城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真

城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真作者：常力元柴永何晶赟孙炜庆指导老师：徐瑞华教授专业：同济大学交通运输工程学院2006年5月交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-1-目录序………………………………………………………………21城市轨道交通安全管理及故障处置系统…………………31.1城市轨道交通安全管理体系…………………………………41.2城市轨道交通故障处置体系…………………………………41.3城市轨道交通故障处置预案的基本内容………………………51.4城市轨道交通故障处置预案的基本形式………………………62系统仿真与虚拟现实…………………………………………72.1系统仿真…………………………………………………72.2虚拟现实…………………………………………………73系统开发……………………………………………………83.1地铁车站模型概述…………………………………………93.2上海市轨道交通中山公园站………………………………103.3开发过程………………………………………………103.4系统扩展…………………………………………………143.5功能描述…………………………………………………15结语……………………………………………………………17致谢……………………………………………………………17交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-2-摘要：分析了轨道交通的安全形势，世界各国轨道交通的故障处置以及轨道交通安全管理系统和故障处置系统，在此基础上提出并开发了城市轨道交通系统故障处置预案的车站虚拟现实仿真系统。目的是为了优化轨道交通故障处置预案和预案管理系统，从而降低故障损失，提高运营安全。关键词：故障处置预案故障处置预案的管理系统虚拟现实系统仿真序目前我国正处于轨道交通建设的繁荣时期，截至2005年6月，北京、上海、广州、深圳、武汉、天津、南京、重庆、长春、大连等10个城市已建成轨道交通420公里，其中地铁线路运营里程约为293公里。以上海市为例，上海市已经投入运营的轨道交通线路有5条，分别为1、2、3、4、5号线，运营里程为123公里。按照轨道交通基本网络规划，到2007年底将要建成8条线路，运营里程230公里，到2010年轨道交通将建成11条线路，运营里程达到400公里，而到2012年将建成510公里的轨道交通基本网络。届时将承担全市40％左右的公交客流量。根据轨道交通远景网络规划，到2020年，上海最终将形成17条线路、总长780公里的轨道交通远景网络。届时的轨道交通网将包括市域快速线4条、市区地铁线8条、市区轻轨线5条。中心城范围内轨道交通线路达到480公里，线网密度0.73公里/平方公里，车站密度0.57座/平方公里，11个新城均有轨道交通与中心城相连接。轨道交通将成为市民的主要交通工具。然而，作为高密度、大流量的公共交通方式，轨道交通在解决城市交通拥堵问题的同时，将同时带来人流的聚集，其运营过程中的安全问题也突显出来。从地铁交通安全的国际形势和国内运营的现状来看，我国地铁交通的运营安全还有很多工作要做。还以上海为例，2010年将举办世界博览会,预计到时每天的地铁客流量将达到500万人次。地铁交通运营安全管理还任重道远。城市轨道交通安全设计因素众多，无论在设计阶段、施工阶段还是运营阶段，都隐含着触发事故的潜在条件，再加上事故呈现多样性、复杂性，以及城市轨道交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-3-交通组织专业性强、技术设备复杂、客流量大、日周期性强、高峰低谷落差显著、时效性强等特点，使得解决城市轨道交通安全问题成为一项严峻的课题。在解决的过程中，故障预防和故障处置是两个基本部分。无论是预防还是处置，预案都是核心的组成。目前，我国的城市轨道交通故障处置预案的表现形式还较为单一，直观性较低，直接影响了可执行性。因此,有必要对现有的城市轨道交通系统故障处置预案及其管理系统进行分析并加以优化，以提高地铁的运营安全。1城市轨道交通安全管理及故障处置系统把轨道交通作为一个大系统进行分析，可把人、设备、环境3个因素作为事故发生的直接原因，而管理缺陷是造成事故的间接原因。这4种因素和事故发生存在着必然的逻辑关系，借助事故树中的条件或门，运用布尔代数原理可写出如下公式：1234121314()TXXXXXXXXXX=++=++式中，T———事故；1X———事故的管理原因；2X———事故的人为原因；3X———事故的设备原因；4X———事故的环境原因。由上述公式看出：事故发生的原因可归结到管理、人为、设备和环境四大因素。而管理因素随时随地制约着其他3种因素，管理原因或管理原因与上述任何一种原因结合，都会引起事故的发生。换句话说，只要管理上存在着缺陷、不善、混乱或失误，就会直接导致事故发生或导致人的不安全行为、设备的不安全状态和环境的不安全因素存在，进而引发事故，可见管理缺陷是诱发事故的关键原因。因此，在事故、故障发生的第一时间轨道交通运营管理人员能忠实履行处置预案成为能否最大可能减轻损失的决定因素。因而故障处置预案的管理系统的优化就成为重要的一环。交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-4-1.1城市轨道交通安全管理体系从管理的角度来看，安全管理是个多层次的分级管理系统。安全管理系统的运行，除自身的控制系统外，首先必须有一个能从组织上、制度上给以保证的保证系统，它是整个系统得以运行的前提和保障；此外，鉴于现代安全管理系统多层次、多回路、多环节的特征，在安全管理系统内部和安全管理系统与生产系统之间，必须具备一定的信息反馈渠道，要求信息传递及时、准确。因此，还必须有一个能全面、及时而准确地获取各种决策所需的信息、对实施情况能迅速反馈的信息系统。所以，轨道交通安全管理体系应由保证系统、控制系统和信息系统构成。在这三个系统中，保证系统为整个管理工作提供组织保证和制度保证，是该体系运行的前提和根本。控制系统是整个管理工作的核心，是实现有效管理的关键环节，在整个管理体系中处于中心地位。信息系统是用来进行信息的收集、加工、转换并利用信息进行预测和控制的，是整个安全管理工作的基础。对于现代轨道交通安全管理系统来说，安全信息系统有着特别的意义。信息系统应及时、准确、有效地搜集、传递安全信息，供各级管理人员和公司领导进行管理和决策；应建立隐患控制、安全责任、安全统计分析、事故管理、安全档案管理子系统，以提高工作效率和工作质量，保证安全管理体系的有效运作；应建立计算机安全评价、分析辅助系统，使安全评价科学化；应实现安全管理办公自动化，使工作流程规范化、制度化；应建立应急预案数据库、安全文件和事故案例数据库，为应急管理提供信息，增加预测预防能力。1.2城市轨道交通故障处置体系故障处置预案的管理系统是整个轨道交通信息系统中的一个部分。涉及到包括乘客、轨道交通工作人员、外部救援人员的人员机制；包括故障处置、乘客转移和疏散、乘客救援、网络运营的线路调整的应急机制；还包括了信息采集、信息发布的公共机制等诸多方面。城市轨道交通故障处置管理体系是基于救援预案机制、行动预案机制、快速响应机制及整合救援机制等建立起来的一套管理体系（见图1）。在这套体系中，救援预案属于预案管理；行动预案属于基于救援预案并结合实际故障的行动方案；快速响应属于包括支持中心、信息发布在内的保障系统；整合救援则属于指挥中心系统，负责实际救援行动及系统的恢复。交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-5-1.3城市轨道交通故障处置预案的基本内容1．预案准备。包括发现预测任何可能出现的故障类型及其影响程度；制定发生故障后的反应行动，提高准备程度；确保系统在发生故障情况下，做到准备充分和通讯通畅，保证决策和反应过程有条不稳；保证人员进行培训和演习，定期更新应急预案和重新评价其有效性。2．救援系统。应急救援系统从功能上讲，可由应急指挥中心、故障现场指挥中心、支持保障中心、媒体中心和信息管理中心等5个运作中心组成。要做到快速、有序、高效地处理故障（城市轨道交通故障处置运作程序见图2）。3．救援预案。救援预案包括应急资源的有效性、组织和利用；故障的评估程序；指挥、协调和反应的组织结构；通报和通讯联络的程序；应急图1城市轨道交通故障处置管理体系图2城市轨道交通故障处置运作程序交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-6-反应行动（包括故障控制、防护和救援行动）；培训和演习及救援预案的维护。4．培训演习。目的是测试救援预案的充分程度；测试应急培训的有效性和队员的熟练性；测试现有应急装置和设备供应的充分性；提高与现场外应急部门的协调能力；通过训练来识别和改正救援预案缺陷。5．救援行动。一个完善的救援体系应能在故障发生时及时调动并合理利用应急资源投入救援现场，针对故障的具体情况，选择适当的对策和行动方案，从而能及时有效地进行应援行动，使伤害和损失降低到最低程度和最小范围，并在最短时间内控制故障。6．系统恢复与善后。通常情况下，重要的恢复活动包括事故现场清理、恢复期间的管理、事故调查、现场的警戒与安全、安全和应急系统的恢复、人员的救助、法律问题的解决、损失状况的评估、保险与索赔、相关数据收集、公共关系等。1.4城市轨道交通故障处置预案的基本形式自从1863年1月世界第一条地铁在英国首都伦敦开通以来，城市轨道建设逐渐成为世界各国城市交通发展的重心。城市轨道交通故障处置预案也随之日益受到人们的关注。纵览世界各国的城市轨道交通故障处置预案，其形式主要有以下几种：1．文本形式。正如其它类型的故障处置预案，文本形式是最为普及的形式。在文本中，编制目的和各种具体的故障处置预案是其主要内容。涉及各种设备的使用、乘客的疏散和转移、网络中其它线路工况的转变、外部救援行动的展开等。给出了发生故障时每一任务的实施细节，为各个人员和部门提供履行预案中规定的职责和任务。还包括了消防设施分布、疏散线路、医疗单位分布、交通管制范围等在内的详细的图纸。近年来，随着计算机的普及和应用，文本更多情况下是以电子版的形式储存在计算机中，供轨道交通工作人员学习、培训。但不论是纯文本还是电子版的形式，文本预案内容的繁多严重制约着工作人员的学习和培训工作，如果再加上外部相关救援机构的对应处置预案，其内容更加多了。而这就为故障合理处置埋下了隐患。2．多媒体形式。多媒体形式是近年来各个国家和轨道运营公司日益重视，正在或已经开发并逐步应用的一种形式。运用文字、音像、图片等形式集中存储交通规划设计大赛作品城市轨道交通系统故障处置预案的研究与仿真-7-各种法规规章、运营管理规程、故障处置预案，这种形式在查询检索、修改更新、资源共享、学习培训方面相对传统形式有着绝对的优越性。例如，从1998年起巴伦西亚开始研制安全办公系统改进应急预案，以超媒体技术的运用改善巴伦西亚公共交通安全。包括两种主要方式：一是引进新型的超媒体工具，尤其是电视和3D动画，提供十分完善的运输网络，特别是安全和设备。二是以代替文本为基础，降低文字内容,代之以流程式图形程序说明，按超媒体与欧洲议会的文件，利用每一步的超媒体导航以找到更快的、资料明显减少的应急措施。其中，水陆地图的文件还包括所有车站、隧道、地面铁路及相关安全设施的详细说明。其优越性正日益体现出来。2系统仿真与虚拟现实2.1系统仿真系统仿真是一种实验技术，以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学理论和优化理论为基础，以计算机为工具，为一些具有不确定性因素的现实系统或未来系统创造一种计算机实验环境。使系统的未来性能测度和长期动态特性能在相对短的时间内在计算机上实现。从过程来看，系统仿真是通过对所研究系统的认识和了解，抽取基本要素和关键参数，建立与现实系统对应的仿真模型。经过模型确认和仿真程序检验，在仿真试验设计的基础上，对模型进行仿真试验，以模拟系统的运行过程，观察系统的动态规律，并通过数据采集和统计分析，得到仿真系统参数的统计特性，据此推断和估计系统的真实参数和性能测度，为决策提供辅助依据。由于系统