市域轨道交通一体化监测预警系统的构建

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 611756）

1 引言

目前，我国正处于大力发展城市轨道交通基础设施建设阶段，轨道交通的线路建设规模不断扩大，但是长期以来，我国的轨道交通部门独立运作和经营，各种交通运输方式之间缺乏良好的综合规划、建设和联系。为满足居民的出行需求，减少出行的换乘次数以及出行的时间消耗，使各种交通运输制式之间形成相互协调、资源共享的综合交通运输网络，构建市域轨道交通一体化已成为交通运输发展的必然趋势[1]。

市域轨道交通一体化是指通过统一的科学规划、设计、建设以及运营，在整个市域范围内的所有轨道交通运输系统之间形成接驳有序、分工合理、资源共享的一种一体化轨道交通运营模式。随着各大城市轨道交通进入网络化运营时代，为了确保轨道交通能够安全、健康和可持续发展，实现大都市市域范围内各制式轨道交通之间安全运营，预防灾害发生，提高应急处理能力，降低灾害影响，本文将根据对市域轨道交通一体化致灾因素的分析，构建市域轨道交通一体化监测预警系统。

2 市域轨道交通一体化致灾因素分析

2.1 灾害的概念及特征分析

2.1.1 灾害的概念。市域轨道交通一体化灾害是指任何可危害一体化系统正常运营活动并对运营秩序和社会公共安全造成灾难性后果的事件。市域轨道交通一体化在运营过程中主要有三种风险状态:干扰状态、危机状态以及突发灾害事件。其中，干扰状态下，影响系统正常运行，未造成损失或损失很小，一般很难察觉，属于非正常运营状态；危机状态下，造成系统停滞或出现重大问题，并且造成部分损失，社会公众可察觉，属于非正常运营状态；突发灾害事件情况下，已经对系统造成破坏，并且造成巨大损失，影响范围广，路人皆知，系统在该情况下进入紧急运营状态。这三种情形在时间、空间和影响程度的发展上具有蔓延性、可转换性、连锁性和耦合性，分别对应三个安全管理中的层次，干扰管理、危机管理和应急管理[2]。

2.1.2 灾害的特征分析

（1）灾害发生的突发性和不确定性。市域轨道交通一体化灾害的发生是突然的，是无法预见或缺乏充分准备的。在现实情况下，有些灾害的发生可能存在着迹象和预警，但由于灾害的发生是多种基本事件（诱发因子）综合作用的结果，许多基本事件的发生是随机的，因此无法准确预测灾害发生的时间、地点以及条件。

（2）灾害成因的复杂性。为了实现市域轨道交通一体化的正常运行，需要包括数十种专业设备系统，如通信系统、AFC（自动售检票系统）、牵引供电系统、SCADA（电力监控系统）等。这些系统之间相互连锁、相互制约。因此，一旦某个节点发生事故，可能会引发各系统之间连续性的故障，从而导致系统整体瘫痪。灾害成因的复杂性体现在此，因此无法通过采取单项措施预防市域轨道交通一体化系统的灾害发生，必须从宏观上进行全方位的综合防治。

（3）灾害的衍生性。衍生性主要表现在由原始突发灾害事件发生而引发其他类型的灾害事件。由于灾害引发的衍生性主要有两种情况：一是衍生出的灾害事件危险程度和影响程度比原生突发事件低，需按原应急管理对策处理；二是衍生出的灾害事件危险程度和影响程度比原生突发事件高，需改变应急管理对策。一般，第二种情况是在控制不住原生突发事件的影响情况下发生。

（4）灾害后果的双重性。市域轨道交通一体化灾害的后果包含两个方面：一是灾害在客观上造成生命和财产的损失；二是灾害发生后对社会公众心理上的影响。市域轨道交通一体化系统是大量人流聚集的地方，一旦发生灾害，会造成生命和财产的巨大损失，并且会对人们的思想、心理以及行为产生广泛的影响。

（5）灾害有一定的可预防性。任何事故必有原因，通过控制事故发生的“因”，预防事故发生的“果”。充分发挥人的主动性，及时纠正人的失误以及机械设备的故障，可在一定程度上避免灾害发生。但系统处在不断变化、更新、完善的动态过程中，无法绝对避免事故的发生，因此，市域轨道交通一体化是可以预防灾害发生的，或者能最大限度地减少灾害造成的损失。

2.2 致灾因素分析

致灾因素是可能导致人身伤害、财产损失、环境破坏等的危险因素。对于市域轨道交通一体化的监测预警系统而言，识别和分析致灾因素，从而控制灾害的发生和影响程度是该系统的目标之一。

本研究将影响市域轨道交通一体化正常运行的致灾因素分为四类：人、设备、环境和管理。其中，人、设备和环境是导致事故发生的直接原因，管理缺陷是导致事故发生的间接原因[3]。这四种因素与灾害事件的发生之间存在着必然的逻辑关系。通过事故树原理，可运用布尔代数原理建立公式：

其中，Y—灾害事件；

X1—管理因素；X2—人为因素；X3—设备因素；X4—环境因素。

由公式（1）可以看出，这四种因素中的任何一个出现问题，都将造成事故发生，并且管理因素与其他三种因素相互制约。管理是控制和协调手段，协调人、机、环境之间的相互关系，管理产生的效果是由“人—机—环境”系统整体的运行情况表现出来的，因此，管理是与“人—机—环境”系统属于同一层次的因素，如果管理上存在缺陷或混乱，有可能使致灾因素之间相互作用并导致事故，由此可见，管理因素是导致事故发生的关键因素，加强市域轨道交通一体化中的管理是整个一体化系统安全运营的重要保障。

管理因素、人为因素、设备因素以及环境因素这四种因素之间的作用方式、过程以及他们之间的相互关系，决定了市域轨道交通一体化系统中安全事故发生的时间、强度以及危害程度。因此，想要探寻市域轨道交通一体化系统安全事故发生的规律从而对事故进行预警、预控的前提，主要是对市域轨道交通一体化系统安全事故的成因机理进行系统化的背景解释以及过程分析[4]。

2.2.1 人为致灾因素分析。人是市域轨道交通一体化系统安全运营的主体，是整个系统中最积极、最活跃以及最主动的影响因素。市域轨道交通一体化系统运营过程中的任何一个环节以及各项工作都是由人参与并主导的，通过操纵、控制和监督各种设备的正常运行，可以确保所有工作顺利完成。

影响市域轨道交通一体化安全运营的人为致灾因素分为两类：工作人员因素和乘客因素：

（1）工作人员因素：①专业技术能力，主要包括技术知识、技术能力等；②个人因素，主要包括生理因素（健康状况、疲劳程度、辨识功能缺陷等）和心理因素（工作压力、情绪异常等）；③思想道德素质，主要包括职业道德、安全观念等；④不按规章制度操作；⑤工作人员之间配合不当等。

（2）乘客因素：主要包括健康状况，从众行为的消极影响（由于从众心理引发的拥挤以及情绪失控），乘客擅自携带易燃、易爆、有毒等危险品，乘客之间发生冲突等。

2.2.2 设备致灾因素分析。市域轨道交通一体化系统中的设备是除了人以外影响其安全运营的另一重要物质基础。其致灾因素分为两类：站内设备和轨道线路设备。

（1）站内设备：主要包括设备和设施缺陷（如设备稳定性差、控制器缺陷、易燃易爆等）、防护缺陷（如无防护或错误防护等）、供电系统危害（如带电部件外露、漏电等）、通风系统缺陷、信号系统缺陷（如通信设备故障、无信号设施、信号传输故障等）、电扶梯系统故障等。

（2）轨道线路设备：主要包括信号系统故障、轨道故障、车辆故障、线路供电不足等。

2.2.3 环境致灾因素分析。环境致灾因素是指影响市域轨道交通一体化系统正常运营的人工环境、自然环境以及社会环境。

（1）人工环境致灾因素：主要包括工作场所人为形成的作业环境（如工作场所的温度、湿度、亮度、噪音等）。

（2）自然环境致灾因素：主要包括季节因素、气候因素、时间因素、不良地质条件因素（如积水、有害气体堆积等）、自然灾害（如地震、断层滑坡、地面塌陷等）。

（3）社会环境致灾因素：主要包括社会政策环境和经济环境；恐怖分子行为（如放毒、空袭、爆炸、纵火等）。

2.2.4 管理致灾因素分析。在市域轨道交通一体化系统灾害的致灾因素中，管理因素是直接控制灾害程度大小以及损失大小的关键因素。管理对安全的影响反映在安全管理失误或由各种致灾因素影响造成的安全管理波动中。安全管理失误指管理行为无法实现管理目标的行为过程。安全管理波动是指安全管理系统失去其功能并导致秩序混乱的状态。

市域轨道交通一体化系统管理致灾因素包括：①安全组织因素（主要包括安全计划、方针目标以及行政管理等）；②安全法制因素（主要包括运营法制法规、各项规章制度和作业标准等）；③安全信息因素（主要包括指令信息、动态信息以及反馈信息等）；④安全技术因素（主要包括安全管理办法和安全技术设备等）；⑤安全教育因素（主要包括工作人员安全培训以及对外安全知识宣传等）。

3 致灾因素在监测预警系统构建中的作用

由预警管理理论可知，监测预警系统的第一步是致灾因素的识别，致灾因素是监测预警系统的基础，只有正确识别出致灾因素才能选择恰当有效的方法进行控制和处理。

准确识别致灾因素是监测预警系统开展一切工作的基础，监测预警系统中的预警指标、警戒设定、监测预警系统的工作内容以及制定预防措施都是基于致灾因素进行设定的。因此，市域轨道交通一体化监测预警系统的构建也将以所识别的致灾因素为基础。

市域轨道交通一体化系统点集中、面扩散以及客流主体化的特征为监测预警系统的构建提出了进一步的要求。其大量人流、物流集散的特点，要求需以系统内的客流人员为本，一旦发生灾害即属于公共安全事件，监测预警系统应准确识别出致灾因素，采取相应的措施防止灾害的发生或者将灾害的程度控制在最低。

因此，构建市域轨道交通一体化监测预警系统应该通过综合监控系统的信息化管理手段，建立市域轨道交通一体化系统的统一指挥控制中心，以此实现对整个一体化系统范围内各危险源的实时监控，及时并准确发现偏离正常运营状态的干扰状态和危机状态，采取相应的控制措施，纠正不良状态或控制灾害的破坏程度[5]。

在识别致灾因素的基础上，市域轨道交通一体化监测预警系统的运行如图1所示。

由图1所示，致灾因素的识别是构建市域轨道交通一体化监测预警系统的基础。在确定致灾因素后，应通过综合监控系统实时监测致灾因素，然后进行预警分析，以保证及时发现干扰和危机状态，并及时处理，防止其转化为灾害事件。若无法避免灾害事件，可以快速有效地进行应急管理，以控制灾害的危害程度，并尽量减少损失。处理完灾害事件后，应总结经验教训，完善相应的制度以及改进各致灾因素系统。

图1 基于致灾因素识别的市域轨道交通一体化监测预警系统运行图

4 市域轨道交通一体化监测预警系统的功能和工作内容

4.1 市域轨道交通一体化监测预警系统的功能

根据现有预警管理系统的研究，本文构建的市域轨道交通一体化监测预警系统的功能应包括预防功能、警报功能、矫正功能以及免疫功能四种[6]。监测预警系统应以警报为导向，矫正为手段，免疫为目的建立防错纠错机制，防止灾害发生或减少灾害损失。

4.1.1 预防功能。市域轨道交通一体化监测预警系统的预防功能是贯穿整个系统全生命周期的。预防功能主要从设计、技术、材料和管理这些方面实现。设计是指通过提高市域轨道交通一体化系统的安全度来达到减少灾害发生的目的；技术是指采用合理、先进的技术；材料是指采用新型安全的材料；管理是贯穿市域轨道交通一体化系统整个生命周期的，加强管理是防止或减少灾害发生的各项措施中最具直接效益的，主要包括对各重大危险源以及安全目标的动态管理、对工作人员及乘客的安全教育、各项规章制度的制定等。

4.1.2 警报功能。主要是识别、监测、诊断致灾因素，对不正常的因素发出警报的功能。主要通过设定各种不安全行为和因素的界限区域或范围，对于超过界限区域或范围的某些错误行为进行识别和警告，目的在于维护市域轨道交通一体化系统的安全秩序。警报功能的核心是建立完善的致灾因素识别系统。

4.1.3 矫正功能。指在市域轨道交通一体化系统中预先控制和纠正可能引发灾害的迹象和因素的功能。根据监测预警管理的信息，主动预防和控制可能导致灾害发生的迹象，并及时纠正错误状态的功能，以便保证整个运营系统处于安全的运行状态。

4.1.4 免疫功能。主要是针对某种具有相同性质的灾害事故或诱因，根据以往经验能快速准确地确定最有效的对策的功能。在管理过程中，如果出现了以往出现过的迹象时，可以准确预测并采取有效措施制止或规避事故发生。免疫功能的核心是事后对经验的总结，并以此提升安全管理的能力和水平。

4.2 市域轨道交通一体化监测预警系统的工作内容

市域轨道交通一体化监测预警系统的工作内容分为三个部分：预警分析、预控措施和应急管理。其中预警分析是识别、诊断和评估可能导致灾害发生的各种早期迹象，以便及时发出警告（识别错误）。预控措施是纠正可能导致灾害的迹象，从而预防和控制灾害的发生（纠正错误）。应急管理主要是在预控措施失效或灾害事件发生前没有任何迹象的情况下控制和管理灾害事件的发展（控制错误）。

4.2.1 预警分析。预警分析是识别、监测、诊断和评估市域轨道交通一体化系统中的各种致灾因素并及时发出警告的管理活动。其中识别是对市域轨道交通一体化安全运营过程中的灾害迹象以及诱因进行准确识别；监测是对整个系统中的设备运行状态、人员行为等进行随时监测和信息处理，并整理、分析监测数据，将监测信息输入下一个预警环节；诊断是指判断处于干扰状态或危机状态的情况，并分析已识别出的灾害因素的原因、过程和趋势，确定出最具危险和危害的致灾因素；评价是对市域轨道交通一体化灾害迹象造成的后果进行危害性评估，主要是分析其对运营系统的危害程度和对整个社会造成的危害程度，评估结果是实施预控措施的基础。

4.2.2 预控措施。市域轨道交通一体化系统灾害预控措施包括三个阶段：组织准备、日常监控以及危机管理。组织准备是为监测预警系统的安全管理活动提供服务，包括制定和实施各项制度、标准并为预控措施提供安全可靠的组织环境；日常监控根据预警分析确定的可能引发灾害事件的致灾因素进行实时监控，消除运行活动中的不良趋势或根据不良趋势的发展提前准备控制措施，防范于未然；危机管理是当日常监控无法控制致灾因素向不良趋势发展并成为危机时采取“特殊”措施的危机管理办法。由此，组织准备是预控措施的基础，组织准备与日常监控是主体，危机管理是在日常监控无法控制致灾因素发展情况下的拓展活动。

4.2.3 应急管理。市域轨道交通一体化灾害应急管理包括两个阶段：应急处理和善后处理。应急处理是分析灾害事件造成的各种影响并预测灾害事件的发展趋势，根据分析结果，采取一系列涉及法律法规、规章制度、人员调动、物资调拨等应对措施，做出适当的决定，最大限度地控制灾害事件的影响。应急处理的核心是通过合理组织和利用各种资源选择最优的决策方案来应对突发性灾害事件；善后处理是在突发事件危机解除之后，恢复各系统正常活动，并追究灾害发生原因，总结经验教训，完善相关应急管理制度等。因此，应急管理的关键在于如何利用各种资源，快速有效地处理突发性灾害事件。

5 市域轨道交通一体化监测预警系统的构建

5.1 市域轨道交通一体化运营状态与监测预警系统的关系

市域轨道交通一体化监测预警管理是一个综合性的动态过程，其运行需要一个完整的监测预警管理体系来实现。

一般而言，市域轨道交通一体化的运营分为运营状态（即完成输送旅客功能的运营过程）和非运营状态（即停运检修时段），而运营状态包括三种状态模式：正常运营、非正常运营和紧急运营状态。其中系统内部的干扰状态或危机状态属于非正常运营状态，突发灾害事件属于紧急运营状态。根据突发事件发展的不同阶段，对应3种不同的管理活动：日常管理、预警管理和应急管理。其中，日常管理的主要工作是预警分析，实现识别、监测、诊断和评估功能，并向公众宣传安全知识等；预警管理对应的工作是预控措施，主要实现的功能是及时纠正不良的运行状态；而当无法避免灾害事件的发生时，立即进入应急管理状态。监测预警系统根据不同的阶段，采取相应的措施，实现对突发事件的预警、预控以及紧急控制的功能，其对应关系如图2所示。

图2 市域轨道交通一体化运营状态与监测预警系统状态的对应关系

5.2 市域轨道交通一体化监测预警系统的构成

由市域轨道交通一体化监测预警系统的功能和工作内容可知，监测预警系统需要具备预警预控、调度指挥、处置实施等职能。因此，要想实现监测预警系统的功能需要由以下五大系统组成：调度指挥系统、处置实施系统、信息管理系统、决策支持系统以及资源保障系统。

调度指挥系统是监测预警系统的最高决策者，主要负责监测预警系统的统一指挥，为其他四个系统下命令，提要求，协调各系统无差错运行。在非紧急运行状态下，调度指挥系统的主要功能是制定和完善相关制度、制定和改进灾害事件的预控措施、组织安全检查、总结和分析各种设备运行信息等。在紧急运行状态下，调度指挥系统的主要功能是分析评估事件的性质，确定响应计划，以及跟踪和评估灾害事件的发展趋势，动态调整应急方案，组织协调各系统各组织各部门有效应对灾害事件等。

处置实施系统的功能是具体实施完成调度指挥系统下达的指令和计划的系统。其构成主要是现场工作人员以及相关的社会部门（如公安、消防、医院等），根据灾害的性质和程度的不同，涉及的机构、部门，人员也不同。

信息管理系统是监测预警系统的信息交流平台，其主要工作包括信息采集、处理、存储、传递、维护等，实时共享信息，为其他系统提供信息支持。信息管理系统对各个环节进行实时监视，并收集和发布相关信息，保证信息在各系统之间安全、及时传递，提高系统对灾害事件的响应速度和敏感度，加强系统的整体联动。

决策支持系统基于信息管理系统中传递的信息，为监测预警系统中的应急管理决策提出建议方案，并为调度指挥系统提供决策支持（如提供预控措施、应急计划、方案效果、资源调度计划等）。决策辅助系统主要是根据以往的经验、现有的理论和制度以及处理方法和技术上的积累等软科学来构建的系统，因此决策辅助系统是一个需要不断改进更新的动态管理系统。

资源保障系统是对监测预警管理过程中人力资源和物资资源进行合理布局和动态调配的系统。其目的是提高资源的利用率和适用效能，同时提供各资源的状态信息，保障系统的正常运营，能有效应对各灾害事件。其主要工作是保管和维护资源，根据预控和应急实施方案中的所需资源进行分配、调度和使用资源等。其构成主要包括设备维修部、人力资源部、物资部，根据灾害事件损坏程度的大小，还可能涉及公安、医院、消防等社会公共资源。

5.3 市域轨道交通一体化监测预警系统的构建

市域轨道交通一体化监测预警系统并不是运营管理系统的子系统，它是专门为解决市域轨道交通一体化系统的灾害事件问题而构建的系统，其内涵是通过运营管理系统的改造，使其具有维持公共安全、实现灾害事件有效处理的功能，保证系统运行的安全性和可靠性。市域轨道交通一体化监测预警系统的目的是减少或避免灾害事件的发生，降低或消除灾害事件的影响，提高一体化系统的运营安全，保障一体化所依托的市域范围内地区的公共安全。市域轨道交通一体化监测预警系统的运行框架如图3所示。

图3 市域轨道交通一体化监测预警系统的运行框架

6 结语

随着我国轨道交通的不断发展，市域轨道交通一体化已成为交通运输发展的新趋势。市域轨道交通一体化系统是大量人流、物流聚集的地方，一旦发生灾害，能在极短的时间内迅速蔓延，造成极大的危害，若不能有效的避免或及时控制，会对社会、经济、人员造成极大的损失，甚至会对整个社会的公共安全造成影响。构建市域轨道交通一体化监测预警系统，能有效地对可能导致灾害事件的致灾因素进行预警、预控，并在发生灾害事件时采取有效措施控制灾害的破坏程度。这对保障市域轨道交通一体化安全运营以及其所依托地区的公共安全有重要的现实意义，将为大城市市域范围内构建资源共享的交通运输网络提供一个安全保障。