面向城市轨道交通突发事件的情景构建方法研究

方 铖, 朱 琳, 庄异凡, 谢景捷, 陈丽萍

(1.上海申通地铁集团有限公司 上海轨道交通路网运营调度指挥中心, 上海 201100;2.上海工程技术大学 城市轨道交通学院, 上海 201620)

收稿日期: 2023-08-20.

基金项目: 上海市青年科技英才扬帆计划项目(21YF1415800).

作者简介: 方铖(1997—), 男, 硕士, 研究方向为轨道交通安全,调度员应急处置优化等. E-mail: 784682983@qq.com.

0 引言

轨道交通突发事件种类繁多,情景要素及其状态复杂. 在突发事件的处置过程中,决策者需根据现场传递的信息、设备的状态信息等快速完成对突发事件原因的判断以及事件情景的构建,这是做出正确决策、尽快恢复正常运营的关键. 而当前轨道交通突发事件的描述处于非结构化阶段,且调度员需要在短时间内对时间和空间内获取的存在信息冗余的大量信息进行提取和分析,不利于进行快速的情景构建和决策的制定. 因此,探索有效的情景构建技术,对提升紧急情况下调度指挥效能有重要意义.

目前,情景构建技术在应急管理领域得到了广泛应用. 王旭坪[1]对非常规突发事件的情景构建与方法体系进行研究. 林琳[2]建立了基于情景构建的风险沟通策略. 王月臣等[3-4]通过情景构建技术对应急处置预案及应急预案体系进行优化. 郑登锋[5]基于情景构建设置了多场景的应急演练. 但大部分研究中所构建的情景模型相对宏观,运用到轨道交通突发事件的情景构建中存在部分不适用性.

本文在分析轨道交通突发事件特征的基础上,对突发事件进行情景拆分,构建了突发事件情景要素体系,并提出引入情景地图对突发事件进行情景构建. 最后选用列车故障救援案例进行分析,验证了所提出方法的有效性和可行性.

1 轨道交通突发事件特征分析

轨道交通突发事件影响因素众多,即使是同一类型的突发事件,其受线路条件、发生地点、发生时间等因素的不同,也会对应急处置造成不同程度的影响,具有突发性与不确定性、连带性和蔓延性等特点.

尽管轨道交通突发事件种类繁杂,但不同类型的突发事件具有相同的处置机制和决策特点. 即承灾体状态的变化代表着突发事件的开始,调度员首先需要通过ATS面板或联动岗位的报告确认承灾体的状态,根据承灾体的状态判别事故发生的原因,并协助、协调事故现场岗位进行故障排除工作,若故障排除或承灾体的状态能维持列车的运行,调度员则采取非正常行车手段对故障区段进行行车调整;若承灾体状态导致线路中断运营,调度员则需联系抢修部门对故障区段进行抢修并对乘客进行疏散. 同时,在事故发生后对非故障区段进行运营调整,尽量使列车间隔维持在均衡状态,直至运营恢复正常,处置过程示意图如图1所示. 这就为突发事件的拆分提供了条件.

图1 轨道交通突发事件处置过程模块描述

2 轨道交通突发事件情景构建模型

2.1 情景要素体系的建立

一般突发事件信息收集的难点在于信息的广泛性、多源异构性并伴有大量冗余,同时需要剔除错误信息. 情景要素的提出有助于提高决策者对情景的认识,因为情景要素使决策者专注于更具体的决策问题,提高对信息的理解和处理效率.

情景要素的提取和获得是突发事件情景构建与推演的前提与基础. 完整的突发事件包含不同的发展阶段,不同阶段中影响情景下一步发展和演化的情景要素取值存在差异,不同要素对情景演化的影响程度也不尽相同. 恰当选取情景构建的关键要素,并研究关键要素取值变化对决策者应急决策的影响作用机理,从而有效构建各要素相互交织和影响的情景链,尽可能完整地体现突发事件发展演化过程中一系列情景之间的转换过程.

本文基于灾害学理论对轨道交通突发事件情景要素进行识别,从单一历史案例中分析并提取案例中的情景要素对象及其变化状态,并进行情景要素的分类. 在对大量案例的分析处理过程中,完成相同情景要素的合并以及要素取值集合的确立,从而建立相对完整的突发事件情景因素体系,梳理结果如图2所示.

图2 突发事件情景要素体系

2.2 轨道交通突发事件情景拆分

情景是对未来情形以及能使事态由初始状态向未来状态发展的一系列事实描述[6]. 完整突发事件过于复杂,但这些事件总是由单个或1组情景片段组成,并通过情景片段之间的联系来表达突发事件的发展. 因此,本文将完整的突发事件作为1个整体,对突发事件进行基于关键情景要素的情景拆分,将突发事件合理地片段化,把基于“事件”分析转变成基于“情景”分析. 基于情景分析决策过程可触发特定的决策,提高决策者的情景意识,因为情景可使决策者关注更具体的决策问题,有助于预测当前形势可能的未来[7]. 拆分后的情景可深入事件内部进行分析,保持了事件的完整性、结构性和演化规律[8],降低了事件的复杂度.

拆分后,突发事件中单个情景由情景要素、决策点、关键情景要素以及应对方案构成. 情景要素是表示突发事件状态的关键特征,情景要素的状态反映了突发事件状态的变化[7]. 同一突发事件下不同情景之间存在着顺序关系和因果关系,每1个情景都是某个决策点在空间上的展开. 决策点是指在突发事件的某个情景处置过程中或处置完成后,依据不同的决策条件面临着不同的决策选择,其决策依据为关键情景要素形成的集合,决定了整个情景的应对方案选择. 关键情景要素的提出是因为,事件发生过程中不是所有的情景要素都需关注,只需关注影响当前情景决策的关键影响、关键作用的情景要素. 且决策者不可能同时针对所有时间点上的情景进行决策,而只能在事件的进展过程中基于不同阶段决策点的具体情景进行决策[9]. 所以,决策者所要关注的是在某一情景决策点上那些状态发生变化的情景要素,这些要素称之为关键情景要素,不同情景的关键情景要素不尽相同. 应对方案即决策者依据关键情景要素做出决策后所采取的处置措施.

情景之间联系的纽带为决策点,情景的关键情景要素状态是在决策点所做出的决策的依据,关键情景要素状态的变化意味着决策依据的不同,进而改变事件的发展路径. 且调度员进行基于情景的阶段性处置时,需要完成“确定关键情景要素状态→做出决策→采取应对措施”的处置过程. 本文以事件发展过程中出现新的关键情景要素或关键情景要素状态发生变化的时间点作为突发事件情景拆分的划分点,更加符合实际的决策过程.

在上述模型中,情景是从突发事件中提取出来的,突发事件由多个情景片段组成,不同的突发事件可包含相同的情景. 同样,情景要素是从情景中提取出来的. 1个完整的突发事件,根据突发事件本身的特征,以出现新的关键情景要素或关键情景要素状态发生变化的时间点为划分点,拆分成若干情景,其中每个情景的开始以该情景中出现新的关键情景要素或关键情景要素状态发生变化的起始点为准,情景的结束以情景的消失或当前阶段的处置任务结束为准.

突发事件的情景拆分如式(1)(2)所示.

CN={SN-1,SN-2,…,SN-i}(i=1,2,3,…;N=1,2,3…)

(1)

SN-i={Ak1-i,KAk1-i,Ak2-i,Di}(i=1,2,3…)

(2)

式中,CN为第N个突发事件;S为突发事件拆分成的情景;SN-i为突发事件N被拆分成的第i个情景;Ak1-i为情景i的情景要素;KAk1-i为情景i的关键情景要素,单个情景的关键情景要素可为单个也可为多个,且KAk1-i∈Ak1-i;Ak2-i为情景i的应对方案;Di为情景i的决策点,其决策依据为KAk1-i,如图 3所示.

图3 突发事件情景拆分

2.3 基于情景地图的情景构建

图4 突发事件的一般情景拆分

在突发事件中,事件随着时间和人为干预而发展.对于事件的情景拆分,其基本形式如图4所示.即以时间为轴,在划分点处对事件进行拆分,形成时间序列的情景链[10].但对于轨道交通突发事件而言,相邻情景之间不一定都是接续关系,可能出现某个情景并未结束,下个情景已经开始的情况.在某 1个时间点可能有2个或以上的情景同时进行.因此,为对轨道交通突发事件进行更加贴切地描述,降低事件的复杂度,将对事件的情景拆分进行优化,构建对事件的情景拆分和描述的情景地图[11].突发事件情景的拆分可表示为如图5所示的事件情景地图.事件情景拆分后,各情景相对独立.情景地图能从横向上反映单个情景的时间序列关系,从纵向反映情景与情景的并行独立关系,将原本对整体事件的决策转换成基于“情景”的决策,使得原本动态、复杂的事件转变为静态、复杂程度相对较低的情景.

图5 轨道交通突发事件情景地图

3 案例分析

3.1 列车故障救援的情景拆分

为验证情景拆分思想对于轨道交通突发事件的适用性,本文选取列车故障救援事件作为分析案例,对情景拆分过程进行阐述.

根据列车故障救援的事故特征,在已构建的情景要素体系的基础上,建立了针对列车故障救援的情景要素及其状态取值,如表1所示.同时,在构建了列车故障救援基本流程的基础上,将列车故障救援分为救援前准备(S1)、救援连挂(S2)、连挂后退出运营(S3)、运营调整(S4)4个情景,具体情景拆分、每个情景的关键影响因素及一般流程如表2所示.

表1 列车故障救援情景要素

表2 列车故障救援一般流程

3.2 列车故障救援的情景构建

基于以上分析,分别选取传统线路救援车故障车处于同一区间、传统线路故障车处于站台且与救援车并不在同一区间、全自动线路故障车处于区间救援车不在同一区间3个案例,其情景的关键情景要素状态取值如表3所示. 将3个案例带入上述拆分的情景中进行以时间为轴的过程描述,如图6所示,基于情景地图的情景构建如图7所示.

表3 列车故障救援案例关键情景要素信息

图6 3个列车故障救援案例过程描述

图7 3个列车故障救援案例情景地图

3.3 结果分析

结合以上分析,当关键情景要素状态改变时,会导致相同情景中出现新增操作、操作顺序改变、操作时间改变、运营调整的手段和方案改变等差异. 对突发事件进行情景拆分,片段性表达事件发生过程,使得处置过程更加清晰、明朗,减少了信息的冗余,能为关键情景要素与应对方案间的对应关系研究以及案例间的对比提供基础. 同时,片段化的表达使得原本复杂的完整突发事件变得相对简洁,使得完整过程的动态变化转变成多个静态片段的组合,有利于决策者对当前事发态势的理解,一定程度上降低了决策难度.

4 结论

在分析了轨道交通突发事件特点的基础上,构建了适用于轨道交通突发事件的情景要素体系,一定程度上提高决策者完成突发事件情景构建的效率,提出了面向轨道交通突发事件情景构建模型,对突发事件的情景推演、情景模拟具有一定意义,为数字化案例库的建设奠定了研究基础. 该理论方法体系的建立可为轨道交通决策者提供有力的决策支持.