指標進行計算。制定路網(wǎng)能力等級規(guī)則，對計算指標進行分析，得到路網(wǎng)能力綜合分析結果。路網(wǎng)能力分析結果將傳輸?shù)叫畔⒄故灸K，作為判定路網(wǎng)運營狀態(tài)的依據(jù)。

3.4 客流分析

客流分析涉及的指標包括客運量、進站量、斷面客流、換乘量等指標，為確定突發(fā)事件的客流影響范圍提供依據(jù)。

導入實時客流數(shù)據(jù)并格式統(tǒng)一化，建立不同突發(fā)事件下，突發(fā)客流指標及數(shù)學模型和計算方法，調入基礎數(shù)據(jù)管理模塊中的歷史客流數(shù)據(jù)，分析對比客流分布特征的變化情況，得出突發(fā)事件下客流分布情況。分析結果作為判定事故影響范圍和進行客流誘導的依據(jù)。

3.5 客流誘導信息發(fā)布

客流誘導信息發(fā)布主要是實現(xiàn)對不同受影響程度的車站發(fā)布不同的客流誘導信息。包括發(fā)布對象、發(fā)布內容、發(fā)布形式、時間管理4個方面。

（1）發(fā)布對象。即生成直接受影響的車站和間接受影響的車站。（2）發(fā)布內容。從突發(fā)事件管理中調出的相適應的客流誘導方案及信息模板。（3）發(fā)布形式。站內外PIS（Passenger Information System，乘客信息系統(tǒng)）、官方網(wǎng)站、廣播、查詢機等。（4）發(fā)布時間。設定客流誘導信息的發(fā)布時間、結束時間。

根據(jù)客流分析和路網(wǎng)能力結果，系統(tǒng)將自動生成發(fā)布對象、發(fā)布內容模板，工作人員核實事件的直接影響范圍和間接影響范圍，并確認發(fā)布內容、發(fā)布形式，若需修改，可直接進行編輯。生成完整的發(fā)布信息后，將信息存入模板中，同時可進行發(fā)布信息預覽。在確認預覽的發(fā)布信息無誤后，單擊發(fā)布按鈕，即可按照預覽形式發(fā)布信息。

3.6 信息展示

路網(wǎng)運營狀態(tài)以動態(tài)圖顯示，實時展現(xiàn)線路和車站的運營狀態(tài)。當發(fā)生突發(fā)事件時，事故車站和線路突出顯示，區(qū)別于正常運行的線路和車站。

（1）路網(wǎng)狀態(tài)以動態(tài)圖進行展示。日常運營時，以紅黃綠3種不同顏色區(qū)分線路與車站的運行狀態(tài)及擁擠度（即紅色代表嚴重擁擠，黃色代表擁擠，綠色暢通）。在突發(fā)事件下，以紅色或紅叉突出顯示事發(fā)車站和所在區(qū)間，路網(wǎng)其他運行線路和車站均以灰色標出。

（2）PIS展示。站內外PIS，以路網(wǎng)全圖、路網(wǎng)局部圖、文字相互交替的形式進行誘導信息展示。停播各種電視節(jié)目，以客流誘導信息為最高優(yōu)先級。

（3）網(wǎng)站查詢。乘客可登錄官方網(wǎng)站查詢突發(fā)事件信息，獲取突發(fā)事件下的客流誘導信息、查詢路徑變更情況。

4 結束語

本文以城市軌道交通系統(tǒng)網(wǎng)絡化運營為背景，圍繞城市軌道交通復雜網(wǎng)絡化運行環(huán)境下的信息共享和應急處置的迫切要求，提出城市軌道交通突發(fā)事件客流誘導系統(tǒng)的設計思路。系統(tǒng)應用后，希望能夠達到以突發(fā)事件實時路網(wǎng)數(shù)據(jù)和客流數(shù)據(jù)為核心，經(jīng)過對突發(fā)事件的發(fā)生、發(fā)展進行科學有效的分析和處理，提供可視化的事件分析與處理結果，為應急指揮人員采取有效措施、下達處置命令、協(xié)調各種救援力量提供有力的技術支持，同時乘客可實時獲得突發(fā)事件信息及客流誘導信息的良好實用效果。

[1]劉小娜，馬東輝，郭小東. 地鐵突發(fā)事件典型案例分析[J].安全，2006，27（6）：25-26.

[2]王 波，李曉霞，安栓莊. 軌道交通換乘站客流特性分析及車站設計[J]. 都市快軌交通，2010（2）：55-58.

[3]丁 蕾，徐永能，蔣 毅. 地鐵換乘客流實時監(jiān)測模型研究[J]. 都市快軌交通，2011，24（6）：56-59.

[4]王云琴. 基于復雜網(wǎng)絡理論的城市軌道交通網(wǎng)絡連通可靠性研究[D]. 北京：北京交通大學，2008.

[5]陳曉竹.突發(fā)事件對城市地鐵通過能力影響[J]. 魅力中國，2009（21）：137-138.

[6]張一梅. 基于路網(wǎng)的城市軌道交通系統(tǒng)運輸能力研究[D].北京：北京交通大學，2009.