張秋亮，楊棟，戴建強

（中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所，北京100081）

0 引言

鐵路作為最重要的大陸性運輸方式，是對我國社會經(jīng)濟發(fā)展起著決定性意義的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。應急平臺建設和應急管理工作是構建社會主義和諧社會的重要方面，建立車站客運智能應急指揮平臺不僅是鐵路部門處置突發(fā)事件的需要，也是國家處置各類突發(fā)事件的迫切要求［1］。目前，在國外具有先進鐵路系統(tǒng)的發(fā)達國家中，日本、法國和德國均建立了全鐵路局的應急指揮中心，用于突發(fā)應急性事件時的統(tǒng)一指揮和調度。我國地鐵、民航等與鐵路系統(tǒng)相近的行業(yè)也都建立了相應的應急指揮系統(tǒng)［2］。鐵路行業(yè)在客運應急指揮方面仍存在以下問題：沒有一個統(tǒng)一指揮、功能完善的智能應急指揮系統(tǒng)；沒有建立起一整套的突發(fā)事件應急指揮閉環(huán)管理流程；缺乏智能化、高效聯(lián)動的應急指揮機制，應急事件處理的時效性不高［3］。

綜上，急需通過車站應急指揮平臺來定義一套完整的突發(fā)事件閉環(huán)管理過程，以便滿足車站應急指揮信息化、智能化的需要，提升車站客運管理部門的應急指揮水平。

1 車站動態(tài)客流預測模型

1.1 建立模型

車站應急指揮中最常見的是大面積晚點和大客流情況，因此，建立車站動態(tài)客流預測模型，實時預測突發(fā)情況下的車站客流意義重大［4］。為建立車站動態(tài)客流預測模型，需分析進入車站的候車旅客數(shù)量和檢票進站的旅客數(shù)量，以實時分析候車區(qū)旅客數(shù)量。

旅客通常會提前到達車站進行候車，提前候車的時間因人而異，但大部分旅客群體的提前候車時間可近似服從高斯分布［5］。對于每趟列車，旅客提前候車的時間x服從均值μ，方差σ2的高斯分布，其概率密度函數(shù)為：

除此之外，仍有少部分旅客會很早來到車站，這部分旅客可能會提前幾個小時來候車，這些提前候車時間不服從高斯分布。由于這部分旅客占比較少，故不研究其提前候車的時間分布，并判定在t0時刻前進站的旅客均為較早進站的旅客。

對任意一趟列車Gx，其圖定開車時間為Kx，總購票旅客數(shù)為Px，在t0時刻前進站的旅客占比為k，則任意時刻t，該次列車的累積候車人數(shù)gx（t）為：

對任意一趟列車Gx，其開檢時間為Jx，檢票口每分鐘旅客檢票進站人數(shù)為Vx，則任意時刻t，該次列車的累積檢票人數(shù)hx（t）為：

因此，任意時刻t，在車站候車區(qū)的旅客總人數(shù)S（t）為：

動態(tài)客流預測模型中，對任意一趟列車Gx，圖定開車時間Kx和開檢時間Jx由列車到發(fā)計劃接口獲得，總購票數(shù)Px由客票數(shù)據(jù)接口獲得。至此，動態(tài)客流預測模型建模完成，可根據(jù)S（t）實時預測車站候車區(qū)的旅客人數(shù)，并以此輔助車站智能應急指揮決策。

1.2 驗證模型

分析上述車站動態(tài)客流預測模型可知：模型的核心部分為每趟車旅客的進站時間的概率分布，并以此判斷t時刻，每趟車的候車旅客人數(shù)。由于人工大量統(tǒng)計旅客進站時間難度很大，故采用實名認證閘機的旅客進站時間進行模型驗證。假設旅客進站選擇實名認證閘機和人工驗票的概率相等，旅客選擇多臺不同實名認證閘機的概率相等，故通過實名認證閘機進站旅客的進站時間概率分布同總體旅客進站時間的概率分布相同，并以此為基礎進行模型驗證。

以在揭陽南站乘坐K800次列車旅客的進站時間為例進行驗證，統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：25%的旅客在開車前4 800 s以前進站，75%的旅客在開車前0～4 800 s內進站，開車前0～4 800 s內進站旅客的進站時間參數(shù)x與概率密度f（x）服從μ=62.5，σ=1的高斯分布：

式中：x為旅客進站時間的變換，變換關系如下：

式中：h、m、s分別表示進站時間信息的小時、分鐘、秒數(shù)，如列車開車時間為18：02，對應的x即為64.92。

統(tǒng)計數(shù)天內旅客通過某實名閘機的進站時間分布見圖1。

圖1 旅客進站時間分布

在圖1中，橫坐標表示時間參數(shù)x，縱坐標表示人數(shù)，每個柱線表示該時間段內進站的旅客人數(shù)。提取開車前0～4 800 s內進站旅客的進站數(shù)據(jù)，繪制柱狀圖，并做歸一化處理，再疊加概率密度函數(shù)f（x），進行數(shù)據(jù)比對（見圖2）。

分析圖2可知，概率密度函數(shù)f（x）與實測數(shù)據(jù)基本相符。進一步地，可通過概率密度函數(shù)f（x）預測出各時刻的已進站旅客人數(shù)，并與實際數(shù)據(jù)進行比對（見表1）。

圖2 數(shù)據(jù)比對

表1 預測進站人數(shù)與實際數(shù)據(jù)比對

從表1可以看出，模型預測的進站人數(shù)與實際進站人數(shù)的平均誤差為6.2%，滿足實際應用需求。

2 智能應急指揮流程設計

調研車站應急處置現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，車站為應對各種突發(fā)事件，發(fā)布了不同的應急處置預案，如車站突發(fā)大客流及動車組列車大面積晚點應急處置預案、售票系統(tǒng)故障應急處置預案、站臺突發(fā)緊急事件需動車組緊急停車應急處置預案等。梳理既有的應急預案，進行模式化、流程化抽象，提煉出應急預案配置、應急預案啟動、應急事件處置、應急處置匯總4個步驟，得到覆蓋突發(fā)事件的事前、事中、事后全過程的智能應急指揮流程（見圖3）。

2.1 應急預案配置

（1）應急預案配置。分析既有應急操作流程，將預案定義為19類。具有預案種類維護權限的操作人員可對這19類預案進行維護（添加、編輯、查詢、刪除）。預案的種類維護主要是設置觸發(fā)預案的條件，設計該類預案對應的操作流程、處理流程、結果的生成方式（Word報告或Excel報表）。

（2）應急預案權限管理。不同的用戶角色擁有不同的預案管理權限，如預案的添加、編輯、查詢、刪除、導入、導出等權限的分配。

2.2 應急預案啟動

（1）預案執(zhí)行流程。完成預案配置以后，系統(tǒng)將定時檢索旅服系統(tǒng)的到發(fā)數(shù)據(jù)、客票系統(tǒng)的售票數(shù)據(jù)、調令數(shù)據(jù)等，并與應急預案進行相關匹配，若發(fā)現(xiàn)與預案相符的情況，系統(tǒng)將向數(shù)據(jù)庫存入1條記錄。同時將記錄的信息在系統(tǒng)界面彈出，當前用戶根據(jù)提示判斷是否啟動應急預案，以及使用哪種方式（短信或者電話）通知該應急預案對應的相關人員。

（2）短信收發(fā)。當系統(tǒng)啟動應急預案、并提示當前系統(tǒng)值守人員，且當前系統(tǒng)值守人員啟動該預案后，系統(tǒng)將使用短信發(fā)送功能，將對應的處理人員信息調出，并使用已經(jīng)設置完成的短信模板，通過一鍵操作的方式，自動生成“啟動時間、事件類別、應急預案等級、自動內容、人工編輯”格式的內容，將短信發(fā)送通知到相關責任人，應急指揮系統(tǒng)記錄提取相關責任人的回復內容并在界面上展示，后臺留存記錄。

2.3 應急事件處理

應急處置的流程如下：

（1）首先是應急指揮系統(tǒng)界面彈出應急通知；

（2）值守人員將通知發(fā)送到相關責任人；

（3）相關責任人回復信息并迅速趕到現(xiàn)場按照預案進入指定崗位；

（4）相關責任人展開工作，做好實情記錄，如發(fā)生新情況及時通知相關負責人建立新的應對方案；

（5）應急指揮相關人員收集已完成的應急事件反饋、處理結果、內容分析、整改措施信息；

（6）應急值班人員將事故按故障類型進行分類，填寫各類事故、故障數(shù)據(jù)，存入應急指揮系統(tǒng)；

（7）應急處理完成，應急值班人員將匯總數(shù)據(jù)生成報告、報表，為工作匯報、未來遠期的數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)。

2.4 應急處置匯總

（1）預案執(zhí)行總結上傳。處置完畢隨后填寫和匯總應急指揮臺日概況表，此表主要用來收集當天各單位的應急值守人員信息、發(fā)生的故障種類及其件數(shù)以及當天的日工作概況信息。應急接警人員能夠自動匯總應急值守人員信息。應急預案完善信息的錄入及統(tǒng)計，后續(xù)可通過該表直觀具體的了解事件概況。

（2）應急指揮分類月度匯總。根據(jù)每日的應急指揮臺日概況表中的應急事件發(fā)生類別及數(shù)量，系統(tǒng)自動統(tǒng)計每個月的應急指揮事件種類及其數(shù)量，并生成二維柱狀圖，以提供按年度和月份的查詢統(tǒng)計和報表導出功能。

3 基于動態(tài)客流預測的應急指揮

基于動態(tài)客流預測的應急指揮通過綜合列車晚點信息和客票售票數(shù)據(jù)進行判決，配置智能化的應急指揮模板，實現(xiàn)智能化應急指揮，其流程見圖4。

圖4 基于動態(tài)客流預測的應急指揮流程

（1）應急預案配置。分析動態(tài)客流的預測數(shù)據(jù)，當動態(tài)客流超過應急閾值后，定義為應急狀態(tài)。根據(jù)動態(tài)客流超過應急閾值的百分比，定義不同應急級別和多級應急預案。此外，需配置每一級應急預案對應的處理人員（人員姓名，性別，職務，聯(lián)系方式等信息）、通知處理人員的方式（短信模板或電話語音）以及處理匯總報表的樣式模板等信息。

（2）應急預案啟動。當出現(xiàn)某一級應急預案對應的情況時，智能應急指揮平臺會彈出確認消息框，進行二次人工確認是否啟動應急預案。應急預案啟動后，通過平臺通知應急預案中配置的聯(lián)系人員，按照應急預案啟動應急專家?guī)?、應急備品庫等資源。

（3）應急事件處理。相關責任人回復信息并迅速趕到現(xiàn)場按照預案進入指定崗位，處理應急情況，為旅客提供席位置換、供餐、換乘等服務，應急方案可根據(jù)實際情況調整。

（4）應急處置匯總。填寫和匯總應急指揮臺日概況表，完善應急預案信息的錄入及統(tǒng)計，后續(xù)可通過該表直觀具體的了解事件概況，協(xié)助完成各類工作匯報，并為日后應急工作提供參考方案。

4 智能應急指揮平臺設計

研究車站智能應急指揮平臺是為了采用人工智能、大數(shù)據(jù)等高科技手段為車站管理人員提供現(xiàn)代化的智能應急指揮方式，提高車站應急指揮管理的信息化和智能化水平，建立科學、高效、規(guī)范的應急指揮機制，構建一整套突發(fā)事件應急指揮閉環(huán)管理平臺［6-7］。最終使車站工作人員能夠及時、正確、有效地完成各類突發(fā)事件的信息收集、事件預防、事中減緩、事后總結，提高應急指揮人員的應急處理能力及案例管理能力［8-10］。

在分析基于動態(tài)客流預測的應急指揮流程的基礎上，設計車站智能應急指揮平臺。車站智能應急指揮平臺主要包括應急資源管理、應急預案管理、應急指揮管理、預測預警管理四大功能模塊（見圖5）。

4.1 應急資源管理

應急資源管理主要是將應急資源進行統(tǒng)一的管理和調度。保證在突發(fā)事件發(fā)生時，能夠及時準確地發(fā)揮應急資源的作用。應急資源信息保存在業(yè)務信息庫中，可以在GIS地圖上直觀顯示出來，在指揮調度和綜合研判中起到重要的輔助作用。應急資源管理對象包括車站站內及周邊的救援隊、公安消防、專家、監(jiān)控站、污染源、物資保障、通訊保障、運輸保障、醫(yī)療保障、避難場所等信息。實現(xiàn)對局內、站內相關應急單位及相關人員的信息錄入管理。包括：各站段、鐵路局集團公司指揮中心、安監(jiān)處、客運處、客運值班室等聯(lián)系方式；各地市、應急辦、醫(yī)療、防洪辦、消防、民警等聯(lián)系方式；各站站區(qū)相關工作人員的聯(lián)系方式。同時，建立車站應急指揮GIS地圖，直觀展示車站周邊應急資源分布情況。

圖5 車站智能應急指揮平臺功能設計

4.2 應急預案管理

應急預案是根據(jù)突發(fā)事件的處置流程，在事態(tài)發(fā)展即時信息的基礎上，形成全面、具體、針對性強的直觀高效的預案，使預案的制定和執(zhí)行過程規(guī)范化［11］。主要包括如下幾個管理內容：

（1）預案種類維護：通過對鐵路局集團公司、車站及所屬各站的應急預案信息的收集、分析，整理出應急預案的種類，并在該系統(tǒng)中提供應急預案種類的維護功能。

（2）應急預案權限管理：通過權限分配，管理員根據(jù)車站需求實時更新應急預案并修改權限信息。

（3）應急預案維護列表：根據(jù)等級、種類維護預案信息，錄入形成預案知識庫。根據(jù)預案等級增加預案、滿足管理員對預案等級的定義維護。

（4）應急預案編制：應急預案編制包括預案模型管理、預案組織管理、預案任務管理、預案流程管理、預案資源管理等。實現(xiàn)預案的編制過程，即建立預案任務模型、組織模型、流程模型、資源模型、專題圖模型等，實現(xiàn)預案的數(shù)字化調用和展示。

4.3 應急指揮管理

應急指揮管理包括：應急預案啟動、應急事件處置、應急處置匯總、應急值守管理4個部分。

（1）應急預案啟動：應急管理部門啟動應急預案，可根據(jù)大面積晚點、大面積停運等信息自動啟動，也可依據(jù)現(xiàn)場實際情況來自主判斷是否啟動應急預案及應急預案等級，并可通過短信、電話、APP應用等方式下發(fā)預警信號。

（2）應急事件處置：定義應急指揮人員及車站的應急處理機制。應急指揮人員按照智能應急平臺的操作流程，將應急事件信息通知應急領導小組各部門值守人員，及車站、車輛段相關領導，確認跟蹤現(xiàn)場處理最新進度，記錄各部門值守人員反饋的處理結果。車站應急處置則需要通過應急系統(tǒng)展示晚點列車詳細信息，包括：計劃、實際停靠股道、晚點時間、換乘人數(shù)等；提供應急供餐，為晚點列車旅客提供免費食物。

（3）應急處置匯總：應急事件處置完畢后，填寫和匯總應急指揮臺日概況表，此表主要用來收集當天各單位的應急值守人員信息、發(fā)生的故障種類及其件數(shù)以及當天的日工作概況信息。應急接警人員能夠自動匯總應急值守人員信息。

（4）應急值守管理：包括值班管理和交接班管理，值班管理是對車站應急值守人員值班情況進行管理，值班信息登記完后，如當天有普通事件發(fā)生，可對該種事件進行登記，并進行報送處理。交接班管理用于將未完成的工作進行交接。

4.4 預測預警管理

預測預警功能的風險源閾值的設置遵循統(tǒng)一設定的原則，一旦某個風險源的實時數(shù)據(jù)超出閾值范圍，則會在系統(tǒng)首頁進行預警提醒，保證相關人員在第一時間收到消息并進行處理。將車站所有預測預警信息統(tǒng)一管理，歸于一處進行預警，方便日常安全監(jiān)控。此外，還可靈活配置各種預測預警機制到應急指揮預案，實現(xiàn)智能化應急判斷。

（1）車站客流動態(tài)預測：通過接入列車晚點信息、客票售票信息，基于車站客流動態(tài)預測模型，實時預測車站動態(tài)客流。

（2）接車計劃變更預警：通過接入列車正晚點和列車?？抗傻佬畔ⅲ斀榆囉媱澃l(fā)生變更時，對應急指揮人員進行變更預警，并發(fā)送預警信息給應急指揮人員。

（3）晚點列車預警：按照提前預訂的時間周期對晚點列車匯總后，將信息發(fā)送給應急指揮人員，進行晚點列車信息的預警。

（4）客調命令預警：通過抽取客調命令的關鍵信息，推送給應急指揮人員，實現(xiàn)對客調命令的預警。

5 結束語

從車站智能應急指揮的角度出發(fā)，創(chuàng)新性地提出車站動態(tài)客流預測模型，分析車站智能應急指揮流程，設計基于動態(tài)客流預測的車站智能應急指揮平臺。相比于傳統(tǒng)應急指揮，具有如下創(chuàng)新：統(tǒng)一規(guī)劃數(shù)據(jù)共享，避免產(chǎn)生信息孤島；實現(xiàn)應急指揮過程的流程再造，對傳統(tǒng)手工模式下的應急指揮流程進行信息化、智能化改造；用智能化手段實現(xiàn)精細化、規(guī)范化、智能化管理目標。建設基于動態(tài)客流預測的車站智能應急指揮平臺，可有效做到事前預防、事中減緩、事后總結的閉環(huán)管理過程，達到建立統(tǒng)一指揮、功能完善、反應靈敏、高效智能的應急機制的目的，有效保護旅客的人身和財產(chǎn)安全，保證車站的安全穩(wěn)定運營。