城際軌道交通行車安全保障體系研究
摘 要：基于城際軌道交通行車安全需求，本文提出建立基于信息技術的城際軌道交通行車安全保障體系。重點論述了城際軌道交通行車安全保障體系的框架結構、內容、功能模塊、信息處理模式以及共用信息平臺，為保障城際軌道交通系統安全高效運行提供了構思框架。1 引言
城際軌道交通系統是指服務于城市客運交通，通常以電力為動力，輪軌運行方式為特征的車輛或列車與軌道等各種設施的總和。它具有運能大、速度快、安全準時、成本低、節約能源、以及能緩解地面交通擁擠和有利于環境保護等優點。但是由于城際軌道客流密集、運輸作業繁忙，如何高效、有序的對城際軌道交通系統的管理，保證行車安全，實現快速、高效、安全的優質服務，將成為我們首要面臨的問題。本文基于城際軌道交通行車安全的需要，提出建立城際軌道交通行車安全保障體系。城際軌道交通行車安全保障體系是以計算機技術、信息網絡技術和安全系統工程理論為基礎的行車安全基礎信息采集、信息增值處理、實時化安全分析、智能化安全決策系統。
2 行車安全保障體系框架結構及內容
城際軌道交通行車安全保障體系是針對城際軌道交通行車安全影響因素所采取的所有控制手段的有機結合，它是以管理人員作為控制者，以行車安全人、車、環境三個子系統作為被控對象的控制系統，從本質上講城際軌道交通行車安全保障體系是一個以“管理”為中樞，“人”為核心、“車”為基礎、“環境”為條件組成的總體性的以保障城際軌道交通行車安全為目標的人－車－環境系統。從管理對象的角度出發，可以將城際軌道交通行車安全保障體系劃分為不同層次的兩個子系統：安全綜合管理子系統和安全對象管理子系統。安全對象管理子系統分為人員安全保障子系統、設備安全保障子系統和環境安全保障子系統。城際軌道交通行車安全保障體系框架結構如下圖所示（圖1）。
1）安全綜合管理子系統
城際軌道交通行車安全管理包括對人的安全管理、設備的安全管理和行車環境的安全管理。城際軌道交通行車安全綜合管理子系統不是單獨對人的安全管理、或者單獨對設備的安全管理、對環境的安全管理。它是對城際軌道交通系統總體的安全管理，是凌駕于人、機、環境之上，又滲透于其中的安全管理。從功能上看，城際軌道交通行車安全基礎管理起著系統軟件的作用，它既是城際軌道交通行車安全保障體系的一個子系統，又對整個城際軌道交通系統的行車安全起著控制、監督作用。城際軌道交通行車安全保障體系的安全管理子系統主要功能有（1）收集、記錄、整理、傳輸、存儲行車安全信息；（2）進行城際軌道交通系統行車安全分析、評價；（2）行車安全管理決策支持。
2）人員安全保障子系統
城際軌道交通行車安全依賴高效、安全、可靠的人的行為，在城際軌道交通行車工作的每個環節、每項作業中，都是由人來參與并處于主導地位，人操縱、控制、監督設備狀態，完成各項作業，與環境進行信息交流，與其它作業協調一致。大量事故統計表明絕大多數事故的發生與人的不安全行為有關。影響城際軌道交通行車安全的人的因素包括行車系統內部人員和旅客等。人員安全保障子包括直接安全保障和間接安全保障。直接安全保障通過對城際軌道交通相關工作人員進行行車安全教育培訓，提高行車安全素質。間接安全保障是指通過對城際軌道交通行車安全相關工作人員的工作狀態進行實時動態監測，針對不同作業環境，進行相應的勞動安全管理。人員安全保障子系統通過行車安全相關人員實時狀態監控，保障不因人為因素導致城際軌道交通事故的發生。人員安全保障子系統的主要功能有（1）行車相關工作人員工作狀態實時動態監控；（2）勞動安全評價分析。
3）設備安全保障子系統
城際軌道交通運輸設備是除人以外，影響系統安全的另一個重要因素。運輸設備的好壞，不僅影響整個城際軌道交通系統的效率和效益，而且對行車安全起著重要作用。影響城際軌道交通行車安全的設備因素主要有行車安全基礎設備（例如線路、橋梁、機車、信號設備等）以及行車安全技術設備（例如行車安全監測設備等）。
設備安全保障子系統的主要功能是通過行車安全設備運行狀態實時動態監控，采集設備實時動態運行數據，為城際軌道交通系統安全管理提供決策支持，使設備因素對城際軌道交通系統安全降低到最低限度。
4）環境安全保障子系統
影響城際軌道交通行車安全的環境因素主要有作業環境和自然環境。環境安全保障包括作業環境安全保障和自然環境安全保障兩部分。
①作業環境安全保障 通過對行車作業人員作業空間的溫度、濕度、照明、噪聲等作業環境指標進行實時動態監測，保障作業人員具有良好的作業環境。
②自然環境安全保障 通過對車站及區間的通風、空調、給排水、照明、自動扶梯等設備狀態以及氣候環境等進行動態監測，以便對設備的不良狀況以及自然環境的不良狀況作出及時和適當地反應，保障城際軌道交通系統具有安全的自然行車環境，旅客具有舒適的乘車環境。
環境安全保障子系統主要功能是通過對影響城際軌道交通行車安全的作業環境和自然環境進行動態實時監控，獲得各項環境指標的實時動態數據，為系統安全管理提供決策參考，以降低環境因素對城際軌道交通行車安全的影響，提高系統運行的可靠性。
3 城際軌道交通系統行車安全保障體系模塊分析
城際軌道交通行車安全保障體系采用模塊化邏輯結構，各模塊間采取縱向橫向聯系結合方法實現安全多維制約機制，并在此基礎上進行信息共享。城際軌道交通行車安全保障體系從邏輯上分為三個模塊：行車安全決策分析模塊、行車安全控制模塊、行車安全信息監測模塊。
1）行車安全決策分析模塊
行車安全決策分析模塊主要功能是進行城際軌道交通行車安全的決策分析，為城際軌道交通系統行車安全規劃、管理，政策制定等方面提供決策支持。行車安全決策分析模塊包括三個子系統：行車安全信息管理系統、行車安全信息分析系統、行車安全輔助決策支持系統。
（1）行車安全信息管理系統：負責城際軌道交通行車安全保障體系信息數據處理工作，將信息監測模塊采集的數據加工組織形成信息，將信息提煉形成知識。其功能包括行車安全信息收集、處理、存儲、共享及信息發布等。
（2）行車安全信息分析系統：從行車安全信息系統中獲取行車安全信息數據，負責行車安全宏觀數據分析工作。從安全系統工程、系統可靠性、安全評價以及事故預測等角度分析行車安全信息，進行行車安全評價，為城際軌道交通行車安全管理提供決策數據。
（3）行車安全輔助決策支持系統：根據行車安全信息系統的安全信息數據和行車安全分析系統的分析結果，結合行車安全歷史數據信息和安全專家決策模型制定行車安全輔助決策方案，為安全管理人員提供決策支持。
2）行車安全控制模塊
根據行車安全分析決策模塊以及行車安全信息監測模塊的數據信息，進行城際軌道交通行車安全控制。
3）行車安全信息監測模塊
該模塊是行車安全基礎數據采集模塊，是行車安全信息管理系統信息以及分析系統運行的基礎，一般為三層結構，即數據采集單元、數據接收單元、數據處理/輸出單元。城際軌道交通行車安全信息監測模塊由以下監控系統所組成。
（1）列車運行狀態實時監控系統 主要是負責對列車運行狀況進行實時監控，以獲得列車運行的各種參數。
（2）牽引動力設備實時狀態監控系統 主要是保證控制中心對城際軌道交通供電系統的供電設備的運行狀態進行監測及數據采集。
（3）線路設備實時監測系統 主要負責對線路、橋梁、隧道等線路設備進行實時監控，以采集線路設備的實時動態安全數據。
（4）信號設備實時監控系統 主要負責對車站進路信號、區間通過信號設備的運行狀況進行監控，采集信號設備動態運行數據。
（5）環境監控系統 負責對車站及區間的通風、空調、給排水、照明等設備、作業環境、自然環境進行動態監測。
（6）閉路電視監控系統 負責向城際軌道交通行車安全有關的工作人員（列車調度員、公安指揮人員、車站行車人員及司機）提供城際軌道交通系統車站各個部位列車?？俊?、車門關閉、客流以及安全狀況等方面的現場實時圖像數據信息。
（7）作業人員工作狀態監控系統 負責對行車作業人員實時工作狀態進行監測。
圖2 為城際軌道交通行車安全保障體系邏輯結構圖。
4 城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺
1）安全信息需求
城際軌道交通行車安全保障體系的安全、高效運行依賴安全信息監測模塊采集的數據：列車運行狀態參數數據、牽引動力設備實時運行數據、信號設備運行狀況數據、線路設備監控系統提供的線路設備運行狀況的監控數據、環境監控系統提供的環境指標數據、閉路電視監控系統提供的車站實時狀況信息以及相關行車作業人員的安全信息。
2)安全信息處理模式
城際軌道交通行車安全保障體系各子系統對于數據需求呈現以下特點：
（1）基礎數據采集的共享性
城際軌道交通行車安全保障體系的良好運行依賴行車安全信息監測模塊采集的行車安全基礎信息數據。
（2）現狀數據與歷史數據積累的需求差異
各個子系統對數據的時間要求存在著一定的需求差異，比如各個監控系統關注的是現狀信息以及有關設備以及工作人員的狀態的實時的、動態的信息，而行車安全分析系統以及輔助決策支持系統等關注的是積累的系統行車安全信息的歷史和現狀數據的結合。
（3）數據詳細程度的需求差異
系統的信息管理模塊需要提供的數據要相對簡單，而決策分析模塊所需要的行車安全數據信息要詳細的多，為此城際軌道交通行車安全保障體系應當采用共用數據詳細程度層次方法，來滿足不同的數據服務需求。
城際軌道交通行車安全信息數據采用分級處理模式，其分析處理層次依次為：數據采集層、初級處理層、隱患分析層、決策分析層、全局分析層。行車安全保障體系采取安全數據信息逐層數據行車安全分級控制的處理模式。各處理層功能和任務如下：
（1）數據采集層
數據采集層負責城際軌道交通行車安全保障體系信息數據的實時動態采集。
（2）初級處理程
初級處理層負責將實時采集的數據進行初步過濾，根據內置的處理模塊過濾出有價值的數據，為其他層次的數據處理提供數據共享服務。
（3）隱患分析層
隱患分析層在初級處理層的處理結果基礎上，運用安全系統工程等相關理論和模型對數據的安全性進行分析，逐一給出其安全指標，然后搜索其中安全度最差的數據作為隱患數據。
形成城際軌道交通行車安全第一級控制，同時為決策支持層信息處理提供數據支持。
（4）決策支持層
決策支持層結合上述兩層的處理結果，運用專家決策支持系統提出改進安全生產的措施和建議，為城際軌道交通行車管理部門的安全政策、管理措施提供輔助決策，形成城際軌道交通行車安全的第二級控制
（5）全局分析層
全局分析層從整個城際軌道交通系統安全的角度，結合相關政策法規，分析城際軌道交通系統安全發展趨勢，提供決策與效果的相關性分析，形成城際軌道交通行車安全第三級控制，為最高決策提供支持信息。下圖為城際軌道交通行車安全信息處理模式（圖 3）：
3)城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺
城際軌道交通行車安全保障體系安全信息數據從數據源角度可以劃分為：原始采集數據、初步分析數據、輔助決策數據和全局安全數據；從數據性質可以劃分為：安全信息數據、一般信息數據、隱患信息數據、危險信息數據和事故數據。城際軌道交通行車安全保障體系各子系統在直接通訊情況下，存在以下問題：在各子系統直接進行數據信息傳送的情況下，存在系統共用信息數據缺乏明確的數據維護責任，數據的統一性難以保證，系統接口設計受到其它子系統功能要求的牽制等問題。為此城際軌道交通行車安全保障體系采用共用信息平臺的方式進行系統共用信息的管理和維護：城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺擔負系統共用信息的中轉的職責和任務，各承擔信息數據采集的子系統按照一定的系統規則將共用信息發送給共用數據平臺，由系統共用信息平臺進行規范化處理后加以存儲，根據需求規則或各功能子系統的請求，采用規范化格式將數據信息發送出去，采用共用信息平臺后的城際軌道行車安全保障體系的數據流如下（圖4）：
城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺的確切含義是對整個城際軌道交通系統行車安全共用數據組織結構和傳輸形式的一種規范化定義，以及一個對共用數據信息進行組織、存儲、查詢、通訊等管理服務數據倉庫系統。共用信息平臺的功能如下：
（1）從各子系統中提取共享信息數據，并對多來源渠道、相互不一致的信息數據進行數據融合處理。
（2）完成對于實時數據和歷史數據的組織，以保證數據間關系的正確性、可理解性和避免數據冗余。
（3）根據服務請求和查詢權限對客戶系統提供信息服務，對于自身存放的數據直接加以組織輸出，對于其它子系統存放的細節數據由共用信息平臺提供查詢通道。
城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺具有分布式數據倉庫的特征。下圖（圖5）為城際軌道交通行車安全保障體系共用信息平臺的結構：
5 結 語
城際軌道交通具有客流密集，運輸作業繁忙等特點，為了保證城際軌道交通系統安全高效運行，本文提出建立基于信息技術的城際軌道交通行車安全保障體系。在分析城際軌道交通行車安全保障體系框架結構及其內容的基礎上，討論了城際軌道交通行車安全保障體系的模塊化、信息處理模式以及共用信息平臺等問題。建立行車安全保障體系對于保障城際軌道交通系統行車安全具有重要的現實意義，為保障城際軌道交通系統安全可靠運行提供了構思框架。
參考文獻:
[1] 陳佳玲等.鐵路行車安全保障體系構成及其運用[M].北京：鐵道出版社，1996.
[2] 張殿業.論數字道路交通模式[J].中國公路學報，2001，14（2）.
