基于數(shù)字孿生模型的鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真方案研究

王小書，楊國元

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施、國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化的交通工具，是綜合交通運(yùn)輸體系的骨干，對(duì)推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。客運(yùn)站是鐵路客運(yùn)組織的重要場(chǎng)所，任何突發(fā)事件將會(huì)造成巨大的社會(huì)影響。例如，惡劣天氣導(dǎo)致列車大面積晚點(diǎn)，使得大量旅客滯留在鐵路客運(yùn)站，給旅客運(yùn)輸組織工作帶來巨大壓力；客運(yùn)站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、暴恐事件，直接威脅眾多旅客生命財(cái)產(chǎn)安全，危害社會(huì)穩(wěn)定。

為保障客運(yùn)站安全，我國鐵路建設(shè)了智能客運(yùn)站系統(tǒng)[1-5]。該系統(tǒng)的旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)（簡(jiǎn)稱：管控平臺(tái)）具有智能安全保障功能，其中的客運(yùn)站應(yīng)急指揮應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了安全隱患事前預(yù)警、應(yīng)急處置方案自動(dòng)生成、應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)等功能，可為客運(yùn)站快速應(yīng)急響應(yīng)提供較為全面的支持。目前，該系統(tǒng)尚不能按照突發(fā)事件的類型、等級(jí)、范圍與變化趨勢(shì)，對(duì)客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)能力進(jìn)行仿真驗(yàn)證，也無法對(duì)旅客疏散路線的通過能力進(jìn)行評(píng)估，不能確保客運(yùn)站現(xiàn)有的應(yīng)急資源條件及應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制能夠應(yīng)對(duì)各類突發(fā)事件。為此，亟需研究開發(fā)鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真軟件，能夠依據(jù)應(yīng)急預(yù)案，直觀模擬應(yīng)急響應(yīng)過程，作為應(yīng)急演練的一個(gè)實(shí)用工具；同時(shí)，通過分析模擬運(yùn)行結(jié)果，支持客運(yùn)站應(yīng)急指揮能力和應(yīng)急疏散能力評(píng)估。

數(shù)字孿生（Digital Twins）模型由美國密歇根大學(xué)Michael Grieves 教授[6]首次提出，通過在信息空間建立物理世界的鏡像，基于兩者之間的連接，實(shí)現(xiàn)信息世界與物理世界的虛實(shí)交互、模擬仿真、態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)。數(shù)字孿生模型至少包括3 部分內(nèi)容：現(xiàn)實(shí)世界的物理實(shí)體，信息虛擬空間中的數(shù)字實(shí)體，將數(shù)字實(shí)體與物理實(shí)體聯(lián)系在一起的連接。北京航空航天大學(xué)陶飛教授[7-8]提出數(shù)字孿生“五維模型”，探討在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、智能制造、智慧城市等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的交互共融。

本文在梳理鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)業(yè)務(wù)基本流程的基礎(chǔ)上，明確鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)能力仿真需求，采用數(shù)字孿生概念和方法，建立面向客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)過程的數(shù)字孿生四維模型，并據(jù)此進(jìn)行鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真軟件功能設(shè)計(jì)，為下一步開發(fā)客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真及能力評(píng)估應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)業(yè)務(wù)仿真需求分析

1.1 鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)工作標(biāo)準(zhǔn)

鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)的工作標(biāo)準(zhǔn)是各類正式發(fā)布的與客運(yùn)站業(yè)務(wù)相關(guān)的鐵路應(yīng)急預(yù)案。鐵路客運(yùn)站應(yīng)急預(yù)案隸屬于鐵路整體應(yīng)急預(yù)案，是客運(yùn)站根據(jù)自身的實(shí)際情況，按照我國應(yīng)急管理的法律法規(guī)、中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱：國鐵集團(tuán)）及各鐵路局集團(tuán)公司的要求制定的，包括客運(yùn)組織類、自然災(zāi)害類、公共衛(wèi)生類、社會(huì)安全類等應(yīng)急預(yù)案。

針對(duì)突發(fā)事件，客運(yùn)站按照對(duì)人員、資源等預(yù)期損失的程度、影響范圍、事態(tài)發(fā)展和事件性質(zhì)等要求分級(jí)，并建立分級(jí)響應(yīng)機(jī)制。例如，大客流及列車大面積晚點(diǎn)應(yīng)急處置分為一般、重大、特別重大3 級(jí)；火災(zāi)暴恐按照突發(fā)公共事件嚴(yán)重性、影響范圍和緊急程度，劃分為一般（Ⅳ級(jí)）、較大（Ⅲ級(jí)）、重大（Ⅱ級(jí)）、特別重大（Ⅰ級(jí)）4 級(jí)預(yù)警，并以不同顏色（藍(lán)色、黃色、橙色和紅色）作為標(biāo)識(shí)。

根據(jù)應(yīng)急事件處置要求，一般等級(jí)事件客運(yùn)站自行指揮并處置，超出一般范圍內(nèi)的較大、重大、特別重大事件都由國家、國鐵集團(tuán)、鐵路局集團(tuán)公司進(jìn)行統(tǒng)一指揮，協(xié)調(diào)相關(guān)各方進(jìn)行處置。

1.2 鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真需求

通過分析多個(gè)鐵路客運(yùn)站的應(yīng)急預(yù)案，按事件發(fā)展的先后時(shí)間順序，將鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)分為事前、事中、事后3 個(gè)主要階段；分析每個(gè)階段的業(yè)務(wù)活動(dòng)，識(shí)別出相關(guān)業(yè)務(wù)實(shí)體，確定它們之間相互關(guān)系，梳理出客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)業(yè)務(wù)基本流程，如圖1 所示，并據(jù)此提出客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)各階段的仿真需求。

1.2.1 事前流程及仿真需求

（1）事前流程

突發(fā)事件發(fā)生前，利用客運(yùn)站已建設(shè)的管控平臺(tái)，應(yīng)急指揮及處置人員可實(shí)時(shí)了解列車內(nèi)情況、列車信息、客運(yùn)站環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、工作人員位置及任務(wù)、旅客數(shù)量及分布，全面掌控客運(yùn)站實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況。利用信息共享技術(shù)，管控平臺(tái)可自動(dòng)識(shí)別客運(yùn)站列車大面積晚點(diǎn)、大客流、火災(zāi)、暴恐等突發(fā)事件，按照設(shè)定的閾值判定事件等級(jí)，向值守人員發(fā)出警報(bào)；值守人員上報(bào)至客運(yùn)站領(lǐng)導(dǎo)，客運(yùn)站領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)應(yīng)急事件等級(jí)后，下發(fā)啟動(dòng)應(yīng)急命令。

此外，通過管控平臺(tái)，應(yīng)急指揮及處置人員還可方便地獲取地方資源（公安、地鐵、消防等）、應(yīng)急預(yù)案、歷史經(jīng)驗(yàn)、專家知識(shí)等相關(guān)信息。

（2）仿真需求

客運(yùn)站指揮人員可掌控列車晚點(diǎn)、旅客總數(shù)及分布、應(yīng)急預(yù)案、工作人員值班狀態(tài)、地方資源（公安、地鐵、消防等）、專家知識(shí)等運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況。客運(yùn)站指揮人員還需了解突發(fā)事件的發(fā)展變化，期望有手段能夠推演突發(fā)事件蔓延范圍及持續(xù)時(shí)間，模擬突發(fā)事件的災(zāi)害鏈，推演仿真突發(fā)事件的發(fā)展態(tài)勢(shì)和影響范圍。

1.2.2 事中流程及仿真需求

（1）事中流程

一旦客運(yùn)站啟動(dòng)針對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)后，管控平臺(tái)可依據(jù)客運(yùn)站應(yīng)急預(yù)案、工作人員值班狀態(tài)、歷史經(jīng)驗(yàn)、地方資源（公安、地鐵、消防等）、應(yīng)急預(yù)案、專家知識(shí)等信息，自動(dòng)生成初步應(yīng)急處置方案；由工作人員人工確認(rèn)方案后，將方案分解為一系列工作指令（如：工作人員任務(wù)、設(shè)備計(jì)劃），下發(fā)給相關(guān)各崗位工作人員（售票、客運(yùn)、消防、上水、公安等）及各類自動(dòng)化設(shè)備（旅服設(shè)備、機(jī)電設(shè)備、消防設(shè)備、應(yīng)急設(shè)備等）。

相關(guān)工作人員可接收文字、語音、視頻等形式的任務(wù)信息，各崗位工作人員按照指令執(zhí)行任務(wù)，對(duì)執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行確認(rèn)，并及時(shí)上報(bào)執(zhí)行反饋信息、以及執(zhí)行處置任務(wù)時(shí)出現(xiàn)的問題。各類自動(dòng)化設(shè)備按照下達(dá)的工作指令，執(zhí)行相關(guān)的開停計(jì)劃。在處置突發(fā)事件的過程中，客運(yùn)站指揮人員與地方公安、消防、交通、醫(yī)院等行業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車站內(nèi)相關(guān)人員之間、車站與地方相關(guān)部門之間間有效信息溝通。

（2）仿真需求

在處置突發(fā)事件時(shí)，客運(yùn)站指揮人員期望通過新手段，進(jìn)行客運(yùn)站三維可視化仿真，可以自由創(chuàng)建各種類型的三維場(chǎng)景，高度還原客運(yùn)站的真實(shí)情況。在三維場(chǎng)景中，設(shè)定突發(fā)事件發(fā)生的范圍，標(biāo)記出受影響的車站站區(qū)、工作人員、旅客、列車及設(shè)備，仿真驗(yàn)證疏散流線的流暢程度，模擬與地方公安、消防、交通、醫(yī)院等行業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，模仿應(yīng)急處置方案的執(zhí)行過程，為應(yīng)急響應(yīng)方案的決策提供依據(jù)。

1.2.3 事后流程及仿真需求

（1）事后流程

應(yīng)急處置方案執(zhí)行完成后，工作人員確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)正常，上報(bào)客運(yùn)站領(lǐng)導(dǎo)。由客運(yùn)站領(lǐng)導(dǎo)發(fā)出結(jié)束應(yīng)急指令，系統(tǒng)終止應(yīng)急狀態(tài)。應(yīng)急處置結(jié)束后，進(jìn)行應(yīng)急物資清點(diǎn)和補(bǔ)充。工作人員在管控平臺(tái)中進(jìn)行應(yīng)急處置方案存檔，評(píng)估應(yīng)急處置過程，修正應(yīng)急預(yù)案；依據(jù)新預(yù)案完善應(yīng)急演練庫，生成新的應(yīng)急演練方案與計(jì)劃。

（2）仿真需求

應(yīng)急處置結(jié)束后，客運(yùn)站指揮人員需直觀、沉浸式的方式，演練修正后的應(yīng)急預(yù)案，提升客運(yùn)站工作人員的應(yīng)急響應(yīng)能力。

2 仿真方案

2.1 客運(yùn)站數(shù)字孿生應(yīng)急響應(yīng)模型建立

通過分析鐵路客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)業(yè)務(wù)基本流程及各階段仿真需求，抽取參與客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)的物理實(shí)體，為每個(gè)物理實(shí)體建立虛擬實(shí)體，設(shè)計(jì)物理實(shí)體和虛擬實(shí)體之間的連接，據(jù)此建立客運(yùn)站數(shù)字孿生應(yīng)急響應(yīng)模型，其框架如圖2 所示。

圖2 客運(yùn)站數(shù)字孿生應(yīng)急響應(yīng)模型框架示意

客運(yùn)站數(shù)字孿生應(yīng)急響應(yīng)模型SDT由客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)過程所涉及的相關(guān)物理實(shí)體、與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的數(shù)字虛擬實(shí)體、連接物理實(shí)體和數(shù)字虛擬實(shí)體的連接、應(yīng)急處置流程孿生4 部分構(gòu)成，SDT可描述為：

其中，物理實(shí)體Ei是物理世界中，客運(yùn)站內(nèi)參與應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)的各類相關(guān)實(shí)體；虛擬實(shí)體Vi是在信息空間內(nèi)建立、與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)的數(shù)字實(shí)體；連接Ci利用智能車站系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體信息的統(tǒng)一接入與管理；應(yīng)急響應(yīng)流程孿生Fi是參與應(yīng)急響應(yīng)的數(shù)字實(shí)體間關(guān)系集合。

2.1.1 客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)過程涉及的物理實(shí)體

應(yīng)急響應(yīng)過程涉及的物理實(shí)體Ei主要包括：客運(yùn)站站房及附屬建筑物Esi、工作人員Efi、旅客Epi、客運(yùn)站內(nèi)各種設(shè)備設(shè)施Eei、本站到發(fā)列車Eti、客運(yùn)站內(nèi)環(huán)境Eci、客運(yùn)站外部資源Ewi等類別。其中，多個(gè)獨(dú)立的物理實(shí)體可跨類別組合，用于完成應(yīng)急處置任務(wù)。物理實(shí)體Ei集合可描述為：

2.1.2 客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)過程涉及的數(shù)字實(shí)體

應(yīng)急響應(yīng)過程涉及的數(shù)字實(shí)體Vi主要包括：客運(yùn)站虛擬站房及附屬建筑物Vsi、虛擬工作人員Vfi、虛擬旅客Vpi、客運(yùn)站內(nèi)各類虛擬設(shè)備設(shè)施Vei、本站到發(fā)虛擬列車Vti、客運(yùn)站內(nèi)虛擬環(huán)境Vci、客運(yùn)站外部虛擬資源Vwi。這些數(shù)字實(shí)體，是利用3D Max、Maya、Solidworks、Pro/E 等多種軟件，將參與應(yīng)急響應(yīng)過程的各類物理實(shí)體，按照它們自身的幾何參數(shù)（如形狀、尺寸、位置等）以及其相互間的關(guān)系（如位置關(guān)系、時(shí)間先后關(guān)系等），分別建立與之相對(duì)應(yīng)的虛擬三維實(shí)體模型，Vi可描述為：

2.1.3 客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)過程虛實(shí)連接

應(yīng)急響應(yīng)過程虛實(shí)連接Ci依托智能客站系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，統(tǒng)一提供信息接入與連接管理，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)體與數(shù)字實(shí)體之間的連接和交互，將現(xiàn)實(shí)世界里物理實(shí)體的實(shí)時(shí)狀態(tài)和行為映射為數(shù)字實(shí)體的三維動(dòng)態(tài)展示；信息世界中數(shù)字實(shí)體仿真分析產(chǎn)生的工作指令經(jīng)救援指揮人員確認(rèn)后，下發(fā)至相關(guān)物理實(shí)體進(jìn)行執(zhí)行。

2.1.4 客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)流程孿生

應(yīng)急響應(yīng)流程孿生Fi基于突發(fā)事件的事前BFi、事中DFi、事后AFi的時(shí)間先后關(guān)系，以及每個(gè)過程中的工作人員、旅客、客運(yùn)站內(nèi)各類設(shè)備設(shè)施、本站到發(fā)列車、客運(yùn)站內(nèi)環(huán)境等要素之間的相互關(guān)系，即工作人員與旅客關(guān)系Rpfi、客運(yùn)站內(nèi)各類設(shè)備設(shè)施與旅客關(guān)系Repi、客運(yùn)站內(nèi)各類設(shè)備設(shè)施與工作人員關(guān)系Refi、本站到發(fā)列車與旅客關(guān)系Rpti、客運(yùn)站內(nèi)各類設(shè)備設(shè)施與本站到發(fā)的列車關(guān)系Reti、客運(yùn)站內(nèi)環(huán)境與旅客關(guān)系Rpci；按照應(yīng)急預(yù)案相關(guān)規(guī)定，定義其相互作用及實(shí)時(shí)響應(yīng)及行為，利用有限狀態(tài)機(jī)、馬爾可夫鏈、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、基于本體的建模方法等進(jìn)行創(chuàng)建，應(yīng)急響應(yīng)流程孿生Fi集合可描述為：

2.2 客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真功能設(shè)計(jì)

依據(jù)各類突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案，建立相應(yīng)的數(shù)字孿生應(yīng)急響應(yīng)模型，基于模型明確應(yīng)急響應(yīng)事前、事中、事后的仿真需求，設(shè)計(jì)應(yīng)急響應(yīng)仿真軟件的基本功能框架；在此基礎(chǔ)上，針對(duì)具體突發(fā)事件場(chǎng)景，細(xì)化應(yīng)急響應(yīng)仿真功能設(shè)計(jì)。

2.2.1 應(yīng)急指揮仿真功能

客運(yùn)站應(yīng)急指揮是客運(yùn)站管理人員為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的發(fā)展，調(diào)度客運(yùn)站的人員、設(shè)備及相關(guān)資源，以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失為目標(biāo)而進(jìn)行的特殊組織活動(dòng)。應(yīng)急指揮是整個(gè)應(yīng)急響應(yīng)過程的核心，決定著整個(gè)救援過程的進(jìn)度和發(fā)展方向，根據(jù)突發(fā)事件的類型與發(fā)展態(tài)勢(shì)，進(jìn)行不同的應(yīng)急指揮，協(xié)調(diào)多崗位人員，實(shí)現(xiàn)其他救援力量的聯(lián)動(dòng)，調(diào)配各類救援資源，控制突發(fā)事件的事態(tài)發(fā)展，將傷亡和損失降到最低。

應(yīng)急指揮仿真功能為客運(yùn)站管理人員提供應(yīng)急指揮活動(dòng)的仿真功能。通過仿真突發(fā)事件的發(fā)生與變化，模擬應(yīng)急救援過程，模仿應(yīng)急資源的調(diào)配，利用仿真結(jié)果，驗(yàn)證應(yīng)急響應(yīng)能力，為救援過程提供技術(shù)支持。在突發(fā)事件未發(fā)生時(shí)，提供基于三維模型的應(yīng)急演練，方便工作人員在虛擬動(dòng)態(tài)環(huán)境中進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。

（1）突發(fā)事件態(tài)勢(shì)發(fā)展仿真：模擬多不同類型的突發(fā)事件，基于各事件多類次生災(zāi)害的連發(fā)概率模型，仿真突發(fā)事件影響范圍及持續(xù)時(shí)間，推演突發(fā)事件的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)其進(jìn)行分級(jí)預(yù)警。

（2）應(yīng)急處置方案仿真：創(chuàng)建各種類突發(fā)事件的三維仿真場(chǎng)景，在場(chǎng)景中，設(shè)定突發(fā)事件發(fā)生的范圍，標(biāo)記出受影響的車站站區(qū)、工作人員、旅客、列車及設(shè)備，仿真驗(yàn)證疏散流線的流暢程度，模擬應(yīng)急資源的分配，仿真與地方公安、消防、交通、醫(yī)院等行業(yè)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，模擬應(yīng)急方案的執(zhí)行過程，為應(yīng)急決策提供依據(jù)。

（3）應(yīng)急資源分布優(yōu)化仿真：仿真應(yīng)急資源布局優(yōu)化方案仿真，進(jìn)而修改資源分布位置，提升救援效率。

（4）基于三維模型的應(yīng)急演練：按照應(yīng)急預(yù)案，建立多種突發(fā)事件的三維車站仿真場(chǎng)景，支持多角色、多用戶同時(shí)演練，為客運(yùn)站工作人員提供直觀、沉浸式的應(yīng)急演練。

2.2.2 應(yīng)急疏散仿真功能

應(yīng)急疏散是減少人員傷亡的關(guān)鍵。應(yīng)急疏散流線在火災(zāi)暴恐等突發(fā)事件時(shí)，是保障人民安全的生命線。決定疏散流線效率的關(guān)鍵是疏散起始與目標(biāo)區(qū)域、區(qū)域間距離、路線、具有開關(guān)門功能的設(shè)備、疏散人群的組成等。依據(jù)疏散人員的組成，合理選擇疏散路線，為行動(dòng)不便的提供用時(shí)較少的流線，可保障各類人群有效快速疏散。

應(yīng)急疏散仿真功能為客運(yùn)站工作人員提供仿真手段，模擬不同情形下多條流線的疏散運(yùn)用效果。

（1）根據(jù)應(yīng)急預(yù)案要求，對(duì)設(shè)定的疏散流線進(jìn)行仿真；建立兒童、少年、中青年男性、中青年女性、老人等多種旅客數(shù)字實(shí)體，將進(jìn)站口、檢票口、站臺(tái)、通道、出站口等作為關(guān)鍵卡口，對(duì)關(guān)鍵卡口的數(shù)量、寬度及行進(jìn)方向進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，仿真設(shè)備、工作人員等數(shù)字實(shí)體引導(dǎo)行為，驗(yàn)證應(yīng)急疏散能力。分析制約疏散的關(guān)鍵因素、疏散時(shí)間、平均疏散流量、擁堵時(shí)間等內(nèi)容，并依據(jù)此可進(jìn)行疏散流線調(diào)整。

（2）客流旅客疏散流線仿真：根據(jù)旅客分布的不同位置、旅客乘車的方向，仿真各條旅客疏散流線的疏散時(shí)間、平均疏散流量、擁堵時(shí)間等影響應(yīng)急疏散的因素，驗(yàn)證應(yīng)急疏散能力，并反饋優(yōu)化應(yīng)急疏散流線。

（3）火災(zāi)旅客疏散流線仿真：根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的不同位置，區(qū)分候車室、站臺(tái)、售票廳等位置，仿真各條火災(zāi)疏散流線的疏散時(shí)間、平均疏散流量、擁堵時(shí)間等影響應(yīng)急疏散的因素，驗(yàn)證應(yīng)急疏散能力，并反饋優(yōu)化應(yīng)急疏散流線。

3 典型應(yīng)急響應(yīng)場(chǎng)景仿真設(shè)計(jì)

3.1 大客流、大面積晚點(diǎn)應(yīng)急響應(yīng)

3.1.1 場(chǎng)景簡(jiǎn)介

大客流、大面積晚點(diǎn)屬于典型的客運(yùn)組織類突發(fā)事件；大客流是指車站在一段時(shí)間內(nèi)，滯留旅客接近或超過車站設(shè)計(jì)的容量；大面積晚點(diǎn)是指旅客列車晚點(diǎn)多個(gè)小時(shí)以上并達(dá)到幾十列，在這種情況下，車站無法正常接發(fā)列車，乘車旅客數(shù)量不斷積壓，往往導(dǎo)致大客流情況的發(fā)生。

對(duì)于大面積晚點(diǎn)與大客流場(chǎng)景，其應(yīng)急響應(yīng)的責(zé)任主體都為客運(yùn)站客運(yùn)車間，由客運(yùn)站負(fù)責(zé)客運(yùn)的站長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)一指揮。

3.1.2 大客流、大面積晚點(diǎn)應(yīng)急響應(yīng)仿真設(shè)計(jì)

（1）數(shù)字實(shí)體的抽取

大面積晚點(diǎn)、大客流場(chǎng)景的數(shù)字實(shí)體包括公交、地鐵、各類旅客、站房實(shí)體、工作人員、設(shè)備（揚(yáng)聲器、導(dǎo)向顯示屏、檢票機(jī)、扶梯、電梯、實(shí)名制驗(yàn)證）、設(shè)施（緊急揚(yáng)聲器、安全隔離帶、備用車次牌、樓梯等）、不同方向的列車、客站內(nèi)的各區(qū)域各類環(huán)境狀態(tài)、站臺(tái)、股道。

（2）仿真設(shè)計(jì)要點(diǎn)

事前：利用列車、旅客數(shù)字實(shí)體與應(yīng)急響應(yīng)流程孿生集合進(jìn)行仿真，仿真客運(yùn)站旅客的聚集、分布及增加情況，模擬列車晚點(diǎn)的情形，對(duì)踩踏、擁擠、擦傷、人群恐慌、個(gè)體焦慮等次生災(zāi)害，按照連發(fā)概率模型進(jìn)行模擬，展示發(fā)展態(tài)勢(shì)和影響范圍。

事中：仿真客運(yùn)站大晚點(diǎn)、大客流的三維場(chǎng)景，配置受到影響的客運(yùn)站候車區(qū)域、站臺(tái)區(qū)域，修改工作人員、列車及設(shè)備相關(guān)參數(shù)，仿真驗(yàn)證旅客疏散流線的流暢程度、疏散流量、擁堵時(shí)間，仿真與地鐵、公交等交通行業(yè)交互、聯(lián)動(dòng)，模擬應(yīng)急響應(yīng)方案的執(zhí)行過程，為應(yīng)急方案的決策提供依據(jù)。

事后：大面積晚點(diǎn)、大客流應(yīng)急響應(yīng)結(jié)束后，結(jié)合本次應(yīng)急響應(yīng)生成的歷史經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案修正。將修改后的應(yīng)急預(yù)案轉(zhuǎn)化為應(yīng)急演練方案。應(yīng)急演練方案是對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過修改列車、站內(nèi)旅客等關(guān)鍵參數(shù)，以客運(yùn)站三維場(chǎng)景方式，向工作人員提供沉浸式演練。

3.2 火災(zāi)、暴恐應(yīng)急響應(yīng)

3.2.1 場(chǎng)景簡(jiǎn)介

火災(zāi)、暴恐場(chǎng)景屬于典型的安全類突發(fā)事件；火災(zāi)指在客運(yùn)站管轄的各個(gè)區(qū)域發(fā)生物體燃燒的情況；暴恐指在客運(yùn)站管轄的范圍內(nèi)發(fā)生暴力恐怖襲擊案件，影響人民生命財(cái)產(chǎn)安全的突發(fā)事件；這兩類突發(fā)事件均可會(huì)威脅人民生命安全，造成個(gè)人或國家財(cái)產(chǎn)損失。

對(duì)于火災(zāi)、暴恐場(chǎng)景，客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)的責(zé)任主體均為客運(yùn)站安全科室，由客運(yùn)站負(fù)責(zé)安全的站長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)一指揮。

3.2.2 火災(zāi)、暴恐應(yīng)急響應(yīng)仿真設(shè)計(jì)

（1）數(shù)字實(shí)體的抽取

火災(zāi)、暴恐應(yīng)急場(chǎng)景的數(shù)字實(shí)體包括暴恐份子、火災(zāi)、公安、消防、醫(yī)院、各類旅客、站房實(shí)體、工作人員、設(shè)備（消防泵、穩(wěn)壓水箱、消防噴淋、消火栓、消防水炮、防排煙、防火卷簾門、滅火器、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警）、設(shè)施（防爆罐、防爆毯）、不同方向的列車、客站內(nèi)的各區(qū)域各類環(huán)境狀態(tài)、站臺(tái)、股道。

（2）仿真設(shè)計(jì)要點(diǎn)

事前：利用上述數(shù)字實(shí)體的虛擬動(dòng)態(tài)行為模型進(jìn)行仿真，仿真客運(yùn)站管轄范圍內(nèi)出現(xiàn)暴恐分子、火災(zāi)情況，模擬旅客擁擠、人員踩踏、人群恐慌等災(zāi)害鏈，展示發(fā)展態(tài)勢(shì)和影響范圍。

事中：仿真暴恐、火災(zāi)的三維場(chǎng)景，配置事件發(fā)生的客運(yùn)站區(qū)域，修改工作人員、列車及設(shè)備相關(guān)參數(shù)，仿真驗(yàn)證消防疏散流線的流暢程度、疏散流量、擁堵時(shí)間，仿真與公安、消防、醫(yī)院等地方部門的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，模擬應(yīng)急響應(yīng)方案的執(zhí)行過程，為應(yīng)急方案的決策提供依據(jù)。

事后：暴恐、火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)結(jié)束后，結(jié)合本次應(yīng)急響應(yīng)生成的歷史經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行應(yīng)急預(yù)案修正。將修改后的應(yīng)急預(yù)案轉(zhuǎn)化為應(yīng)急演練方案。對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過修改暴恐份子、火災(zāi)、列車、站內(nèi)旅客等關(guān)鍵參數(shù)，以客運(yùn)站三維場(chǎng)景方式，向工作人員提供沉浸式演練。

4 結(jié)束語

本文圍繞客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)業(yè)務(wù)，提出客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真方案。在梳理基本業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，基于模型明確應(yīng)急響應(yīng)事前、事中、事后的仿真需求，運(yùn)用數(shù)字孿生概念和方法，建立客運(yùn)站數(shù)字孿生應(yīng)急響應(yīng)模型，設(shè)計(jì)客運(yùn)站應(yīng)急響應(yīng)仿真軟件的基本功能框架，并重點(diǎn)針對(duì)大面積晚點(diǎn)、大客流、火災(zāi)與暴恐等典型應(yīng)急場(chǎng)景，進(jìn)一步細(xì)化仿真功能設(shè)計(jì)。

后續(xù)研究將在充分利用既有資源的基礎(chǔ)上，完成開發(fā)工具軟件的選型，以組合運(yùn)用多種開發(fā)工具，完成仿真應(yīng)用軟件的開發(fā)；同時(shí)，還將聚焦于研究量化的能力評(píng)估分析方法，以利用仿真應(yīng)用軟件運(yùn)行的結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)客運(yùn)站應(yīng)急指揮能力和應(yīng)急疏散能力評(píng)估做出較為客觀、可信的評(píng)估。