基于动态客流预测的车站智能应急指挥平台研究

张秋亮，杨栋，戴建强

（中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京100081）

0 引言

铁路作为最重要的大陆性运输方式，是对我国社会经济发展起着决定性意义的战略性产业。应急平台建设和应急管理工作是构建社会主义和谐社会的重要方面，建立车站客运智能应急指挥平台不仅是铁路部门处置突发事件的需要，也是国家处置各类突发事件的迫切要求［1］。目前，在国外具有先进铁路系统的发达国家中，日本、法国和德国均建立了全铁路局的应急指挥中心，用于突发应急性事件时的统一指挥和调度。我国地铁、民航等与铁路系统相近的行业也都建立了相应的应急指挥系统［2］。铁路行业在客运应急指挥方面仍存在以下问题：没有一个统一指挥、功能完善的智能应急指挥系统；没有建立起一整套的突发事件应急指挥闭环管理流程；缺乏智能化、高效联动的应急指挥机制，应急事件处理的时效性不高［3］。

综上，急需通过车站应急指挥平台来定义一套完整的突发事件闭环管理过程，以便满足车站应急指挥信息化、智能化的需要，提升车站客运管理部门的应急指挥水平。

1 车站动态客流预测模型

1.1 建立模型

车站应急指挥中最常见的是大面积晚点和大客流情况，因此，建立车站动态客流预测模型，实时预测突发情况下的车站客流意义重大［4］。为建立车站动态客流预测模型，需分析进入车站的候车旅客数量和检票进站的旅客数量，以实时分析候车区旅客数量。

旅客通常会提前到达车站进行候车，提前候车的时间因人而异，但大部分旅客群体的提前候车时间可近似服从高斯分布［5］。对于每趟列车，旅客提前候车的时间x服从均值μ，方差σ2的高斯分布，其概率密度函数为：

除此之外，仍有少部分旅客会很早来到车站，这部分旅客可能会提前几个小时来候车，这些提前候车时间不服从高斯分布。由于这部分旅客占比较少，故不研究其提前候车的时间分布，并判定在t0时刻前进站的旅客均为较早进站的旅客。

对任意一趟列车Gx，其图定开车时间为Kx，总购票旅客数为Px，在t0时刻前进站的旅客占比为k，则任意时刻t，该次列车的累积候车人数gx（t）为：

对任意一趟列车Gx，其开检时间为Jx，检票口每分钟旅客检票进站人数为Vx，则任意时刻t，该次列车的累积检票人数hx（t）为：

因此，任意时刻t，在车站候车区的旅客总人数S（t）为：

动态客流预测模型中，对任意一趟列车Gx，图定开车时间Kx和开检时间Jx由列车到发计划接口获得，总购票数Px由客票数据接口获得。至此，动态客流预测模型建模完成，可根据S（t）实时预测车站候车区的旅客人数，并以此辅助车站智能应急指挥决策。

1.2 验证模型

分析上述车站动态客流预测模型可知：模型的核心部分为每趟车旅客的进站时间的概率分布，并以此判断t时刻，每趟车的候车旅客人数。由于人工大量统计旅客进站时间难度很大，故采用实名认证闸机的旅客进站时间进行模型验证。假设旅客进站选择实名认证闸机和人工验票的概率相等，旅客选择多台不同实名认证闸机的概率相等，故通过实名认证闸机进站旅客的进站时间概率分布同总体旅客进站时间的概率分布相同，并以此为基础进行模型验证。

以在揭阳南站乘坐K800次列车旅客的进站时间为例进行验证，统计历史数据发现：25%的旅客在开车前4 800 s以前进站，75%的旅客在开车前0～4 800 s内进站，开车前0～4 800 s内进站旅客的进站时间参数x与概率密度f（x）服从μ=62.5，σ=1的高斯分布：

式中：x为旅客进站时间的变换，变换关系如下：

式中：h、m、s分别表示进站时间信息的小时、分钟、秒数，如列车开车时间为18：02，对应的x即为64.92。

统计数天内旅客通过某实名闸机的进站时间分布见图1。

图1 旅客进站时间分布

在图1中，横坐标表示时间参数x，纵坐标表示人数，每个柱线表示该时间段内进站的旅客人数。提取开车前0～4 800 s内进站旅客的进站数据，绘制柱状图，并做归一化处理，再叠加概率密度函数f（x），进行数据比对（见图2）。

分析图2可知，概率密度函数f（x）与实测数据基本相符。进一步地，可通过概率密度函数f（x）预测出各时刻的已进站旅客人数，并与实际数据进行比对（见表1）。

图2 数据比对

表1 预测进站人数与实际数据比对

从表1可以看出，模型预测的进站人数与实际进站人数的平均误差为6.2%，满足实际应用需求。

2 智能应急指挥流程设计

调研车站应急处置现状发现，车站为应对各种突发事件，发布了不同的应急处置预案，如车站突发大客流及动车组列车大面积晚点应急处置预案、售票系统故障应急处置预案、站台突发紧急事件需动车组紧急停车应急处置预案等。梳理既有的应急预案，进行模式化、流程化抽象，提炼出应急预案配置、应急预案启动、应急事件处置、应急处置汇总4个步骤，得到覆盖突发事件的事前、事中、事后全过程的智能应急指挥流程（见图3）。

2.1 应急预案配置

（1）应急预案配置。分析既有应急操作流程，将预案定义为19类。具有预案种类维护权限的操作人员可对这19类预案进行维护（添加、编辑、查询、删除）。预案的种类维护主要是设置触发预案的条件，设计该类预案对应的操作流程、处理流程、结果的生成方式（Word报告或Excel报表）。

（2）应急预案权限管理。不同的用户角色拥有不同的预案管理权限，如预案的添加、编辑、查询、删除、导入、导出等权限的分配。

2.2 应急预案启动

（1）预案执行流程。完成预案配置以后，系统将定时检索旅服系统的到发数据、客票系统的售票数据、调令数据等，并与应急预案进行相关匹配，若发现与预案相符的情况，系统将向数据库存入1条记录。同时将记录的信息在系统界面弹出，当前用户根据提示判断是否启动应急预案，以及使用哪种方式（短信或者电话）通知该应急预案对应的相关人员。

（2）短信收发。当系统启动应急预案、并提示当前系统值守人员，且当前系统值守人员启动该预案后，系统将使用短信发送功能，将对应的处理人员信息调出，并使用已经设置完成的短信模板，通过一键操作的方式，自动生成“启动时间、事件类别、应急预案等级、自动内容、人工编辑”格式的内容，将短信发送通知到相关责任人，应急指挥系统记录提取相关责任人的回复内容并在界面上展示，后台留存记录。

2.3 应急事件处理

应急处置的流程如下：

（1）首先是应急指挥系统界面弹出应急通知；

（2）值守人员将通知发送到相关责任人；

（3）相关责任人回复信息并迅速赶到现场按照预案进入指定岗位；

（4）相关责任人展开工作，做好实情记录，如发生新情况及时通知相关负责人建立新的应对方案；

（5）应急指挥相关人员收集已完成的应急事件反馈、处理结果、内容分析、整改措施信息；

（6）应急值班人员将事故按故障类型进行分类，填写各类事故、故障数据，存入应急指挥系统；

（7）应急处理完成，应急值班人员将汇总数据生成报告、报表，为工作汇报、未来远期的数据分析提供依据。

2.4 应急处置汇总

（1）预案执行总结上传。处置完毕随后填写和汇总应急指挥台日概况表，此表主要用来收集当天各单位的应急值守人员信息、发生的故障种类及其件数以及当天的日工作概况信息。应急接警人员能够自动汇总应急值守人员信息。应急预案完善信息的录入及统计，后续可通过该表直观具体的了解事件概况。

（2）应急指挥分类月度汇总。根据每日的应急指挥台日概况表中的应急事件发生类别及数量，系统自动统计每个月的应急指挥事件种类及其数量，并生成二维柱状图，以提供按年度和月份的查询统计和报表导出功能。

3 基于动态客流预测的应急指挥

基于动态客流预测的应急指挥通过综合列车晚点信息和客票售票数据进行判决，配置智能化的应急指挥模板，实现智能化应急指挥，其流程见图4。

图4 基于动态客流预测的应急指挥流程

（1）应急预案配置。分析动态客流的预测数据，当动态客流超过应急阈值后，定义为应急状态。根据动态客流超过应急阈值的百分比，定义不同应急级别和多级应急预案。此外，需配置每一级应急预案对应的处理人员（人员姓名，性别，职务，联系方式等信息）、通知处理人员的方式（短信模板或电话语音）以及处理汇总报表的样式模板等信息。

（2）应急预案启动。当出现某一级应急预案对应的情况时，智能应急指挥平台会弹出确认消息框，进行二次人工确认是否启动应急预案。应急预案启动后，通过平台通知应急预案中配置的联系人员，按照应急预案启动应急专家库、应急备品库等资源。

（3）应急事件处理。相关责任人回复信息并迅速赶到现场按照预案进入指定岗位，处理应急情况，为旅客提供席位置换、供餐、换乘等服务，应急方案可根据实际情况调整。

（4）应急处置汇总。填写和汇总应急指挥台日概况表，完善应急预案信息的录入及统计，后续可通过该表直观具体的了解事件概况，协助完成各类工作汇报，并为日后应急工作提供参考方案。

4 智能应急指挥平台设计

研究车站智能应急指挥平台是为了采用人工智能、大数据等高科技手段为车站管理人员提供现代化的智能应急指挥方式，提高车站应急指挥管理的信息化和智能化水平，建立科学、高效、规范的应急指挥机制，构建一整套突发事件应急指挥闭环管理平台［6-7］。最终使车站工作人员能够及时、正确、有效地完成各类突发事件的信息收集、事件预防、事中减缓、事后总结，提高应急指挥人员的应急处理能力及案例管理能力［8-10］。

在分析基于动态客流预测的应急指挥流程的基础上，设计车站智能应急指挥平台。车站智能应急指挥平台主要包括应急资源管理、应急预案管理、应急指挥管理、预测预警管理四大功能模块（见图5）。

4.1 应急资源管理

应急资源管理主要是将应急资源进行统一的管理和调度。保证在突发事件发生时，能够及时准确地发挥应急资源的作用。应急资源信息保存在业务信息库中，可以在GIS地图上直观显示出来，在指挥调度和综合研判中起到重要的辅助作用。应急资源管理对象包括车站站内及周边的救援队、公安消防、专家、监控站、污染源、物资保障、通讯保障、运输保障、医疗保障、避难场所等信息。实现对局内、站内相关应急单位及相关人员的信息录入管理。包括：各站段、铁路局集团公司指挥中心、安监处、客运处、客运值班室等联系方式；各地市、应急办、医疗、防洪办、消防、民警等联系方式；各站站区相关工作人员的联系方式。同时，建立车站应急指挥GIS地图，直观展示车站周边应急资源分布情况。

图5 车站智能应急指挥平台功能设计

4.2 应急预案管理

应急预案是根据突发事件的处置流程，在事态发展即时信息的基础上，形成全面、具体、针对性强的直观高效的预案，使预案的制定和执行过程规范化［11］。主要包括如下几个管理内容：

（1）预案种类维护：通过对铁路局集团公司、车站及所属各站的应急预案信息的收集、分析，整理出应急预案的种类，并在该系统中提供应急预案种类的维护功能。

（2）应急预案权限管理：通过权限分配，管理员根据车站需求实时更新应急预案并修改权限信息。

（3）应急预案维护列表：根据等级、种类维护预案信息，录入形成预案知识库。根据预案等级增加预案、满足管理员对预案等级的定义维护。

（4）应急预案编制：应急预案编制包括预案模型管理、预案组织管理、预案任务管理、预案流程管理、预案资源管理等。实现预案的编制过程，即建立预案任务模型、组织模型、流程模型、资源模型、专题图模型等，实现预案的数字化调用和展示。

4.3 应急指挥管理

应急指挥管理包括：应急预案启动、应急事件处置、应急处置汇总、应急值守管理4个部分。

（1）应急预案启动：应急管理部门启动应急预案，可根据大面积晚点、大面积停运等信息自动启动，也可依据现场实际情况来自主判断是否启动应急预案及应急预案等级，并可通过短信、电话、APP应用等方式下发预警信号。

（2）应急事件处置：定义应急指挥人员及车站的应急处理机制。应急指挥人员按照智能应急平台的操作流程，将应急事件信息通知应急领导小组各部门值守人员，及车站、车辆段相关领导，确认跟踪现场处理最新进度，记录各部门值守人员反馈的处理结果。车站应急处置则需要通过应急系统展示晚点列车详细信息，包括：计划、实际停靠股道、晚点时间、换乘人数等；提供应急供餐，为晚点列车旅客提供免费食物。

（3）应急处置汇总：应急事件处置完毕后，填写和汇总应急指挥台日概况表，此表主要用来收集当天各单位的应急值守人员信息、发生的故障种类及其件数以及当天的日工作概况信息。应急接警人员能够自动汇总应急值守人员信息。

（4）应急值守管理：包括值班管理和交接班管理，值班管理是对车站应急值守人员值班情况进行管理，值班信息登记完后，如当天有普通事件发生，可对该种事件进行登记，并进行报送处理。交接班管理用于将未完成的工作进行交接。

4.4 预测预警管理

预测预警功能的风险源阈值的设置遵循统一设定的原则，一旦某个风险源的实时数据超出阈值范围，则会在系统首页进行预警提醒，保证相关人员在第一时间收到消息并进行处理。将车站所有预测预警信息统一管理，归于一处进行预警，方便日常安全监控。此外，还可灵活配置各种预测预警机制到应急指挥预案，实现智能化应急判断。

（1）车站客流动态预测：通过接入列车晚点信息、客票售票信息，基于车站客流动态预测模型，实时预测车站动态客流。

（2）接车计划变更预警：通过接入列车正晚点和列车停靠股道信息，当接车计划发生变更时，对应急指挥人员进行变更预警，并发送预警信息给应急指挥人员。

（3）晚点列车预警：按照提前预订的时间周期对晚点列车汇总后，将信息发送给应急指挥人员，进行晚点列车信息的预警。

（4）客调命令预警：通过抽取客调命令的关键信息，推送给应急指挥人员，实现对客调命令的预警。

5 结束语

从车站智能应急指挥的角度出发，创新性地提出车站动态客流预测模型，分析车站智能应急指挥流程，设计基于动态客流预测的车站智能应急指挥平台。相比于传统应急指挥，具有如下创新：统一规划数据共享，避免产生信息孤岛；实现应急指挥过程的流程再造，对传统手工模式下的应急指挥流程进行信息化、智能化改造；用智能化手段实现精细化、规范化、智能化管理目标。建设基于动态客流预测的车站智能应急指挥平台，可有效做到事前预防、事中减缓、事后总结的闭环管理过程，达到建立统一指挥、功能完善、反应灵敏、高效智能的应急机制的目的，有效保护旅客的人身和财产安全，保证车站的安全稳定运营。