一种轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统的制作方法

本发明涉及一种轨道交通安全的评估方法，尤其是涉及一种轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统。

背景技术：

随着轨道交通的快速发展，越来越多的城市已建成轨道交通网络，轨道交通路网安全与高效运行成为重要的发展需求。在网络化运营模式下，影响正常行车秩序的突发事件不仅会造成相邻车站乘客的出行延误与整条线路行车计划的紊乱，更会对路网的列车运行与乘客出行产生联动影响。综合考虑突发事件对路网的影响并制定应急救援策略，从车站、线路和路网三个层级协同疏导乘客聚集流向与协同调整列车运行状态，可有效疏运乘客，减少突发事件影响，确保轨道交通系统安全稳定运行。

当前轨道交通运营指挥工作仍以单线和经验管理形式为主，缺乏量化风险评估与网络化协同管控技术，在突发事件发生后难以快速制定出最优运行方案协同管控路网列车运行，难以提升列车正常运行状态的快速恢复和聚集乘客快速疏散的效率。

现有技术集中在常态下的轨道交通网络客流分配、单线调度模拟仿真，以及运营中断下的客流分配、公交桥接组织、乘客路径选择等方面，其中仿真模拟技术以经济、有效等优势被很多学者广泛研究和应用，但现有技术难以满足轨道交通对车线网级的行车和客流安全管控及数字化模拟的技术需求，对突发事件的模拟较为简化缺乏具体事件整个过程和影响的数字化模拟与真实呈现，且未体现应急处置过程的模拟与效果综合评估。

因此，目前轨道交通路网应急救援仿真与评估技术的主要缺点集中在：

(1)目前轨道交通运营公司运用的行车综合监控系统，以单线行车信息监控和经验式管理为主，缺乏可展现突发事件处理过程的路网级行车与客流综合监测技术，应急救援策略与路网实况协同控制措施存在差异。

(2)现有单线调度仿真系统可模拟突发事件下的行车调度，但未涉及客流变化情况的模拟，未对路网其他线路行车及客流产生联动影响，难以科学选择最快恢复路网行车和乘客出行秩序的应急处置方案。

(3)现有技术对突发事件的影响及应急救援过程模拟较为简化，通常设置为某区段故障或运营中断，而轨道交通运营中可能会面临几十种不同类型的突发事件，不同突发事件对轨道交通路网产生的影响不同，以故障与中断笼统的模拟突发事件，难以真实的模拟实际生产突发事件对路网产生的影响，并且在整个过程中运营人员选取应急救援策略进行应急处置的关键过程也缺乏准确的仿真。

(4)现有预案生成技术可根据突发事件特征从数字化预案中匹配出处置要点供运营人员应急处置参考，但由于轨道交通路网的不断发展与当时预案编制条件限制，在当前轨道交通网络条件下预案提供的处置策略是否效果最优，仍缺乏有效的评判手段。

(5)现有路网仿真技术对轨道交通路网突发事件的仿真缺乏车站、线路与车站级的联动与切换，难以透彻掌握路网各层级状态和综合联控，以统计常用客流与行车指标并提供可视化展示为主，运营人员应急处置的效果评价较为客观。

(6)现有技术对轨道交通路网模型的构建方法较为复杂，通常需要复杂的编程实现对路网模型的修改，而随着轨道交通的快速发展，路网模型会有不断地完善与调整，基于编程技术实现路网模型的修改与参数设定对轨道交通运营人员技术性要求较高，持续性升级系统会造成费用与时间成本的增加，便捷性较差。

技术实现要素：

本发明提供了一种轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统，用于克服上述现有技术存在的缺陷，其技术方案如下所述：

一种轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统，包括仿真环境配置模块、常态仿真控制模块、应急仿真控制模块和系统配置管理模块；

所述仿真环境配置模块用于为常态仿真控制模块提供路网模型构建、参数配置，为应急仿真控制模块提供突发事件库管理与配置，与系统配置管理模块交互实现仿真控制；

所述常态仿真控制模块基于用户构建路网模型，实现列车与客流常态化仿真，与系统配置管理模块传递数据；

所述应急仿真控制模块能够根据仿真环境配置模块以触发事件实现常态向应急状态的转化，经应急处置后转化为常态仿真，并与系统配置管理模块交互数据；

所述系统配置管理模块用于与仿真环境配置模块、常态仿真控制模块、应急仿真控制模块进行数据交互，提供与生产系统的接口，实现数据存储、计算与可视化展示。

所述仿真环境配置模块包括管理员配置模式和用户配置模式；

所述管理员配置模式用于实现用户管理、路网模型构建、常态仿真配置、突发事件管理、救援策略管理与评估设置；

所述用户配置模式用于实现路网实时状态仿真与突发事件应急演练评估，应急演练评估模式可实现突发事件情景、应急处置模拟、仿真进度控制与评估分析。

所述常态仿真控制模块包括路网建模模块、列车运行仿真模块和客流仿真模块；

所述路网建模模块通过使用建模组件构建轨道交通路网模型，并根据轨道交通路网的发展对已构建模型进行更新；

所述列车运行仿真模块用于实现列车、信号机、道岔和进路之间的联锁运行，列车根据运行图/时刻表与行车组织方案在路网中模拟运行；

所述客流仿真模块用于实现实时动态显示客流数据，以及车站模型微观仿真与路网仿真的灵活切换。

所述应急仿真控制模块包括突发事件模块和应急救援策略仿真模块；

所述突发事件模块用于设置突发事件库、突发事件触发形式与突发事件联动影响效果；

所述应急救援策略仿真模块用于设置行车组织方案与客流组织方案调整策略。

所述系统配置管理模块包括接口模块、仿真控制模块、数据管理与可视化模块；

所述接口模块用于使系统与轨道交通运营单位的ats、afc、fas系统数据互联，实现路网实时运营状态仿真，实现车站、线路、路网三级联动与切换，实现不同层级的实时切换与状态查看；

所述仿真控制模块用于实现系统的启动/暂停、仿真速度控制、界面缩放与动态调整；

所述数据管理与可视化模块用于实现系统数据存储、关键指标数据统计与演练评估分析，并实现数据与分析结果在仿真界面的可视化展示。

所述仿真环境配置模块通过建模组件构建并更新路网模型，所述建模组件包括车站、轨道、信号机；所述常态仿真控制模块基于路网模型导入有基础数据，所述基础数据包括列车时刻表、afc数据、列车编组计划；所述应急仿真控制模块基于路网模型和基础数据，添加有突发事件参数，所述突发事件参数包括突发事件类型、事件触发条件、事件时长；所述应急仿真控制模块对应有应急处置策略，所述应急处置策略通过应急预案作为关键元素。

所述路网建模模块能够显示车站微观仿真模型，车站环境模型、车站设施设备模型、列车模型、乘客模型、运营人员模型；所述列车运行仿真模块能够显示列车型号、车次号、列车满载率；所述客流仿真模块能够显示各车站当前进出站、站台滞留人数、进站排队人数，并以不同颜色表示该车站当前客流等级。

所述应急仿真控制模块的突发事件模块，根据用户预设的突发事件参数与触发条件，基于机器学习、客流动态分配实现路网范围内生成突发事件，产生相应的列车运行延误、运行图改变、客流积压联动影响。

所述应急仿真控制模块的应急救援策略仿真模块，通过调整行车组织方案和客流组织方案实现，其中，运营人员能够通过修改列车运行图/时刻表的形式调整行车调整策略调整列车运行状态，不同的列车调整策略会对后续列车运行状态、车站滞留客流人数等产生联动影响；车站客流组织方案通过限流、封站、清客组织策略实现，相应范围呈现乘客向站外疏散、站内人数减少、进站速度减慢甚至暂停进站的效果。

所述系统配置管理模块联接本系统内部模块与外部生产系统，接收轨道交通生产系统行车与客流数据，根据仿真环境配置信息可视化仿真路网正常与应急状态，处理分析仿真过程数据以及评估运营人员应急预案的有效性。

所述轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)实现路网级常态与突发事件下的行车和客流状态仿真及真实呈现，为选择路网级应急救援最优策略提供技术手段，系统提供的运营仿真与演练评估模式，不仅可实现生产环境下路网行车、客流状态监测与仿真为突发事件的处置提供辅助决策，也可实现模拟状态下的应急救援演练为运营人员应急处置能力与预案有效性的评估提供技术手段，充分满足轨道交通运营公司生产与安全管理需求，为保障轨道交通系统安全提供技术支撑。

(2)实现车站、线路、路网三级联动与协同控制，可提高路网仿真精度，可透彻掌握路网各层级的实时状态并综合联控，根据各层级具体情况采取针对性应急救援策略，增强运营控制的实时性和有效性。

(3)实现突发事件影响与处置过程的仿真，实现根据突发事件类型对行车与客流状态产生相应的影响，使运营人员可采取更有针对性的应急救援策略，并可视化展示应急处置过程，提高仿真与现实状态变化的符合度。

(4)实现运营人员应急处置能力评价，实现突发事件下路网运营状态仿真，时间与事件的指定与随机模式，可充分满足安全管理部门对运营人员应急处置能力的考核与评价需求，更具针对性地提高运营人员应急处置能力。

(5)实现应急预案有效性评价，通过调整应急预案并在路网的特定状态下进行实施，统计行车与客流状态关键指标，评价应急预案提供的应急救援策略是否最优，为应急预案的有效性评价与优化提高有效的技术手段。

(6)实现路网模型的便捷性构建，利用组件构建轨道交通网络模型，可快速搭建与更新路网模型并进行参数配置，降低模型构建的难度，增强路网模型与实际路网的同步性，减少软件编程所耗费的时间与费用成本。

附图说明

图1是所述轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统的系统功能架构图；

图2是所述轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，所述轨道交通路网应急救援策略仿真与评估系统，包括仿真环境配置模块、常态仿真控制模块、应急仿真控制模块和系统配置管理模块。

仿真环境配置模块用于为常态仿真控制模块提供路网模型构建、参数配置，为应急仿真控制模块提供突发事件库管理与配置，与系统配置管理模块交互实现仿真控制；常态仿真控制模块，基于用户构建路网模型，实现列车与客流常态化仿真，与系统配置管理模块传递数据；应急仿真控制模块，根据仿真环境配置模块以触发事件实现常态向应急状态的转化，经应急处置后转化为常态仿真，并与系统配置管理模块交互数据；系统配置管理模块，用于与仿真环境配置模块、常态仿真控制模块、应急仿真控制模块进行数据交互，提供与生产系统的接口，实现数据存储、计算与可视化展示。

仿真环境配置模块由管理员配置模式和用户配置模式组成。管理员配置模式可实现用户管理、路网模型构建、常态仿真配置、突发事件管理、救援策略管理与评估设置等，用户配置模式可实现路网实时状态仿真与突发事件应急演练评估，应急演练评估模式可实现突发事件情景、应急处置模拟、仿真进度控制与评估分析等。

仿真环境配置模块通过车站、轨道、信号机等建模组件构建并更新路网模型，为系统仿真提供基础环境；基于路网模型，通过导入列车时刻表、afc数据、列车编组计划等基础数据，实现路网常态运营仿真配置；基于常态仿真控制配置，添加突发事件类型、事件触发条件、事件时长等突发事件参数，为突发事件触发提供技术数据配置；相应的，将应急预案按关键元素分解并导入应急处置策略，为应急仿真控制模块提供可重组性方案。

常态仿真控制模块由路网建模模块、列车运行仿真模块和客流仿真模块组成。路网建模模块可使用建模组件便捷地构建轨道交通路网模型并根据轨道交通路网的发展对已构建模型进行更新；列车运行仿真模块可实现列车、信号机、道岔和进路之间的联锁运行，列车根据运行图/时刻表与行车组织方案在路网中模拟运行；客流仿真模块可实现实时动态显示路网各车站当前客流量、站台滞留人数、进站排队人数等客流数据以及车站模型微观仿真与路网仿真的灵活切换。

常态仿真控制模块基于仿真环境配置模块使用基础建模组件搭建的路网环境和导入的路网配置基础数据，实现列车、信号机、道岔和进路之间的联锁运行，列车根据运行图/时刻表与行车组织方案在路网中模拟运行，通过动态客流分配技术实现列车与客流的动态匹配；路网运行模式下通过路网、线路、车站三级联动，实现路网的综合监控与协同管理，三者间的仿真过程可灵活进行切换；路网级模式动态显示各车站当前进出站、站台滞留人数、进站排队人数等客流数据，并以不同颜色表示该车站当前客流等级；当选中某个车站，可显示该车站微观仿真模型，车站环境模型、车站设施设备模型、列车模型、乘客模型、运营人员模型等，并根据车站的客流特性对各模型参数进行标定；列车在路网联动运行并可视化展示，点击列车显示列车型号、车次号、列车满载率等信息。

应急仿真控制模块由突发事件模块和应急救援策略仿真模块组成。突发事件模块可设置突发事件库、突发事件触发形式与突发事件联动影响效果，应急救援策略仿真模块可设置行车组织方案与客流组织方案调整策略，可实现以不同方案及多种方案联合的形式处置突发事件，并根据不同的策略类型对行车与客流状态产生相应的影响。

应急仿真控制模块基于路网常态运营仿真状态，在应急仿真控制模式下根据用户预设的突发事件参数与触发条件，基于机器学习、客流动态分配技术实现路网范围内生成突发事件产生相应的列车运行延误、运行图改变、客流积压等联动影响；应急救援模式可通过调整行车组织方案和客流组织方案实现，其中，运营人员可通过修改列车运行图/时刻表的形式调整行车调度计划、列车交路计划、列车跳停方案等行车调整策略调整列车运行状态；不同的列车调整策略会对后续列车运行状态、车站滞留客流人数等产生联动影响；车站客流控制策略通过限流、封站、清客等客流组织策略实现，相应范围呈现乘客向站外疏散、站内人数减少、进站速度减慢甚至暂停进站等效果；突发事件处置完毕后可实现路网应急状态向常态的转化。

系统配置管理模块由接口模块、仿真控制模块、数据管理与可视化模块组成。接口模块可使系统与轨道交通运营单位的ats、afc、fas等系统数据互联，实现路网实时运营状态仿真，也可实现车站、线路、路网三级联动与切换，实现不同层级的实时切换与状态查看；仿真控制模块可实现系统的启动/暂停、仿真速度控制、界面缩放与动态调整等；数据管理与可视化模块可实现系统数据存储、关键指标数据统计与演练评估分析，并实现数据与分析结果在仿真界面的可视化展示。

系统配置管理模块联接本系统内部模块与外部生产系统，接收轨道交通生产系统行车与客流数据，根据仿真环境配置信息可视化仿真路网正常与应急状态，处理分析仿真过程数据以及评估运营人员应急预案的有效性；其中，仿真系统与轨道交通afc和ats系统通过ftp、socket形式进行数据交互，系统接收并解析存储数据；对于系统其他模块的基础数据与处理数据，包括路网建模组件配置数据、行车与客流仿真状态数据、数据分析与评估结果数据等均存储与本地数据库，并供各模块调用；模块中内嵌机器学习、客流动态分配等算法，基于基础数据实现路网客流动态变化与列车联动状态等可视化效果，并支持算法更新与优化；通过仿真过程数据实时分析，统计车站拥挤度、列车晚点时间、运力匹配度、客流疏解时间、站台最高聚集乘客数、运营恢复时间等关键评价指标，并划分等级标准输出为运营人员应急处置能力评价；对于不同救援方案下的关键指标数据对比分析，以对路网行车与客流影响最小并更快恢复正常运营状态的应急救援策略为更优，以此评判应急预案的有效性。

如图2所述，本系统工作流程如下：

用户通过输入姓名、工号等信息登录系统，系统识别用户身份为管理员或运营人员，并分配相应权限。基于用户权限，系统为管理员提供系统用户管理、路网模型管理、路网参数配置、突发事件管理、救援策略管理与评估设置等管理功能的配置与更新权限；系统为运营人员提供系统业务使用功能，包括运营仿真模式和演练评估模式。系统基于管理员对系统的配置实现系统数据更新，并初始化仿真场景。

用户进入仿真场景界面选择仿真模式，包括运营仿真模式和演练评估模式。其中，运营仿真模式基于轨道交通系统实际运营数据还原仿真路网状态，监测突发事件，并提供辅助决策；演练评估模式基于历史数据构建突发事件场景，应急救援模拟，并评估分析预案有效性。

实施例1：

运营仿真模式下，系统与轨道交通afc、ats、fas等系统数据联通，根据生产系统数据仿真轨道交通路网正常状态下的客流状态与列车运行状态变化，实时动态显示路网各车站当前客流量、站台滞留人数、进站排队人数等客流数据，并以不同颜色表示该车站当前客流等级，当选中某个车站，可显示该车站微观仿真模型，实现常态运营仿真。

系统监控生产系统载入的行车、客流、环控、火灾等数据，当运营数据状态异常(如列车运行间隔异常、火灾报警、突发大客流等)时自动报警以警醒运营人员。

系统根据突发事件特征，如突发事件的时间、地点、等级等特征，自动匹配应急预案；系统将应急救援策略以数字化模拟的形式进行真实呈现，在具有多种方案时通过对比仿真结果参数选择最优方案，并将其显示到综合监控屏中，为运营人员提供应急辅助决策。

运营人员参考应急处置辅助决策建议，对所涉线路及车站进行行车组织方案与客流组织方案调整，综合联控列车运行状态与车站客流状态；在应急指挥过程中，系统实时仿真相应路网列车与车站客流状态变化。

应急救援阶段完成后，轨道交通路网进入运营恢复状态，运营人员采用过渡行车与客流组织方案，使列车运营与乘客出行逐步恢复至正常状态。

路网运营状态恢复正常后，系统记录整个过程中的行车与客流原始状态数据、应急救援策略、救援过程客流与行车状态数据等并进行统计分析，为事件分析报告与突发事件处理过程的优化分析提供数据支撑。

若无突发事件，系统则自动存储每日行车与客流数据，为路网常态化运行状态分析提供数据资源。

实施例2：

演练评估模式下，用户进入情景设置模块，对路网状态与突发事件进行设置。其中，客运状态设置根据系统预设选择以历史数据或仿真数据进行仿真演练，其中历史数据可选择调用数据库中高峰期或平峰期的客流及行车数据，仿真数据可设置特定客流等级或行车方案的需要模拟的情景；突发事件设置，可设置突发事件类型、发生事件、发生位置等参数，或设置以上参数均随机产生。

系统根据情景设置仿真路网行车与客流状态，常态仿真状态下运营人员执行日常监控调度与信息发布工作。

系统运行至一定条件后触发突发事件，路网中列车及客流状态随之发生变化，如列车迫停区间、列车晚点、车站乘客迅速增加等情况。

运营人员根据行车及客流状态判断突发事件类型，根据应急预案及现场经验制定应急救援策略，并调整相应的行车及客流组织方案。

突发事件处理完毕，路网状态向正常状态恢复，运营人员调整行车及客流组织方案以逐步恢复正常的乘客出行及行车状态。

系统统计突发事件完整过程行车与客流数据，对系统预设的评估指标统计分析，从突发事件的恢复时间、突发事件在路网中影响的范围、对列车运行及乘客出行造成的影响等方面评价运营人员的应急处置能力，并给出相应的成绩等级。

系统仿真推演同一情景下采用应急预案规定的应急救援策略与对预案规定的策略进行合理调整后的救援策略，通过对比不同方案下评估指标的变化情况，以对路网行车与客流影响最小并更快恢复正常运营状态的应急救援策略为更优，以此评估应急预案的有效性。演练结束后输出预案有效性评估结果，为运营人员应急处置能力提升与应急预案的优化完善提供参考。

系统演练过程数据存储至数据库，为运营管理及应急管理的相关科研提供充足和准确的数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。