基于分布式協同的城市軌道交通應急處置研究

■ 周珺 莫義弘 李偉 羅欽

0 引言

近年來，隨著城市交通問題日益突出，大力發展城市軌道交通已成為我國城市交通可持續發展的必然出路。在城市軌道交通網絡化運營大背景下，各城市軌道網絡結構快速擴充，促進了軌道交通產業的高速蓬勃發展，但也為軌道交通運營公司的日常運營管理工作帶來巨大壓力。復雜的路網結構、大幅增加的網絡客流、多樣化的設施設備等特點成為運營突發事件產生和傳播的主要因素。城市軌道交通網絡化運營階段，系統任何突發事件發生都有可能對整個網絡產生較為嚴重的影響，輕則造成運營成本和乘客旅行時間的增加，網絡能力和運營效率下降，嚴重情況下還會威脅乘客生命和財產安全[1-3]。因此，如何增強城市軌道交通運營管理部門對于突發事件的應對能力和處置效率，成為近幾年國內外學者研究的重點之一。

目前國內外關于軌道交通應急處置領域相關研究重點主要集中在突發事件應對措施和預案管理、應急處置理論研究、應急處置系統研發與應用三方面。在突發事件應對措施上，滕靖等[4-5]對我國城市軌道交通應對突發事件存在的問題進行分析后提出行車組織調整和及時公交接駁等應對措施。在預案體系的研究方面，邵偉中等[6-7]對軌道交通應急預案的分級、分類、基本內容進行歸納和整理，構筑完整應急預案體系。在應急處置理論研究方面，國內外研究主要集中在加強應急管理和客流疏散兩部分，宋宇博等[8-9]基于隨機Petri網理論及馬爾科夫鏈模型，對軌道交通應急管理體系進行建模研究，研究結果有助于提高運營管理部門應急指揮系統工作效率及對突發事件的應對能力。在客流疏散方面，洪玲等[10]提出應急條件下乘客的5種主要疏散行為并研究其對乘客疏散行為的影響，進而構建基于應急信息刺激的乘客疏散行為模型體系。然而，目前國內外研究的軌道交通突發事件應急處置機制大多集中在部門層面，生產職能部門孤立作業，缺乏對應急處置體系的多部門聯動、整體過程研究。

基于上述背景，對網絡化運營條件下城市軌道交通突發事件應急輔助決策技術的相關關鍵問題進行研究，基于軌道交通運營安全管理的生產實際需求，引入分布式協同理論對當前軌道交通應急組織及處置流程進行優化和重組，旨在實現軌道交通運營企業在面對突發事件時，達到及時響應、正確處置、多點聯動、協同作業的目標，以期能夠對解決網絡化運營條件下城市軌道交通的安全管理和應急處置問題有所裨益。

1 突發事件與應急處置

1.1 突發事件定義及分級

由于城市軌道交通系統的專業特殊性，其對突發事件的定義與其他領域不同。結合城市軌道交通本身性質特點及突發事件的基本定義，可將城市軌道交通突發事件定義為：城市軌道交通正常運營生產過程中，在城市軌道交通系統內或系統外，突然發生的，可能或已經對城市軌道交通正常運營生產造成影響的，需采取相應措施進行應對的緊急事件。突發事件的總體特性可歸納為突然隨機性、緊急危害性、傳播擴散性、責任關聯性、動態劇變性和社會公共性等。

城市軌道交通突發事件分級標準嚴格根據事件性質、危害程度、影響范圍、發展態勢、可控性等標準進行劃分。以深圳地鐵為例，突發事件可劃分為I—V五個等級，I級為最高級別（見表1）。

1.2 應急處置構架與原則

在對城市軌道交通應急處置研究中，一方面要研究應急預案的精細化、標準化、規范化管理，另一方面則要重點研究當前軌道交通應急處置發展現狀，包括網絡化運營大背景下的運營特點、應急組織架構、應急處置原則和存在的關鍵問題等。

我國各城市軌道交通運營公司基于實際運營生產需求，都已著手或成功建立負責統籌全路網的綜合應急指揮中心。該線網綜合指揮中心對內監控路網日常運營生產情況，突發事件時負責協調各線路的行車組織方案調整和應急資源調配；對外負責對接運營公司上級領導的突發事件情況匯報工作。線網綜合指揮中心在軌道交通應急處置中承擔了承上啟下的紐帶作用，與企業應急領導小組、各線路運行控制中心、相關一線生產職能部門共同構成了城市軌道交通應急組織架構（見圖1）。

圖1 城市軌道交通應急組織架構

表1 城市軌道交通突發事件分級

城市軌道交通運營管理部門在應對突發事件時，需以盡可能降低事件影響、盡快恢復正常運營生產為目標。在進行應急處置工作時需遵循以下原則：

（1）導向安全。在城市軌道交通運營生產中，安全也是第一要素。

（2）以人為本。保障乘客生命財產安全，是軌道交通運營單位的第一要義。

（3）快速響應。相關一線生產職能部門必須以最快速度做出應急響應。

（4）調度配合。調度人員應迅速做出應急響應，調配應急資源配合，指揮協調一線生產部門進行應急處置，必要時可采取調整行車組織方案的手段協助突發事件的處置。

（5）聯動配合。所有相關部門首先應各司其職，與其他部門保持實時有效的信息溝通，緊密配合。

（6）資源統籌。在應急處置作業中做好資源統籌調配工作，提高資源轉運速度及利用率，避免資源浪費造成的處置效率降低。

結合城市軌道交通網絡化運營特點和當下運營企業及其下轄各生產職能部門應急處置現狀分析，發現現有應急管理模式下應急處置組織架構復雜、職能分散，應對突發事件時各部門孤立作業，缺乏有效的整體協調機制，難以適應網絡化運營條件下城市軌道交通復雜的運營環境和多變的突發事件所帶來的挑戰。針對此問題，提出引入分布式協同理論對運營企業應急處置組織架構進行優化，全面提升軌道交通運營管理部門面對突發事件的應對能力和應急處置作業的工作效能。

2 分布式協同體系

分布式處理則是將不同地點或具有不同功能或擁有不同數據的多系統/部門通過通信網絡連接起來，在控制系統統一管理控制下，協調完成大規模任務的網絡程序系統。目前國內外分布式協同理論的應用已十分廣泛，學者們致力于基于分布式協同理論進行時空分布任務執行控制、成本及效率控制和任務過程中信息傳遞控制等方面的研究，用于解決如數據處理、網絡服務、道路交通流控制、生產、通信等領域實際問題。在道路交通領域，文孟飛等[11]針對城市主干道車流特性設計分布式協同控制方法，降低網絡中的車輛平均等待時間；Majid H等[12]設計分布式模型預測控制方案（MPC）及配套算法，算法可對大量高速公路入口進行分布式協調控制，評估各入口間協調問題，大幅減少通信工作量和計算時間。牛忠海等[13]以智能體和局部感應控制思想為指導，建立分布式網絡多智能體的匝道協同控制方法，用于解決高速公路與城市快速路交匯區域擁堵問題，達到緩解路網結合部擁堵、減少平均等待時間的效果。

綜上所述，分布式協同理論是一種普適性理論，可適用于數據、工程、生產、控制等各方面，用以協調時空分布的不同任務間的控制過程，提高工作效率、降低控制成本，保證信息傳遞速度及準確度。

因此，提出應急處置層面的分布式協同體系是指在城市軌道交通應急處置作業處于空間分布、作業時間同步或異步的條件下，所有參與城市軌道交通應急處置工作的各部門、各崗位成員，通過借助人工智能、分布式處理和數據庫等關鍵技術，進行數據、信息、知識的傳輸、交換和共享，多點聯動、協同作業，合作完成一項既定任務的計算機系統。分布式協同工作體系的核心是協作模型，其優勢在于集合了分布工作、信息交互、并發處理、協同運作和系統工程的思想，極大改善了工作組內小群體間的信息交流方式，提高了小群體間的系統工作效率。可以預見，分布式協同體系的研究和應用將成為未來城市軌道交通運營管理和應急處置的必然選擇。

3 應急處置分布式協同作業

基于當下城市軌道交通的發展現狀提出將分布式協同理論應用到應急處置體系。城市軌道交通應急處置的特點決定了分布式協同工作環境中應急處置業務過程應具備空間分布協同性、時間同步協同性、業務流程有序性等特點。

（1）空間分布協同性：反映了業務過程地理空間的分布特點，包括業務過程中應急處置執行位置的分布性和應急處置作業成員所處崗位的分布性兩方面。

（2）時間同步協同性：反映了協作方式的協同性和協作時間的同步性特點，應急處置作業中的各成員在同時完成自身任務，協同工作，共同達成工作組統一的業務目標。

（3）業務流程有序性：反映了應急處置流程運行的合理性和科學性，任務空間中各項任務在完成自身子目標和協同完成總體業務目標的過程中有序進行。

搭建應急處置四層十級分布式協同體系，將所有參與應急處置作業或與之相關的對象劃分為管控層、指揮層、執行層和發布層四個層次，政府管控級、運營公司管控級、線網管控級、調度指揮級、現場指揮級、車輛駕駛級、車站控制級、搶救維修級、信息發布級和乘客級十個作業級。在四層十級分布式協同體系應急處置組織架構基礎上，結合工作流管理技術及深圳地鐵當前實際情況，進一步對軌道交通應急響應流程進行優化重組。

分布式協同應急處置流程見圖2。當發生突發事件時，首先運營生產一線各部門進行事件報警，調度指揮部門接警后依據事件等級判斷是否需要上報上級線網運營指揮部門，同時根據相關應急預案制定處置方案，并居中協調控制各一線生產部門進行協同作業。同步工作，如調度指揮部門將突發事件信息上報，則線網運營指揮部門同樣根據事件等級判斷是否進一步上報運營總部及集團領導，同時線網運營指揮部門根據實際需求協調線網應急資源、人力資源等協助調度指揮部門開展應急處置作業。同理，運營總部應急部門、集團應急部門、政府應急部門如接到重大突發事件報警，則按照實際需求及自身智能調配相應應急資源協助應急處置作業。

圖2 分布式協同應急處置流程

4 結束語

我國城市軌道交通應急處置存在的亟待解決的關鍵問題主要可歸納為組織架構復雜冗余和處置流程沖突繁瑣兩大方面。將分布式協同理論引入并應用于城市軌道交通應急處置的研究中，首先研究了應急處置作業的業務過程特點，并結合分布式協同體系搭建城市軌道交通應急處置的四層十級分布式協同體系框架，隨后提出基于分布式協同體系下的應急處置流程，有助于實現各部門多點聯動，同步處置，節約處置時間，提高應急處置整體效率。

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