地鐵區(qū)間應急疏散關鍵系統(tǒng)設計與測試實現(xiàn)

李虹雨

(陜西交通職業(yè)技術學院，軌道交通學院， 陜西， 西安 710018)

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市交通擁堵問題日益嚴重，為緩解該問題的發(fā)生，地鐵隨之而產(chǎn)生，地鐵是一種容量巨大的公共交通工具，通過該工具可最大限度的緩解城市交通擁堵問題，但由于地鐵長期處于地下環(huán)境工作，且所處空間十分狹小，易造成突發(fā)事故，基于此，本文針對地鐵區(qū)間應急疏散關鍵系統(tǒng)進行如下設計，通過地鐵區(qū)間應急疏散關鍵系統(tǒng)的設計，可有效緩解疏散事件的發(fā)生，并且該系統(tǒng)有利于救援人員及時確定事故發(fā)生的位置，最大限度的減少人員傷亡以及經(jīng)濟損失。

1 地鐵區(qū)間迫停疏散的危害程度分析

1.1 需要進行地鐵區(qū)間疏散的情況

由于地鐵的主要運行環(huán)境處于地下，當?shù)罔F出現(xiàn)設備等方面的故障時，易造成列車脫軌、墜落、分離等現(xiàn)象，該現(xiàn)象的發(fā)生可導致運營線路出現(xiàn)阻塞，此時，工作人員應針對該現(xiàn)象進行疏散，最大限度的降低列車事故對乘客造成的危害，通常情況下，地鐵區(qū)間出現(xiàn)事故時需要疏散的主要情況包括3種，分別是嚴重車輛事故、設備故障以及火災等重大事故，在事故發(fā)生時，應在第一時間針對乘客進行疏散，以免造成更嚴重的損害發(fā)生[1]。

1.2 地鐵區(qū)間迫停疏散的危害程度

當?shù)罔F區(qū)間出現(xiàn)迫停疏散事件時，可造成地鐵區(qū)間不能正常運營，對于地鐵區(qū)間造成較大影響，該影響主要體現(xiàn)在運營中斷、人員受傷、社會負面影響、經(jīng)濟損失等方面，其中運營中斷指的是事故發(fā)生時，由于環(huán)境過于復雜，造成救援時間超過預期時間，從而導致運營中斷。人員受傷指的是列車因事故被迫停止后，乘客出現(xiàn)恐慌，瘋狂敲砸玻璃，造成人員出現(xiàn)受傷現(xiàn)象，與此同時，該現(xiàn)象對于公司財產(chǎn)可造成一定損失。此外，列車迫停事件發(fā)生的主要原因是由于公司未做好事件預防措施，并且未針對受傷的乘客做好賠償，導致乘客向社會曝光公司的負面新聞，對于公司的影響較大[2]。

2 地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)架構設計

2.1 應急疏散系統(tǒng)邏輯架構設計

針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)的邏輯架構進行設計時，主要將該架構分為4層，分別是展示層、應用層、模型層和數(shù)據(jù)層，其中展示層是該系統(tǒng)實現(xiàn)仿真結果的多維展示平臺，為保證展示層可更加清晰的展現(xiàn)出地鐵內(nèi)部環(huán)境狀況，在展示層內(nèi)設置PC端和VR設備端，PC端和VR設備端可為用戶提供多維可視化的疏散空間場景，有利于在地鐵區(qū)間出現(xiàn)事故時，可在第一時間內(nèi)針對乘客進行疏散；應用層主要利用VR技術實現(xiàn)沉浸式觀察，內(nèi)部結構主要包括疏散效果評估、應急預案優(yōu)化、安全行為分析和安全逃生教育；模型層是該系統(tǒng)的核心組成部分，可為系統(tǒng)提供大量數(shù)據(jù)；而數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)成功建立的基礎。

2.2 應急疏散系統(tǒng)功能架構設計

為保證應急疏散系統(tǒng)可穩(wěn)定運行，將該系統(tǒng)的功能分為突發(fā)事件仿真、應急疏散演練、仿真統(tǒng)計分析和可視化展示，地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)功能架構如圖1所示[3]。

圖1 地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)功能架構圖

(1) 突發(fā)事件仿真：該功能可對地鐵區(qū)間的突發(fā)事件進行場景設定。通過對模擬數(shù)據(jù)進行讀取，即可根據(jù)事件所發(fā)生的時間和位置以仿真的形式進行場景重現(xiàn)。對乘客屬性進行配置，充分結合乘客的數(shù)量、期望速度等參數(shù)進行屬性設置。

(2) 應急疏散演練：在功能上可適用于多種場景，根據(jù)相關需求，即可實現(xiàn)對應急疏散場景進行仿真，而用戶可通過該系統(tǒng)對場景仿真和疏散演練等模式進行設定。

(3) 仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：演練完畢后可利用仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能針對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，為滿足地鐵公司針對列車進行運營過程中，對于數(shù)據(jù)的需求，本文主要采用錄屏的方式針對演練過程進行記錄，有利于最大限度的滿足地鐵公司運行安全評估的數(shù)據(jù)需求。

(4) 系統(tǒng)可視化展示：為保證用戶更加直觀的觀察到仿真演練過程及相關數(shù)據(jù)，采用UI界面對系統(tǒng)配置進行可視化設定，使地鐵區(qū)間的演練場景呈現(xiàn)三維漫游狀態(tài)，并通過PC模式將仿真數(shù)據(jù)以圖表的形式進行展示。

3 地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)硬件設計

針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)進行設計時，主要將該系統(tǒng)的硬件部分分為火災報警子系統(tǒng)和區(qū)間應急照明疏散指示子系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，將硬件部分分為多個處理單元，并針對系統(tǒng)硬件單元進行如下設計[4]。

3.1 列車火災探測單元

該單元的主要功能是利用監(jiān)控系統(tǒng)獲取列車內(nèi)的監(jiān)控圖像，通過該圖像的獲取可判斷疏散事件發(fā)生的具體位置以及火災的擴散程度，有利于針對火災情況及時進行救援。針對該單元進行設計時，由IPC作為系統(tǒng)的工控機，MDS2710作為系統(tǒng)的數(shù)字電臺，工控機可為系統(tǒng)提供千兆自適應以太網(wǎng)接口，將該接口與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡交換機進行連接，有利于系統(tǒng)及時根據(jù)火警信息進行處理。由于地鐵列車長期在移動的環(huán)境下工作，而數(shù)字電臺具有良好的性能，可保證該單元的可靠性[5]。

3.2 應急照明控制器單元

該單元的主要功能是為兄臺能夠提供照明指示標，通過照明指示標和形成安全的疏散逃生路線，并將IPC作為系統(tǒng)的工控機、RS-485作為系統(tǒng)的照明控制器，技術指標參數(shù)如表1所示。

表1 技術指標參數(shù)

針對應急照明控制器單元進行設計時，將主機的用電源定為DC12 V，該主機的功耗為10W，為給用戶提供更好的視覺效果，選用17寸的屏幕作為主機顯示器，而AC/DC電源的輸入電壓為市電電壓，輸出電壓為支流12 V并采用RD-M作為系統(tǒng)的微型打印機，應急照明控制器硬件組成框圖如圖2所示[6]。

圖2 應急照明控制器硬件組成框圖

3.3 分配電裝置硬件設計

分配電裝置的主要功能是實現(xiàn)對應急照明燈具的控制和狀態(tài)檢測，為保證分配電裝置的穩(wěn)定運行，將總線模塊作為該系統(tǒng)的核心，通過總線模塊可針對應急燈具的故障情況進行實時上傳，而該模塊主要由微控制器、電路等部分組成。

3.4 應急燈具硬件設計

通常情況下應急燈具主要包括照明燈和標志燈兩種，針對應急燈具進行設計時，可將HY-BLJC作為系統(tǒng)的應急標志燈，并將HY-ZFJC作為應急照明燈具，該燈具的工作電壓為DC24 V，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，使應急照明燈具備巡檢、常量和滅燈功能，而應急標志燈具有巡檢、常亮、頻閃等功能。

4 地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)軟件設計

4.1 列車火災探測報警軟件設計

為保證應急疏散系統(tǒng)具有較強穩(wěn)定性，可針對列車火災探測報警軟件進行設計，列車火災探測報警軟件的實現(xiàn)主要利用LabVIEW技術，并結合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢，以圖像處理的方式針對軟件進行設計，為保證列車火災探測報警軟件的穩(wěn)定運行，將軟件按照功能劃分為圖像獲取、處理以及串行通信模塊，列車火災探測報警軟件結構[7]如圖4所示。

圖3 列車火災探測報警軟件結構圖

圖4 分配電裝置檢測軟件流程圖

4.2 應急照明控制器軟件設計

為保證該系統(tǒng)具有一定聯(lián)動性，針對應急照明控制器軟件進行設計時，采用C/S結構進行設計，此外，應急照明控制器軟件在運行過程中的功能主要包括：燈具運行狀態(tài)瀏覽、分配電裝置管理、總線模塊管理、集中電源管理以及應急照明控制管理。

4.3 分配電裝置軟件設計

針對分配電裝置軟件進行設計時，將該軟件分為總線模塊和分配電裝置檢測兩部分，其中總線模塊選用C語言針對芯片進行編程，為實現(xiàn)應急疏散系統(tǒng)之間的通訊功能，選用RS-485接口和應急照明控制器之間形成連接，而燈具部分與H-MBUS串行總線形成數(shù)據(jù)通訊，總線模塊軟件實時上傳燈具的狀態(tài)信息至應急照明控制器，應急照明控制器成功接收到信息后，向燈具發(fā)送控制指令。分配電裝置檢測軟件可針對應急疏散系統(tǒng)進行檢測與調(diào)試，通過該軟件可實現(xiàn)控制指令的發(fā)送，分配電裝置檢測軟件流程如圖5所示[8]。

5 地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)仿真測試分析

通過上述設計可知，地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)可在列車出現(xiàn)事故時及時報警，此外，地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)可針對列車進行智能管理，有利于維持地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，具有重要作用，為驗證地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)的可行性，本文針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)進行仿真測試，以此驗證該系統(tǒng)的可靠性。

5.1 系統(tǒng)設備基本功能測試

針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)的基本功能進行測試時，本文主要針對系統(tǒng)的分配電裝置進行研究，其調(diào)試項目包括通信測試、設備運行狀態(tài)測試以及聯(lián)動功能測試，測試流程主要包括如下4個步驟。

(1) 首先將分配電裝置中的電源輸入以地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)中的通信線進行連接，連接完畢后，應及時確定連接是否無誤，在保證電源連接無誤后，可向地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)內(nèi)通入電流。

(2) 電源通入完畢后，應啟動計算機上的分配電裝置軟件，并利用計算機針對該裝置進行參數(shù)設置，參數(shù)主要包括串口選擇、設備通信地址、編號以及測試人員等，參數(shù)設置完畢后可點擊計算機界面的“連接”按鈕，以此保證軟件的通信功能，地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)處于通信狀態(tài)時，指示燈為綠色。

(3) 保證系統(tǒng)通信處于正常狀態(tài)時，應按照軟件界面的提示內(nèi)容進行逐項測試。

(4) 針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)進行調(diào)試后，計算機界面出現(xiàn)“生成報表”字樣，點擊即可將調(diào)試結果進行記錄或輸出[9]。

5.2 系統(tǒng)仿真模擬測試分析

為保證地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)可穩(wěn)定運行，本文針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)進行仿真模擬測試，該測試主要針對系統(tǒng)中的探測火災和火災報警功能是否具有準確性和實時性，針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)進行測試之前，應保證系統(tǒng)內(nèi)的設備處于正常運行狀態(tài)，測試過程中首先應設置三個著火點，分別位于車頭部、中部以及尾部，利用該系統(tǒng)時刻監(jiān)測火災發(fā)展情況，并將火災發(fā)生的位置信息上傳至控制器，通過控制器生成應急疏散方案，工作人員可根據(jù)系統(tǒng)的指示燈及時救援。通過系統(tǒng)仿真模擬測試可知，該系統(tǒng)可在60 s內(nèi)生成應急疏散預案，滿足地鐵區(qū)間的應急救援需求[10]。

6 總結

本文主要針對地鐵區(qū)間迫停疏散的危害程度進行分析，通過分析可知，若地鐵區(qū)間出現(xiàn)疏散事件，可對地鐵公司造成不同程度的影響，不利于地鐵的穩(wěn)定運行，與此同時，地鐵出現(xiàn)疏散事件可造成不同程度的人員傷亡，基于此，針對地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)的架構、硬件組成以及軟件組成進行實現(xiàn)，為保證地鐵區(qū)間應急疏散系統(tǒng)可順利運行，通過仿真測試實驗驗證系統(tǒng)的可靠性，結果表明，該系統(tǒng)符合地鐵區(qū)間的應急救援需求，在60 s內(nèi)即可生成預案。