任龍龍，郭 松，孫鵬舉，羅玉屏，胡大欣

REN Longlong1, GUO Song2, SUN Pengju3, LUO Yuping1, HU Daxin4

（1.石家莊鐵道大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.中國(guó)鐵路成都局集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸部，四川 成都 610000；3.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081；4.中國(guó)鐵路沈陽(yáng)局集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸部，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

(1.School of Traffic and Transportation, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang 050043, Hebei, China； 2.Department of Transportation, China Railway Chengdu Group Co., Ltd., Chengdu 610000, Sichuan, China; 3.Transportation & Economic Research Institute, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 100081, China)

高速鐵路應(yīng)急處置預(yù)案是對(duì)典型故障、突發(fā)事件、搶險(xiǎn)維修、災(zāi)害天氣等場(chǎng)景的應(yīng)急管理、指揮和救援計(jì)劃，能夠提高高速鐵路突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)能力，保證高速鐵路行車(chē)安全[1]。高速鐵路應(yīng)急演練不僅是對(duì)應(yīng)急預(yù)案的完善和修正，而且是對(duì)運(yùn)營(yíng)人員故障處置和應(yīng)急響應(yīng)能力的檢驗(yàn)。通過(guò)分析高速鐵路應(yīng)急演練的影響因素，構(gòu)建高速鐵路應(yīng)急演練定量化評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)高速鐵路應(yīng)急演練定量化評(píng)價(jià)，能夠驗(yàn)證預(yù)案的適應(yīng)性和檢驗(yàn)人員應(yīng)急響應(yīng)能力，積累突發(fā)事件應(yīng)急救援經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)急處置能力的提升。

1 高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 評(píng)價(jià)影響因素分析

制定適合于高速鐵路應(yīng)急演練的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，需要預(yù)先對(duì)高速鐵路應(yīng)急演練相關(guān)評(píng)價(jià)影響因素進(jìn)行分析，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）高速鐵路應(yīng)急救援堅(jiān)持以人為本和安全優(yōu)先的原則，準(zhǔn)確規(guī)范的處置是確保安全的必要條件，高速鐵路應(yīng)急演練的評(píng)價(jià)需要能夠檢驗(yàn)操作人員處置故障的能力，對(duì)作業(yè)流程是否符合規(guī)范，有無(wú)違反《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》等規(guī)章做出評(píng)判[2]。

（2）高速鐵路吸引旅客的重要因素是運(yùn)行速度快和發(fā)車(chē)間隔短，這也導(dǎo)致高速鐵路運(yùn)行密度大，一旦發(fā)生故障將會(huì)引發(fā)一系列的列車(chē)晚點(diǎn)，高速鐵路應(yīng)急演練的評(píng)價(jià)需要能夠?qū)收咸幚淼臅r(shí)長(zhǎng)做出評(píng)判[3]。

（3）高速鐵路的運(yùn)營(yíng)是復(fù)雜的綜合體系，故障的處理需要“車(chē)、機(jī)、工、電、輛、供、通、客”系統(tǒng)中全部或部分協(xié)調(diào)配合，并且高速鐵路橋梁隧道密集，增加了應(yīng)急救援難度，因而應(yīng)急演練的評(píng)價(jià)應(yīng)對(duì)各個(gè)工種的配合程度做出評(píng)判[4]。

（4）高速鐵路應(yīng)急演練應(yīng)切實(shí)提升高速鐵路作業(yè)人員應(yīng)急處置的能力，演練過(guò)程中故障是否實(shí)際處理，作業(yè)過(guò)程中有無(wú)其他人員指導(dǎo)，是否在非預(yù)知的情況下進(jìn)行也是影響應(yīng)急演練效果的重要條件，在應(yīng)急演練評(píng)價(jià)中需要綜合考慮這些因素。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建方法

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建需要能反映高速鐵路應(yīng)急演練的效果，考慮高速鐵路應(yīng)急演練的影響因素及指標(biāo)的可量化能力，應(yīng)滿足其合理性和全面性。德?tīng)柗品╗5]能充分發(fā)揮各位專家的作用，把專家意見(jiàn)的分歧表達(dá)出來(lái)，取各家之長(zhǎng)，避各家之短，較為全面地探究高速鐵路應(yīng)急演練場(chǎng)景的評(píng)價(jià)指標(biāo)內(nèi)容，在此運(yùn)用德?tīng)柗品▽?duì)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層指標(biāo)進(jìn)行確定，其步驟如下。①確定高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)內(nèi)容，準(zhǔn)備相關(guān)調(diào)研的高速鐵路應(yīng)急演練材料及各項(xiàng)說(shuō)明要求。②成立專家小組，邀請(qǐng)高速鐵路應(yīng)急方面有資深研究的專家，向?qū)＜姨峁┱{(diào)研內(nèi)容、相關(guān)要求及必要材料。③專家通過(guò)相關(guān)材料和自身認(rèn)知，填寫(xiě)高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)調(diào)查表。④分析整理返回的調(diào)查表，根據(jù)專家意見(jiàn)制定第二次專家調(diào)查表，連同前一次的意見(jiàn)反饋給專家。⑤再次對(duì)回收的調(diào)查表分析整理，往復(fù)進(jìn)行，直到專家意見(jiàn)不改變?yōu)橹埂?/p>

1.3 高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.3.1 準(zhǔn)則層指標(biāo)確定

通過(guò)調(diào)研，充分考慮科學(xué)、獨(dú)立和完整的原則[6]，以高速鐵路應(yīng)急演練預(yù)案優(yōu)化和效果體現(xiàn)為目標(biāo)，提出高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的初始準(zhǔn)則為規(guī)范性、協(xié)作性、合理性、全面性、時(shí)效性、適應(yīng)性、崗位表現(xiàn)和場(chǎng)景設(shè)置8項(xiàng)[7]，采用德?tīng)柗品ù_定演練評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則層指標(biāo)，具體如下。

（1）專家權(quán)威性。專家的權(quán)威程度通常由專家本身的學(xué)術(shù)造詣、指標(biāo)判斷的依據(jù)和研究?jī)?nèi)容的熟悉程度決定。通過(guò)計(jì)算專家權(quán)威度均符合要求。

（2）問(wèn)卷結(jié)果分析。第一輪專家調(diào)查結(jié)果顯示合理性、全面性和適應(yīng)性的平均數(shù)低于5，部分專家認(rèn)為應(yīng)該將崗位表現(xiàn)和場(chǎng)景設(shè)置單獨(dú)拿出來(lái)，在場(chǎng)景評(píng)價(jià)的整體層面上對(duì)演練進(jìn)行折算。按照專家的意見(jiàn)進(jìn)行第二輪問(wèn)卷調(diào)查，專家認(rèn)為應(yīng)該將崗位表現(xiàn)和場(chǎng)景設(shè)置單獨(dú)拿出來(lái)，在場(chǎng)景評(píng)價(jià)的整體層面上對(duì)演練進(jìn)行折算，權(quán)重所占比例各為10%。

（3）準(zhǔn)則層指標(biāo)確定。專家認(rèn)為崗位表現(xiàn)和場(chǎng)景設(shè)置雖不屬于作業(yè)層面卻對(duì)演練的整體效果有影響，因而在演練的作業(yè)層面不必考慮，但在演練的實(shí)際效果層面需要考慮其所帶來(lái)的影響。在演練作業(yè)層面上以規(guī)范性、協(xié)作性、時(shí)效性3項(xiàng)指標(biāo)作為演練評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則層指標(biāo)，再以具體場(chǎng)景為研究對(duì)象，得到各準(zhǔn)則層下相應(yīng)的指標(biāo)層指標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.3.2 指標(biāo)層指標(biāo)的選取原則

指標(biāo)層指標(biāo)的選取需要遵循一定的原則，具體如下。①規(guī)范性。以演練人員有無(wú)按規(guī)定進(jìn)行處置、有無(wú)違反《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》等規(guī)章及處置作業(yè)是否符合規(guī)范等作為量化依據(jù)。②協(xié)作性。以各工種之間的配合程度及有無(wú)推諉扯皮等作為量化依據(jù)。③時(shí)效性。以各階段完成時(shí)間所處的測(cè)度范圍作為量化依據(jù)。

2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)

2.1 評(píng)價(jià)模型特點(diǎn)分析

評(píng)價(jià)模型需要能結(jié)合構(gòu)建的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)演練做出量化的評(píng)價(jià)。根據(jù)高速鐵路應(yīng)急演練的實(shí)際情況和影響因素，應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型具備以下特點(diǎn)。

（1）非線性映射。高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)效果的基礎(chǔ)性工作是評(píng)價(jià)指標(biāo)模型的構(gòu)建，實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中，各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間相互影響，呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性關(guān)系，因而需要建立非線性評(píng)價(jià)模型。

（2）大數(shù)據(jù)分析。高速鐵路應(yīng)急演練樣本數(shù)量豐富，以往演練過(guò)程中存在的問(wèn)題比較鮮明，重點(diǎn)卡控部位相對(duì)明確，具有很大的參考價(jià)值，在應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型構(gòu)建中，應(yīng)盡可能利用量化的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)演練效果進(jìn)行客觀、科學(xué)地分析評(píng)價(jià)。

（3）多層次結(jié)構(gòu)。高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型是多層次系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要從多個(gè)層面來(lái)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且演練流程之間具有關(guān)聯(lián)性，需要考慮各評(píng)價(jià)項(xiàng)點(diǎn)權(quán)重的量化。

2.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法是一種交互式的定量化評(píng)價(jià)方法，通過(guò)模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)，根據(jù)期望輸出不斷修改指標(biāo)權(quán)值，直到用戶滿意為止。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的非線性映射能力和柔性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[8]，其通過(guò)分析大量樣本數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，解決人為選取權(quán)重的不精確和評(píng)價(jià)影響因素復(fù)雜的問(wèn)題。結(jié)合基于具體場(chǎng)景的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型，具體步驟如下。

（1）評(píng)價(jià)模型隱含層數(shù)量。單隱含層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以映射所有連續(xù)函數(shù)，設(shè)置BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型為3層，其中隱含層數(shù)為1層。

（2）評(píng)價(jià)模型隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)。評(píng)價(jià)模型隱含層節(jié)點(diǎn)的功能是從高速鐵路應(yīng)急演練場(chǎng)景樣本數(shù)據(jù)中提取和存儲(chǔ)內(nèi)部規(guī)則。采用經(jīng)驗(yàn)公式確定隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)范圍，其中x為輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)，y為輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)，a是1至10之間的常數(shù)。使用試錯(cuò)法進(jìn)行最佳隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的確定。

（3）評(píng)價(jià)模型輸入輸出層。先以高速鐵路應(yīng)急演練場(chǎng)景的指標(biāo)層指標(biāo)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，將準(zhǔn)則層指標(biāo)作為輸出層，然后再用準(zhǔn)則層指標(biāo)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，將演練場(chǎng)景預(yù)案優(yōu)化及演練效果得分作為輸出層。

（4）評(píng)價(jià)模型訓(xùn)練與檢驗(yàn)。模型構(gòu)建后，將高速鐵路應(yīng)急演練場(chǎng)景樣本數(shù)據(jù)隨機(jī)分成2部分用作訓(xùn)練和檢驗(yàn)。

基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Architecture of evaluation model of high-speed railway emergency drills based on BP neural network

3 案例分析

以“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”場(chǎng)景作為研究對(duì)象，選取近年來(lái)高速鐵路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)前運(yùn)行試驗(yàn)期間100條線路“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”場(chǎng)景的應(yīng)急演練數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

結(jié)合“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”場(chǎng)景構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，其中規(guī)范性準(zhǔn)則反映出受電弓掛異物后各個(gè)崗位人員處置的合理性及有無(wú)違反規(guī)定，協(xié)作性準(zhǔn)則反映出列車(chē)調(diào)度員、司機(jī)、隨車(chē)機(jī)械師和列車(chē)長(zhǎng)之間的配合程度，時(shí)效性準(zhǔn)則反映出從發(fā)現(xiàn)受電弓掛異物到緊急處置及故障處理完畢恢復(fù)正常運(yùn)行所用時(shí)間，構(gòu)建基于“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”場(chǎng)景的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 基于“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”場(chǎng)景的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 High-speed railway emergency drill evaluation index system based on the scenario of“the pantograph failure caused by intrusion and the on-board mechanic climbs to the train top to handle the failure”

3.2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

以演練場(chǎng)景的指標(biāo)層作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層，將演練場(chǎng)景的準(zhǔn)則層作為輸出層，然后再以3個(gè)準(zhǔn)則層作為輸入層，將演練場(chǎng)景預(yù)案優(yōu)化及演練效果作為輸出層。基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型，包含3個(gè)基于準(zhǔn)則層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型和1個(gè)基于目標(biāo)層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型。邀請(qǐng)專家對(duì)以往該場(chǎng)景寫(xiě)實(shí)記錄進(jìn)行分析回顧，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)層量化處理，給出準(zhǔn)則層面分?jǐn)?shù)，保留以往的最終效果得分，得到100組數(shù)據(jù)。將其中90組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，剩余10組數(shù)據(jù)作為檢測(cè)樣本。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使樣本的數(shù)值介于0和1之間。基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型流程如圖2所示。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)等于其下屬指標(biāo)數(shù)，采用MATLAB軟件運(yùn)算，通過(guò)試錯(cuò)法確定最佳隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，構(gòu)建各BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如表2所示。

對(duì)樣本進(jìn)行訓(xùn)練，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)最大訓(xùn)練次數(shù)為10 000，精度е= 0.000 1，創(chuàng)建BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，將剩余10組的檢測(cè)樣本導(dǎo)入模型進(jìn)行驗(yàn)證，得到各BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，4個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的自檢正確率均為100%，檢驗(yàn)正確率最低為99.45%，在可接受的范圍內(nèi)，說(shuō)明訓(xùn)練效果較好，結(jié)果有效。因此，4個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型可以運(yùn)用到“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)中。

選取近年來(lái)100條線路運(yùn)行試驗(yàn)中“受電弓掛異物，隨車(chē)機(jī)械師登頂處置”場(chǎng)景的數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，以其中10條線路中該場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)分析，以過(guò)往評(píng)價(jià)組專家對(duì)該場(chǎng)景的評(píng)分作為期望輸出，將指標(biāo)層的指標(biāo)值輸入訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，各BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的測(cè)試結(jié)果如表4所示。

圖2 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)模型流程Fig.2 Process of evaluation model of high-speed railway emergency drills based on BP neural network

表2 各BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 個(gè)Tab.2 Network structure of each BP neural network evaluation model

表3 各BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Verification results of each BP neural network evaluation model

表4 各BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型的測(cè)試結(jié)果Tab.4 Test results of each BP neural network evaluation model

通過(guò)比較3個(gè)基于準(zhǔn)則層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型可得，準(zhǔn)則層規(guī)范性指標(biāo)B1中列車(chē)調(diào)度員關(guān)于準(zhǔn)許登頂手續(xù)的辦理C13和車(chē)上工作人員關(guān)于登頂?shù)臏?zhǔn)備及登頂作業(yè)C15相對(duì)重要；準(zhǔn)則層協(xié)作性指標(biāo)B2中司機(jī)與列車(chē)調(diào)度員C22的信息交互相對(duì)重要；準(zhǔn)則層時(shí)效性指標(biāo)B3中從隨車(chē)機(jī)械師申請(qǐng)登頂?shù)骄邆涞琼敆l件所用時(shí)間C32和從具備登頂條件到故障處理完成所用時(shí)間C33相對(duì)重要。分析場(chǎng)景預(yù)案優(yōu)化及演練效果評(píng)價(jià)模型中的失分部分，可得準(zhǔn)則層規(guī)范性指標(biāo)所占比重較大，如得分最低的場(chǎng)景6中隨車(chē)機(jī)械師與司機(jī)關(guān)于登頂作業(yè)的申請(qǐng)C12和隨車(chē)機(jī)械師、司機(jī)等工作人員關(guān)于登頂前的確認(rèn)C14是本次演練的薄弱項(xiàng)點(diǎn)，需重點(diǎn)加強(qiáng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

高速鐵路應(yīng)急演練能夠驗(yàn)證高速鐵路應(yīng)急處置預(yù)案的適應(yīng)性，檢驗(yàn)相關(guān)人員的應(yīng)急響應(yīng)能力，促進(jìn)運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)急處置能力的提升?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高速鐵路應(yīng)急演練評(píng)價(jià)研究，從準(zhǔn)則層和目標(biāo)層分別構(gòu)建了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)場(chǎng)景演練的定量化評(píng)價(jià)，反映出應(yīng)急演練場(chǎng)景中的薄弱項(xiàng)點(diǎn)及演練效果，為實(shí)際演練場(chǎng)景的評(píng)判提供一個(gè)量化、可操作性的評(píng)判依據(jù)，進(jìn)而優(yōu)化高速鐵路應(yīng)急演練的預(yù)案和提高對(duì)高速鐵路故障應(yīng)急處置的效率。