城市轨道交通安全生产应急救援关键技术建议书文档格式.docx

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（2）城市轨道交通的高速发展，决定了项目研究的紧迫性。

目前，我国的城市轨道交通建设全面展开，全国已有20多个城市

立项修建地铁和轻轨，北京、上海、天津、重庆、武汉等9个城市已

经先后开通或正在建设城市轨道交通。

同时，城市轨道交通发展的速度也在逐步加大。

以北京市为例，2012年运营线路总里程数为400,日均客运量750万人次，预计2015年运营线路总里程数为666，日均客运量1000万人次。

按照2020年的中期规划，北京城市轨道交通运营线路总里程将达到798公里。

按照2050年的长期规划，北京市将有22条市区轨道线路，总长693公里，加上郊区线路300多公里，北京轨道交通总里程将超过1000公里，公共交通设施将成为八成左右市民的主要交通工具，其中一半的人将经常使用轨道交通。

城市轨道交通的高速发展给市民出行带来便利的同时，也积蓄了更大的安全风险，如高密度长时间大客流冲击、地铁事故造成的城市交通瘫痪、恐怖袭击造成的群死群伤等等。

原有地铁的安全管理模式、安全设备设施、风险防控体系和应急处置措施等方面亟待进一步地提高，以满足城市轨道交通高速发展的需求。

本项目针对城市轨道交通安全管理的重点问题（突出事件下乘客行为模式、应急调度指挥和预案模拟演练等）进行专项研究和重点攻关，并将这些关键技术与应急救援实际工作相结合，形成相应的安全生产和应急管理平台、系统和产品，提高应急救援技术的科技含量，以适应城市轨道交通高速发展的需要。

（三）国内外同类研究进展情况

（1）城市轨道交通列车流的管控模拟理论

城市轨道交通列车流是交通工具流的组成部分，而交通工具流又是交通流的组织部分；

因而，交通流模拟理论的发展带动了交通工具流模拟理论的发展，进而带动城市轨道交通列车流模拟理论的发展。

基本图方法和三相流理论是传统交通流模拟理论的基础，其中，基本图方法是以交通工具的密度和流量关系为基础发展出的一整套交通流理论，它将交通流区分为自由流相和拥挤流相。

而作为交通流理论前沿的三相流理论，则进一步把拥挤流相划分为同步流相和宽运动堵塞相。

三相流理论在模拟实际交通状况，特别是瓶颈处的交通拥塞

状况，相比基本图方法更加符合实际观测结果。

交通流模型是模拟交通工具流发展演变的核心。

根据研究方法的不同，交通流模型可分为三类：

基于流体力学的宏观交通流模型、基于空气动力学的介观交通流模型和基于自驱动粒子理论的微观交通流模型。

宏观交通流模型基于流体力学理论，将交通流看作由大量交通工具组成的连续介质，主要研究流量、速度和密度三者之间的基本关系。

基于空气动力学的介观交通流模型采用气体动力论理论的思想来描述交通流，将交通工具看成是相互作用的粒子，通过积分关于相空间密度分布函数的方程，并引入近似关系来封闭方程组，从而得到交通流。

微观交通流模型将交通工具视为分散的相互作用的自驱动”的粒

子，着重研究交通工具之间相互跟随和干扰的动力学行为，跟驰模型和元胞自动机模型是该方法的典型代表。

（2）人的行为特征模拟技术的发展

理论研究的趋势是行为驱动机制从传统的物理模型逐步发展为基于个体的动态离散化选择机制，模拟环境也从离散化发展为连续的空间，模拟的的高精度、实时性以及规模化是该领域的追求目标与发展趋接。

有关行人微观仿真的模型有社会力模型、元胞自动机模型和离散选择模型等主要模型。

几种典型的微观行人仿真模型比较见下表。

表1典型微观行人仿真模型比较

向目的地运动

收益值

定义方向

异极相吸

期望速度

权重随机选择

排斥作用

成本值

运动规则

同极排斥

相互作用力

优先规则（）

变量赋值

任意赋值

0或1

物理意义

程序编写主导环节

收益成本值计算

规则（尝试性）

尝试性

动力学系统

（连续）

排队模型

描述现象

排队

排队、自组织

排队、路径搜索

排队、疏散

疏散时间评价

一

不可能

可能

参数标定

观测

分析基础数据

观测:

在对城市轨道交通车站行人行为特征模拟研究中，大部分学者们采

用多智能体技术，分别针对车站整体行人行为或针对站台乘降行为开发了乘客集散仿真系统。

可见研究趋势是解决基于个体的大规模车站系统下的行人行为仿真，以及针对车站行为的某个环节，开发出更逼近现实情况的高精度仿真系统。

李得伟（2007）研究了基于多智能体的乘客集散微观仿真模型，开发了城市轨道交通乘客集散仿真软件。

该软件的动态仿真模块采用技术实现枢纽内乘客购票、上下车、换乘行为的再现。

胡清梅（2011）研究了基于认知的轨道交通乘客运动仿真模型。

该模型从人的认知决策行为出发，借鉴建模思想，建立乘客视觉感知、行为控制、运动路径、移动和轨道交通环境知识模型，形成更复杂的乘客运动行为的过程，得出一般的解析模型无法得到的乘客群体运动混沌现象。

（2011）研究了基于多智能体的乘客站台乘降运动仿真模型，该模型采用磁力模型研究了不同行为特征乘客个体的乘降行为，包括选择乘车位置、车门处乘客因避让二次乘车、选择舒适的车内位置、从车厢中部出发的下车行为等精细化的乘降行为模型，形成了更加符合现实的乘降行为模拟。

苗晓娟（2008）使用微观仿真软件对枢纽乘客上下车集散运行状态进行仿真试验，计算了关于枢纽内乘客集散的评价指标，对当时规划中北京地铁10号线二期分钟寺车站未来高峰时段的客流进行了仿真实验。

人群行为特征的演变模拟技术研究主要涉及人群行为建模与验证、人群运动合成、动态人群实时绘制等三个方面。

根据行为仿真的目的不同，人群行为建模方法从群体宏观特征和角色微观行为特征两方面展开研究。

宏观模型主要侧重于研究整个群体的行为真实性，它的描述对象是角色的集体交通行为，比如人群分组情况，组间交互方式，组内行为规则等，一般针对高密度、大范围的人群流动场景。

与宏观模型相对应，微观模型研究重在从角色个体的角度建模，将个体的行为组合而得到人群的行为。

它的描述对象是单个角色的交通行为，适合于人群不太密集，对个体行为精度要求较高的场合。

宏观建模方法主要包括博弈（决策）论模型、气体（或流体）动力学模型、流体力学模型及其相关的扩展模型。

早期宏观模型主要用于为设计者提供设计和调整人群疏散方案的依据，（1975）利用博弈理论、决策理论以及传播理论等原理而建立的模型。

气体或流体动力学模型则考虑人群为一个整体，（1971）建立人群行为类似于气体或者流体流动的形式模型。

（2010）基于流体力学建立的人流模型，可从宏观上动态模拟行人流问题。

宏观建模方法对复杂环境的计算比较困难且不灵活，无法描述复杂的流动行为以及个体间的异质性。

微观建模方法主要包括社会力模型、元胞自动机模型和基于自主体的模型。

（2000）建立了社会力模型，并使用微分方程求解，其复杂度高，对边界条件依赖性大，效率相对较低。

元胞自动机模型把空间和时间按照一定间距离散化、系统物理参量只取有限个数值集的物理系统简化模型，元胞自动机不是由严格定义的物理方程或函数确定，而是用一系列模型构造的规则构成。

元胞自动机模型的研究成果可以分成两类：

一类模型研究的是环境和行人间的交互；

另外一类模型研究了行人与行人间的相互作用。

元胞自动机方法将人的运动限制于离散的方格之中，其在时间和空间上都是离散的，因此仿真出来的人群运动不连续，从而缺乏真实性。

（2006）构建了考虑自主体的模型，把模型中的个体看作是具有自我思考能力的自主体，能够根据自身周围的情况和获得的信息进行判断，并做出行为反应。

自主体模型能够更好地体现人员的个体行为特征细节和人的智能性特点，但计算复杂度受人群规模的影响很大。

（3）应急指挥模拟演练平台

应急指挥是基于模拟的实地救援环境，但考虑占地、经费、重复性等客观原因，不可能建立非常丰富的救援指挥训练环境。

随着计算机仿真技术的不断提高，构建应急指挥训练仿真系统提供一个接近真实的训练环境，已成为训练指挥员的指挥能力的重要手段。

国外对防灾、救灾应急管理工作开展较早，并成立了专门的机构，

如美国的国土安全部，其主要职责是通过紧急事件预防、应急准备、应急响应和灾后重建等全过程的应急管理，领导国家应对各种灾难，保护各种设施，减少人员伤亡和财产损失。

国内对防灾救灾管理工作开展较晚，自2003年“非典”后期，经过10年发展，已经日渐深入人们生活。

虽然应急指挥管理理念已深入人心，但应急指挥技术平台有待进

一步提高，以轨道交通系统为例，该系统下的应急指挥系统只是将各种分散的系统信息汇集，缺乏突发事件发生后指挥工作的系统性和决策的高效性等。

这些分散的小系统如：

铁路车站信号设备仿真培训系统，成都运达科技股份有限公司,

2013年，公开号：

103021220A

高速铁路集控站调度仿真培训系统，成都运达科技股份有限公

司，2012年，公开号：

202331866U

轨道列车驾驶仿真器操纵评价系统及其评价方法，成都运达轨

道交通设备有限公司，2011年，公开号：

102074143A

一种城市轨道交通运行联锁仿真方法及仿真器，上海电机学

院,2011年，公开号：

102211599A

轨道交通自动驾驶系统模型开发与仿真测试系统与方法，北京

交通大学，2010年，公开号：

101916311A

铁路综合培训仿真系统，中国神华能源股份有限公司、朔黄铁

路发展有限责任公司，2008年，公开号：

101201982

城市轨道交通信号系统的列车环境仿真器，南京恩瑞特实业有限公司，2008年，公开号：

201051254

铁路机车车辆运行仿真试验台，西南交通大学，2007年，公开

号：

1995949

除上述专注“调度、信号、机车驾驶培训，轨道、车辆动力分析”等方面的系统外，也有一些多工种联合的系统，如：

轨道交通多工种联合演练仿真培训系统，成都运达轨道交通设备有限公司，2011年，公开号：

201918047U。

陈海滨等人（2009）介绍了中国首套铁路运输综合仿真模拟培训系统一一朔黄铁路运输综合仿真培训系统，系统以高性能的全功能列车驾驶模拟器为依托，与车站作业仿真培训系统和列车调度运行指挥仿真系统协调运行，实现朔黄铁路主体运输作业过程的仿真，实践了列车、行调、车站三位一体的整体联合培训。

李紫时等人（2010）提出应用仿真架构进行铁路综合培训系统设计。

解决了驾驶仿真器等系统以前所面对的各系统通信相对混乱、维护成本高、不能保存各系统仿真进度同步等问题，解决对已有软件的可重用和互操作，为基于广域网的多单位联合培训与预演的研究打下了基础。

依托北京交通大学核心技术成立的北京交控科技有限公司研发的城市轨道交通仿真培训系统，实现了对列车驾驶员和调度人员在同一仿真环境下的三维实景仿真培训，可对正常与非正常情况下的列车运行进行模拟，且提供学员系统和教员系统，集培训和考核为一体。

这些综合系统侧重于培训作用，在多种突发事件情形下的应急事

件预案库构建、应急指挥决策效果评价等方面关注不足。

因此，有必要借鉴在航空、军事领域的调度指挥平台搭建方法和技术，做进一步

（四）对安全生产应急救援的作用和意义

项目所做研究工作在城市轨道交通领域的安全生产应急救援有着重大的作用和意义，具体表现在以下四个方面：

1）用于城市轨道交通的设计和规划，保证安全运营

城市轨道安全首要的任务是保证乘客的安全，而保证乘客的安全首先要了解乘客的行为模式，尤其是突发事件下的乘客的行为模式。

由于城市轨道交通的高速发展和技术日新月异，人们所面对的工程系统和指挥系统的复杂性已大大超过历史上的同类系统。

城市轨道交通在设计和规划时，在建筑结构、通道设计、通行能力、安全设备设施和安全保证措施等方面，都需要以客流的通畅与安全为首要考虑因素,这就需要对乘客的行为模式进行充分的了解，对设计方案进行反复论证和充分验证，避免设计偏差造成巨大损失。

通过本项目的研究，我们可以通过高可信的乘客行为模型和虚拟仿真环境对设计方案进行验证，及时找到设计中可能存在的安全隐患和性能瓶颈，从而提高城市轨道交通设计和规划的可靠性，从源头上保证乘客的出行安全，为安全运营奠定良好的物质基础。

2）用于日常培训和演练，验证安全管理体系的有效性

遵循应急管理体系中“平战结合”的主体思想，强化日常的培训和演练，不但能够提升应急处置和应急指挥的能力，而且可以验证以应急预案为核心的安全管理体系的有效性，使之成为体系持续改进的源动力。

通过本项目的研究，能够使虚拟环境中的人、车、灾害等要素，具有智能的、符合事物本质的、主动反应等能力，使突发事件的模拟更加符合实际情况，使应急处置措施的效果表现更为准确客观，进而真正达到通过培训演练来提升应急能力的目的。

3）用于突发事件的科学决策，提高应急处置能力

随着城市轨道交通的高速发展，各种安全问题日益显现，尤其是对突发事件状态下的应急处置，迫切需要一个能辅助人们准确了解突发事件可能发展趋势和各种处置行动方案有效性的分析环境，为突发事件的处置提供科学决策。

通过本项目的研究，我们可以借助各种观测和测量数据，建立起与实际情况相一致的虚拟环境，演化虚拟事件在各种条件下的发展过程及其对现实环境的影响，从而形成一个高可信的可视分析环境，为突发事件的预测与决策提供重要依据。

4）能够打破国外垄断，提高国产系统平台的自主创新能力

目前城市轨道交通领域采用的高端虚拟现实系统大多是从国外引进的，存在运行成本高、扩展性差、效率低、升级维护困难等缺点，同时无法有效支持大规模场景的实时建模和高真实感绘制。

加之西方国家对某些敏感领域关键技术和设备的垄断，使我国在这些领域多年来一直处于受制于人的困境。

项目的研究将突破大规模复杂场景高真实感模拟的关键技术，为研制出性能跨越性提升、打破国外垄断的高端虚拟现实系统奠定基础。

同时，通过本项目的研究，全面缩短与先进国家之间的差距，锻炼一支精干的、具有国际水平的研究队伍，有力促进虚拟现实技术在城市轨道交通领域的应用，并为该领域应急调度指挥管理理论方法的发展提供重要的高技术支撑。