城际轨道交通行车安全保障体系研究

城际轨道交通行车安全保障体系研究 摘 要：基于城际轨道交通行车安全需求，本文提出建立基于信息技术的城际轨道交通行车安全保障体系。重点论述了城际轨道交通行车安全保障体系的框架结构、内容、功能模块、信息处理模式以及共用信息平台，为保障城际轨道交通系统安全高效运行提供了构思框架。1 引言 城际轨道交通系统是指服务于城市客运交通，通常以电力为动力，轮轨运行方式为特征的车辆或列车与轨道等各种设施的总和。它具有运能大、速度快、安全准时、成本低、节约能源、以及能缓解地面交通拥挤和有利于环境保护等优点。但是由于城际轨道客流密集、运输作业繁忙，如何高效、有序的对城际轨道交通系统的管理，保证行车安全，实现快速、高效、安全的优质服务，将成为我们首要面临的问题。本文基于城际轨道交通行车安全的需要，提出建立城际轨道交通行车安全保障体系。城际轨道交通行车安全保障体系是以计算机技术、信息网络技术和安全系统工程理论为基础的行车安全基础信息采集、信息增值处理、实时化安全分析、智能化安全决策系统。2 行车安全保障体系框架结构及内容 城际轨道交通行车安全保障体系是针对城际轨道交通行车安全影响因素所采取的所有控制手段的有机结合，它是以管理人员作为控制者，以行车安全人、车、环境三个子系统作为被控对象的控制系统，从本质上讲城际轨道交通行车安全保障体系是一个以“管理”为中枢，“人”为核心、“车”为基础、“环境”为条件组成的总体性的以保障城际轨道交通行车安全为目标的人车环境系统。从管理对象的角度出发，可以将城际轨道交通行车安全保障体系划分为不同层次的两个子系统：安全综合管理子系统和安全对象管理子系统。安全对象管理子系统分为人员安全保障子系统、设备安全保障子系统和环境安全保障子系统。城际轨道交通行车安全保障体系框架结构如下图所示（图1）。1）安全综合管理子系统 城际轨道交通行车安全管理包括对人的安全管理、设备的安全管理和行车环境的安全管理。城际轨道交通行车安全综合管理子系统不是单独对人的安全管理、或者单独对设备的安全管理、对环境的安全管理。它是对城际轨道交通系统总体的安全管理，是凌驾于人、机、环境之上，又渗透于其中的安全管理。从功能上看，城际轨道交通行车安全基础管理起着系统软件的作用，它既是城际轨道交通行车安全保障体系的一个子系统，又对整个城际轨道交通系统的行车安全起着控制、监督作用。城际轨道交通行车安全保障体系的安全管理子系统主要功能有（1）收集、记录、整理、传输、存储行车安全信息；（2）进行城际轨道交通系统行车安全分析、评价；（2）行车安全管理决策支持。2）人员安全保障子系统 城际轨道交通行车安全依赖高效、安全、可靠的人的行为，在城际轨道交通行车工作的每个环节、每项作业中，都是由人来参与并处于主导地位，人操纵、控制、监督设备状态，完成各项作业，与环境进行信息交流，与其它作业协调一致。大量事故统计表明绝大多数事故的发生与人的不安全行为有关。影响城际轨道交通行车安全的人的因素包括行车系统内部人员和旅客等。人员安全保障子包括直接安全保障和间接安全保障。直接安全保障通过对城际轨道交通相关工作人员进行行车安全教育培训，提高行车安全素质。间接安全保障是指通过对城际轨道交通行车安全相关工作人员的工作状态进行实时动态监测，针对不同作业环境，进行相应的劳动安全管理。人员安全保障子系统通过行车安全相关人员实时状态监控，保障不因人为因素导致城际轨道交通事故的发生。人员安全保障子系统的主要功能有（1）行车相关工作人员工作状态实时动态监控；（2）劳动安全评价分析。3）设备安全保障子系统 城际轨道交通运输设备是除人以外，影响系统安全的另一个重要因素。运输设备的好坏，不仅影响整个城际轨道交通系统的效率和效益，而且对行车安全起着重要作用。影响城际轨道交通行车安全的设备因素主要有行车安全基础设备（例如线路、桥梁、机车、信号设备等）以及行车安全技术设备（例如行车安全监测设备等）。 设备安全保障子系统的主要功能是通过行车安全设备运行状态实时动态监控，采集设备实时动态运行数据，为城际轨道交通系统安全管理提供决策支持，使设备因素对城际轨道交通系统安全降低到最低限度。4）环境安全保障子系统 影响城际轨道交通行车安全的环境因素主要有作业环境和自然环境。环境安全保障包括作业环境安全保障和自然环境安全保障两部分。作业环境安全保障 通过对行车作业人员作业空间的温度、湿度、照明、噪声等作业环境指标进行实时动态监测，保障作业人员具有良好的作业环境。自然环境安全保障 通过对车站及区间的通风、空调、给排水、照明、自动扶梯等设备状态以及气候环境等进行动态监测，以便对设备的不良状况以及自然环境的不良状况作出及时和适当地反应，保障城际轨道交通系统具有安全的自然行车环境，旅客具有舒适的乘车环境。 环境安全保障子系统主要功能是通过对影响城际轨道交通行车安全的作业环境和自然环境进行动态实时监控，获得各项环境指标的实时动态数据，为系统安全管理提供决策参考，以降低环境因素对城际轨道交通行车安全的影响，提高系统运行的可靠性。3 城际轨道交通系统行车安全保障体系模块分析 城际轨道交通行车安全保障体系采用模块化逻辑结构，各模块间采取纵向横向联系结合方法实现安全多维制约机制，并在此基础上进行信息共享。城际轨道交通行车安全保障体系从逻辑上分为三个模块：行车安全决策分析模块、行车安全控制模块、行车安全信息监测模块。1）行车安全决策分析模块 行车安全决策分析模块主要功能是进行城际轨道交通行车安全的决策分析，为城际轨道交通系统行车安全规划、管理，政策制定等方面提供决策支持。行车安全决策分析模块包括三个子系统：行车安全信息管理系统、行车安全信息分析系统、行车安全辅助决策支持系统。（1）行车安全信息管理系统：负责城际轨道交通行车安全保障体系信息数据处理工作，将信息监测模块采集的数据加工组织形成信息，将信息提炼形成知识。其功能包括行车安全信息收集、处理、存储、共享及信息发布等。（2）行车安全信息分析系统：从行车安全信息系统中获取行车安全信息数据，负责行车安全宏观数据分析工作。从安全系统工程、系统可靠性、安全评价以及事故预测等角度分析行车安全信息，进行行车安全评价，为城际轨道交通行车安全管理提供决策数据。（3）行车安全辅助决策支持系统：根据行车安全信息系统的安全信息数据和行车安全分析系统的分析结果，结合行车安全历史数据信息和安全专家决策模型制定行车安全辅助决策方案，为安全管理人员提供决策支持。2）行车安全控制模块 根据行车安全分析决策模块以及行车安全信息监测模块的数据信息，进行城际轨道交通行车安全控制。3）行车安全信息监测模块 该模块是行车安全基础数据采集模块，是行车安全信息管理系统信息以及分析系统运行的基础，一般为三层结构，即数据采集单元、数据接收单元、数据处理/输出单元。城际轨道交通行车安全信息监测模块由以下监控系统所组成。（1）列车运行状态实时监控系统 主要是负责对列车运行状况进行实时监控，以获得列车运行的各种参数。（2）牵引动力设备实时状态监控系统 主要是保证控制中心对城际轨道交通供电系统的供电设备的运行状态进行监测及数据采集。（3）线路设备实时监测系统 主要负责对线路、桥梁、隧道等线路设备进行实时监控，以采集线路设备的实时动态安全数据。（4）信号设备实时监控系统 主要负责对车站进路信号、区间通过信号设备的运行状况进行监控，采集信号设备动态运行数据。（5）环境监控系统 负责对车站及区间的通风、空调、给排水、照明等设备、作业环境、自然环境进行动态监测。（6）闭路电视监控系统 负责向城际轨道交通行车安全有关的工作人员（列车调度员、公安指挥人员、车站行车人员及司机）提供城际轨道交通系统车站各个部位列车停靠、启动、车门关闭、客流以及安全状况等方面的现场实时图像数据信息。（7）作业人员工作状态监控系统 负责对行车作业人员实时工作状态进行监测。图2 为城际轨道交通行车安全保障体系逻辑结构图。4 城际轨道交通行车安全保障体系共用信息平台1）安全信息需求 城际轨道交通行车安全保障体系的安全、高效运行依赖安全信息监测模块采集的数据：列车运行状态参数数据、牵引动力设备实时运行数据、信号设备运行状况数据、线路设备监控系统提供的线路设备运行状况的监控数据、环境监控系统提供的环境指标数据、闭路电视监控系统提供的车站实时状况信息以及相关行车作业人员的安全信息。 2)安全信息处理模式 城际轨道交通行车安全保障体系各子系统对于数据需求呈现以下特点：（1）基础数据采集的共享性 城际轨道交通行车安全保障体系的良好运行依赖行车安全信息监测模块采集的行车安全基础信息数据。（2）现状数据与历史数据积累的需求差异 各个子系统对数据的时间要求存在着一定的需求差异，比如各个监控系统关注的是现状信息以及有关设备以及工作人员的状态的实时的、动态的信息，而行车安全分析系统以及辅助决策支持系统等关注的是积累的系统行车安全信息的历史和现状数据的结合。（3）数据详细程度的需求差异 系统的信息管理模块需要提供的数据要相对简单，而决策分析模块所需要的行车安全数据信息要详细的多，为此城际轨道交通行车安全保障体系应当采用共用数据详细程度层次方法，来满足不同的数据服务需求。 城际轨道交通行车安全信息数据采用分级处理模式，其分析处理层次依次为：数据采集层、初级处理层、隐患分析层、决策分析层、全局分析层。行车安全保障体系采取安全数据信息逐层数据行车安全分级控制的处理模式。各处理层功能和任务如下：（1）数据采集层 数据采集层负责城际轨道交通行车安全保障体系信息数据的实时动态采集。（2）初级处理程 初级处理层负责将实时采集的数据进行初步过滤，根据内置的处理模块过滤出有价值的数据，为其他层次的数据处理提供数据共享服务。（3）隐患分析层 隐患分析层在初级处理层的处理结果基础上，运用安全系统工程等相关理论和模型对数据的安全性进行分析，逐一给出其安全指标，然后搜索其中安全度最差的数据作为隐患数据。 形成城际轨道交通行车安全第一级控制，同时为决策支持层信息处理提供数据支持。（4）决策支持层 决策支持层结合上述两层的处理结果，运用专家决策支持系统提出改进安全生产的措施和建议，为城际轨道交通行车管理部门的安全政策、管理措施提供辅助决策，形成城际轨道交通行车安全的第二级控制（5）全局分析层 全局分析层从整个城际轨道交通系统安全的角度，结合相关政策法规，分析城际轨道交通系统安全发展趋势，提供决策与效果的相关性分析，形成城际轨道交通行车安全第三级控制，为最高决策提供支持信息。下图为城际轨道交通行车安全信息处理模式（图 3）：3)城际轨道交通行车安全保障体系共用信息平台 城际轨道交通行车安全保障体系安全信息数据从数据源角度可以划分为：原始采集数据、初步分析数据、辅助决策数据和全局安全数据；从数据性质可以划分为：安全信息数据、一般信息数据、隐患信息数据、危险信息数据和事故数据。城际轨道交通行车安全保障体系各子系统在直接通讯情况下，存在以下问题：在各子系统直接进行数据信息传送的情况下，存在系统共用信息数据缺乏明确的数据维护责任，数据的统一性难以保证，系统接口设计受到其它子系统功能要求的牵制等问题。为此城际轨道交通行车安全保障体系采用共用信息平台的方式进行系统共用信息的管理和维护：城际轨道交通行车安全保障体系共用信息平台担负系统共用信息的中转的职责和任务，各承担信息数据采集的子系统按照一定的系统规则将共用信息发送给共用数据平台，由系统共用信息平台进行规范化处理后加以存储，根据需求规则或各功能子系统的请求，采用规范化格式将数据信息发送出去，采用共用信息平台后的城际轨道行车安全保障体系的数据流如下（图4）： 城际轨道交通行车安全保障体系共用信息平台的确切含义是对整个城际轨