基于FSDT的車站火災疏散故障感知能力研究

駱 晨，牛龍飛

(1.西南交通大學交通運輸與物流學院，四川成都 610031;2.中鐵工程設計咨詢集團有限公司太原設計院，山西太原 030013)

鐵路作為中國中長距離出行的首要選擇，因鐵路車站旅客眾多，客流疏散線路復雜，旅客行李過多、擺放混亂等原因，使得在發生火災疏散故障的情況下，容易引發惡性事故。當今車站火災安全疏散成為國內外眾多學者研究的重要對象，如何預測火災事故發生，測評火車疏散效率，有效地組織乘客有序的疏散成為車站日常管理中重要問題之一［1］。

目前，國內外對車站火災突發事件人員安全疏散的研究主要集中在宏觀、微觀模型的開發仿真、疏散心理研究以及疏散安全性評估等方面。徐高基于網格模型原理，引入了描述旅客車站信息掌握程度和心理狀態的參數，描述了旅客個人的應急疏散狀況［2］。CECELIA通過應用微粒群算法，計算磁懸浮車站旅客疏散的時間，進行疏散模型研究［3］。鄔劍明等通過對火災中人的心理狀態及行為特點的研究指導車站的安全疏散設計［4］。陳曼英等通過建立車站火車安全模糊評價系統進行車站火災安全評估［5］。在對車站火災疏散中，對于疏散故障的研究極少。保魯昆通過建立決策樹對疏散障礙進行定性描述，并沒有對具體故障之間的關系進行分析［1］。GREEN等研究了通過動態調整疏散策略來實現最優疏散效果［6］。本研究利用FSDT理論，對火災疏散故障感知進行分析，確定疏散故障指標，明確疏散障礙感知閾值，并通過疏散教育、疏散知識培訓等措施來降低車站工作人員判斷失誤率。

1 模糊信號檢測理論(FSDT)

信號檢測論(signal detection theory)屬于信息論的一個分支，研究對象是信號傳輸系統中的信號接收部分，借助于數學模型，分析信號接收者如何把信號從噪聲中提取出來。SDT是一種基于二分法思想，即在評定火災疏散過程中，車站人員只能將實際狀態判斷為順利的或者阻礙的一種形式。在車站火災疏散故障感知中，車站人員需要對火災疏散故障實際狀態做出順利疏散與疏散故障狀態判斷。而在模糊信號檢測理論FSDT(fuzzy signal detection theory)中，判斷結果有多種。針對實際的疏散過程，本研究對車站人員進行疏散阻礙性調查和是否采取措施調查，并利用文獻［6］提出的FSDT計算判斷結果的函數，可以得到對于任一實際狀態，車站人員正確響應、漏報、虛報以及正確拒斥的可能性。

現假設實際的火災疏散狀態為故障狀態，且車站工作人員判定其為故障狀態，則判斷結果為正確響應(H)。同理其他狀態4個模糊集成員代表的含義如表1所示。

表1 模糊集成員代表的含義Tab.1 Meaning of fuzzy sets

如果用概率表示，則顯然有:HR+MR=1，FAR +CRR=1，其中HR，MR，FAR，CRR分別表示模糊集成員內各成員的概率。

調查過程中，疏散順利程度值記為s，從0到1取值。其中，0代表疏散狀態為最好，1代表疏散狀態為障礙。疏散障礙感知值記為r，取值為0～1，其中，0代表感知正確，1代表感知錯誤。模糊集成員的蘊涵函數采用PARASURAMAN等提出的方法［7］，如式(1)所示:

正確響應率和虛報率是故障感知辨別能力和故障感知能力反應傾向性的重要指標。其計算方法如式(2)所示:

式中:HR表示車站人員正確響應疏散障礙感知的條件概率;FAR表示車站人員虛報場景中存在障礙的條件概率;Hi表示車站人員對交通障礙感知i的正確響應模糊函數值，由式(1)計算得到;FAi表示車站人員對交通障礙感知i的錯誤感知模糊函數值，由式(1)計算得到。

通過FSDT的2個指標——辨別力指標及反應傾向性指標來反映的火災事故的故障感知辨別能力指標和故障感知能力反應傾向性指標，并結合信號檢測區域圖進行判斷。圖1所示為車站人員疏散感知判斷區域概圖，其中縱坐標為概率坐標。

圖1 車站人員疏散感知判斷區域概圖Fig.1 Perception judgment figure zone of station evacuation

根據FSDT對敏感度d'的定義［8］，利用正態分布曲線對稱特性和正態分布函數的定義，可得出故障感知辨別能力指標的計算公式如下:

同理，根據FSDT關于標準參數β的定義［8］，利用車站工作人員火災疏散感知的4種響應狀態的概率進行的PZO轉換，來獲得被試判別標準對應于信號分布和噪聲分布上的縱軸長度，從而得出故障感知能力反應傾向性指標的計算公式:

式中:HR代表火災疏散是故障狀態下，車站工作人員判斷其為故障狀態的概率在標準正態分布上所對應的縱坐標值;FAR代表火災疏散是順利狀態下，車站工作人員判斷其為故障狀態概率在標準正態分布上所對應的縱坐標值。

2 車站人員火災疏散故障感知能力調查方案

本研究從車站結構、材料和車站應急管理，旅客心理、行為以及車站疏散管理設施、火災探測報警時間3個方面總結了18種能夠影響車站人員火災疏散障礙感知因素，如表2所示。通過設計調查問卷，并對成都火車北站工作人員進行實際調查。問卷中包含:是否疏散順利，可以選擇0～1之間的任何數字，其中0代表實際疏散順利，1代表實際疏散障礙;是否感知正確，可以選擇0～1之間的任何數字，其中0代表感知正確，1代表感知錯誤。

表2 影響車站人員火災疏散障礙感知因素Tab.2 Perception factors affecting station evacuation fault

3 車站人員火災疏散障礙感知能力案例分析

選取任意車站工作人員，通過問卷調查的形式，提取出其18個方面的有關s，r，H，FA等4項數據，其調查數據以及對疏散障礙感知能力分析結果如表3所示。

表3 疏散障礙感知能力分析結果Tab.3 Perception analysis of evacuation fault

運用式(1)—式(4)并結合表3數據可得到該車站某工作人員疏散障礙感知能力判斷域如圖2所示。

圖2 車站某工作人員疏散障礙感知能力判斷域圖Fig.2 Evacuation disorders perception judgment domain graph for a station staff

疏散故障感知辨別能力指標d'，表示該車站工作人員對于車站火災疏散過程中疏散障礙感知能力。通過計算可以得到該工作人員的d'=2.27，在感知能力分析中，一般選擇60%，80%作為故障感知辨別能力取值分界點，由于d'=(－4.65，4.65］，因此(0.93，2.79］為辨別能力中等區間［9］。可知該車站工作人員疏散故障感知辨別能力中等，既能較好的辨別疏散順利與否。從故障感知能力反應傾向性分析，該車站工作人員虛報的條件概率較高，即很多時候會把疏散順利狀態判斷為障礙狀態。圖2顯示，該車站工作人員判斷閾值較低，易采用保守策略判斷車站火災疏散障礙情況，在實際調查訪問的工作中，通過詢問該工作人員的同事可以發現，該工作人員做事小心謹慎且在實際工作行事較為保守，這與本文針對其火災疏散判斷的能力分析較為符合［10-16］。

4 總結

火車站火災疏散狀況關系到車站工作人員以及旅客的生命財產安全，車站工作人員對疏散障礙感知的準確性決定疏散順利與否。與信號檢測理論相比，模糊信號檢測理論更符合火災疏散障礙感知的實際，是一種有效衡量決策制定過程的方法。通過故障感知辨別能力指標和故障感知能力反應傾向性指標，對車站人員感知能力進行定量評價，特別是車站工作人員對于車站火災疏散障礙感知能力判斷上。并通過隨機調查車站工作人員作為案例分析，分析結果表明該車站工作人員判斷閾值較低(d'=2.27，處于判別能力中等區域)，其容易采取保守策略對火災疏散障礙進行判斷，并采取相對保守策略針對車站火災疏散。

車站可以通過:教育培訓使得該車站工作人員提高其火災疏散的感知能力，使得其虛報率下降，提高其感知的準確性;同時也可以通過更換該車站人員的工作環境，應用一些感知能力強，判斷閾值高的車站工作人員，提高車站火災疏散時的感知判斷準確能力，從而更為準確的對疏散障礙進行感知，并能及時作出障礙清理策略。

/References:

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