【摘要】 隨著近幾年高速鐵路事業(yè)的快速發(fā)展,中國正逐步成為世界上高鐵運營里程最長、在建規(guī)模最大、運營速度最快的國家。但隨之而來的高鐵安全問題也引人關(guān)注。由于高速鐵路具有速度快、制動距離長等特點,高速鐵路事故易造成人員傷亡大、財產(chǎn)損失重的后果,因此高鐵的應(yīng)急救援管理已成為重要課題。本文針對列車在高速鐵路區(qū)段內(nèi)發(fā)生的事故,結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù),對高鐵沿線的應(yīng)急救援管理進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下：1、高鐵沿線應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的總體設(shè)計和需求分析,為系統(tǒng)選擇軟硬件環(huán)境。2、根據(jù)系統(tǒng)的需求分析,設(shè)計系統(tǒng)的功能模塊,包括：現(xiàn)場信息查看模塊、應(yīng)急預(yù)案查詢模塊、資源優(yōu)化查詢模塊和事后總結(jié)模塊。3、整合收集的數(shù)據(jù)、地圖、文字資料,在ArcGIS中構(gòu)建Geodatabase系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及圖層,實現(xiàn)車站、線路、救援資源等的可視化顯示,使用戶能直觀感受,方便決策者決策。4、根據(jù)構(gòu)建的地圖,建立包括鐵路、公路、車站、醫(yī)院、公安、消防在內(nèi)的交通網(wǎng)絡(luò)模型,并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析,查找兩種運輸方式下以時間為判定標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)資源配置點及最優(yōu)路徑。5、在Visual Studio中利用C#語言,完成高鐵沿線應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的開發(fā),實現(xiàn)現(xiàn)場圖片、視頻、列車信息等的查看,應(yīng)急預(yù)案的查找、修改及添加功能。同時嵌入ArcGIS Engine進(jìn)行二次開發(fā),實現(xiàn)高鐵沿線地圖、救援資源儲備點、高鐵橋梁CAD圖的查看,救援資源優(yōu)化查詢功能。高鐵沿線應(yīng)急救援管理系統(tǒng)在應(yīng)急救援的決策中起輔助作用,方便決策者快速查看相關(guān)信息并得出最優(yōu)方案,提高應(yīng)急救援的效率,降低事故引起的損失,同時提高鐵路的信息化程度,對實現(xiàn)高速鐵路的安全運營具有現(xiàn)實的參考價值。

第1章緒論

 

1.1研究背景

隨著改革開放的不斷深入，中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國鐵路事業(yè)蓬勃發(fā)展，線路里程、運行速度及服務(wù)質(zhì)量不斷提高，尤其是在高速鐵路出現(xiàn)之后，我國鐵路運輸?shù)倪\行速度、最高時速及線路總里程不斷創(chuàng)新高，發(fā)展的速度和規(guī)模堪稱奇跡。從2003年秦沈客運專線——我國第一條高速鐵路開通以來，經(jīng)過十幾年的快速發(fā)展，我國高速鐵路的運營里程從無到突破一萬公里（截止2013年12月），國務(wù)院印發(fā)的《“十二五”綜合交通運輸體系規(guī)劃》指出，中國將于2015年貫通“四縱四橫”高鐵網(wǎng)絡(luò)，屆時中國高鐵總里程將達(dá)到1.8萬公里，約占世界高鐵總里程的一半。京滬高鐵創(chuàng)造了486.1公里時的世界運營鐵路試驗最高時速。中國正在逐漸成為世界上高鐵運營里程最長、運營速度最快、系統(tǒng)集成能力最強、技術(shù)最全、在建規(guī)模最大的國家。

通過改造既有線使運行時速達(dá)200公里以上或者新修線路的運行時速達(dá)250公里以上的鐵路線路稱之為高速鐵路。隨著鐵路的不斷提速以及高速鐵路的大規(guī)模修建并陸續(xù)投入運營，我國鐵路運輸系統(tǒng)已逐步成為高速度、大運量、高密度和復(fù)雜系統(tǒng)。伴隨著高速鐵路發(fā)展而來的高鐵事故也時有發(fā)生，其事故等級、危害程度及事故影響的時空跨度隨著速度的提高而不斷提高。在世界范圍內(nèi)，高鐵事故為數(shù)不少，在我國，事故更為頻繁，尤其是2011年7月23日發(fā)生的甬溫線動車追尾特別重大鐵路事故，引起了國內(nèi)外民眾的關(guān)注，給我們帶來了深刻的反思，事故暴露出鐵路在安全基礎(chǔ)和管理上存在薄弱環(huán)節(jié)，在重大事故的應(yīng)急救援和管理上缺乏經(jīng)驗。據(jù)不完全統(tǒng)計，鐵路每年平均發(fā)生行車事故815起，給國家造成的經(jīng)濟(jì)損失推測值達(dá)3.3億元人民幣，造成的間接經(jīng)濟(jì)損失更是無法估量。

相對于普通鐵路而言，高速鐵路具有運行速度快、制動距離長、橋險比高、地處偏僻、線路封閉性強等特點，因此，高速鐵路的事故相較于普通鐵路有以下特點：①易造成大量人員傷亡，高速鐵路由于運行速度快，制動距離長，因此緊急停車時很容易造成車廂間擠壓，車輛間的追尾而瞬間造成人員傷亡。②易造成線路長時間中斷，由于高速鐵路行車密度大，上下行分隔，一旦發(fā)生事故，極易造成線路的中斷，且由于傷亡較大而使線路中斷時間較長。③易發(fā)生“二次事故”，由于高速鐵路為電氣化線路，且橋險比高，因此事故發(fā)生后極易引起火災(zāi)或者列車脫軌沖出橋面等情況，從而引起二次事故。④易影響社會和諧穩(wěn)定，且由于上訴三個特點，一旦發(fā)生高鐵事故，易造成交通堵塞，影響鐵路正常的行車秩序，且持續(xù)時間長，社會影響大，容易引起國內(nèi)外媒體輿論的特別關(guān)注和社會恐慌。同時如果善后工作處理不及時或不當(dāng)，容易激化現(xiàn)場矛盾，引發(fā)群體沖突，從而影響社會的和諧穩(wěn)定。

 

1.2研究現(xiàn)狀

1.2.1高鐵應(yīng)急救援的研究現(xiàn)狀

自第一個應(yīng)急管理國際組織一國際應(yīng)急管理協(xié)會，成立以來，與應(yīng)急管理相關(guān)的問題逐漸成為各國學(xué)者研究討論的熱點，并逐步推廣到各個領(lǐng)域。

自上90世紀(jì)年代以來，歐美發(fā)達(dá)國家的應(yīng)急救援系統(tǒng)已經(jīng)在社會維穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面起重要作用而逐漸成為整個國家的應(yīng)急體系中的重要部分。例如，美國、歐盟、日本等國家地區(qū)，都建立了完備的應(yīng)急救援管理體系，其中包括頒布有關(guān)法律法規(guī)、組建監(jiān)管機構(gòu)、建立指揮體系等方面，形成了一套較為完整的應(yīng)急救援體制和系統(tǒng)，并已逐步建立起標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)急管理體系，使整個應(yīng)急管理體系和應(yīng)急救援工作更加科學(xué)化、規(guī)范化。

鐵路作為常用交通工具，是國家的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在運輸體系中發(fā)揮重要的作用。而其中高速鐵路作為鐵路運輸中的后起之秀，更是鐵路運輸?shù)奈磥�。因此關(guān)于鐵路，尤其是高速鐵路的應(yīng)急救援研究顯得十分重要。Rosmuller等探討了鐵路貨物列車在險道中發(fā)生事故后實施救援可能性。Krmer等探討了德國地方鐵路與國鐵銜接處的事故救援的管理。謝志剛在考慮鐵路應(yīng)急救援的反應(yīng)時效、覆蓋面積、風(fēng)險評估以及鐵路自身的特點等因素后，建立了鐵路應(yīng)急救援點設(shè)置的數(shù)學(xué)模型。除了在算法模型方面的研究，還有關(guān)于系統(tǒng)構(gòu)建的研究，Roberto等研究了基于分散定位系統(tǒng)的鐵路應(yīng)急管理后備系統(tǒng)，通過建立列車定位系統(tǒng)、車地通信和數(shù)據(jù)分析等來構(gòu)建鐵路的應(yīng)急救援系統(tǒng)。王旭陶鵬“根據(jù)近年來的重大鐵路事故案例，分析事故成因及事故救援特點，提出了高速鐵路動車的救援技術(shù)戰(zhàn)術(shù)和措施。馬永剛，于睿劫“在分析了高速鐵路中的應(yīng)急救援指揮通信系統(tǒng)的功能及組成后，提供了成功應(yīng)用的案例。

同時，發(fā)達(dá)國家在多年的探索發(fā)展之后，大都形成了符合本國實際情況的鐵路應(yīng)急救援管理體系，主要法律法規(guī)、管理機構(gòu)、救援物資及人員配備、指揮系統(tǒng)等。

 

第2章應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的分析和設(shè)計

 

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1.1應(yīng)急救援的作用

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，盡管科技含量很高，但是由于其自身速度快這一特點，高速鐵路發(fā)生列車脫軌、顛覆、撞車等事故的概率越來越大，嚴(yán)重影響行車安全。列車在高速行駛狀態(tài)時，如遇緊急情況，可供改錯避免事故的時間短，方法少，因此極易發(fā)生事故。近年來發(fā)生的一些重大高速鐵路事故，如表2-1所示。

為了能在事故發(fā)生后及時的將損失和傷亡降至最低，就需要在事故后幵展積極、正確的應(yīng)急救援。安全生產(chǎn)是進(jìn)行鐵路工作的重要原則，是鐵路部門在運輸工作中的一貫方針，因此，在運輸組織上，鐵路部門為應(yīng)急救援設(shè)立了應(yīng)急救援隊、應(yīng)急救援班、應(yīng)急救援列車以及其他一些應(yīng)急救援設(shè)備。開展應(yīng)急救援的目的是在事故發(fā)生后，能在最短的時間保證救援物資、設(shè)備和人員的到達(dá)，盡可能減少損失，盡快恢復(fù)線路正常狀態(tài)，減少事故對整個鐵路系統(tǒng)的影響。在應(yīng)急救援過程中，應(yīng)急救援的效率將直接影響事故救援的最終效果，因此加強應(yīng)急救援的效率對降低損失非常重要。

為防患于未然，在積極做好事后處理的同時，要加強鐵路職工的技術(shù)水平，完善應(yīng)急救援預(yù)案和應(yīng)急救援設(shè)備，盡可能減少事故發(fā)生的可能。綜合而言，應(yīng)急救援就是為了縮短鐵路事故可能延續(xù)的時間，減輕鐵路事故可能造成的損失，最大程度地保障人民的生命與財產(chǎn)安全。

 

2.2系統(tǒng)需求分析

作為一個面向用戶的系統(tǒng)，必須首先了解用戶的需求。根據(jù)軟件工程的理論，系統(tǒng)的需求分析指的是將用戶最初的非形式化的需求轉(zhuǎn)化為滿足用戶要求的、開發(fā)人員可以理解的軟件產(chǎn)品的過程，它的目的在于確定軟件的功能、性能、可靠性、可用性、接口、約束、環(huán)境等。簡單而言，系統(tǒng)需求分析就是開發(fā)滿足用戶各種不同需要的系統(tǒng)，即系統(tǒng)能做什么而不是系統(tǒng)怎么做。

為完成上述目標(biāo)必須要對系統(tǒng)有詳細(xì)的了解，對系統(tǒng)的需求有詳細(xì)的描述。然而，系統(tǒng)開發(fā)人員不是系統(tǒng)未來的用戶，系統(tǒng)的需求和約束也沒有扎根于他們的經(jīng)驗中，這就導(dǎo)致捕獲需求很困難因此，需求分析也是開發(fā)人員模擬用戶心理，將用戶的需求付諸實踐的過程。同時，在系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)中必須使用用戶語言來描繪用戶需求，使用戶能很好的使用開發(fā)者的程序。

需求分析分為兩部分：功能性需求分析和非功能性需求分析。功能性需求分析指的是本系統(tǒng)必須提供哪些服務(wù)。通過功能性需求分析確定系統(tǒng)必須完成的功能，如本系統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案查詢、地理信息查看等。非功能性需求分析指的是本系統(tǒng)所受的約束。通過非功能性需求分析確定系統(tǒng)的某些性質(zhì)，如可維護(hù)性等。

2.2.1功能性需求分析

從用戶的角色出發(fā)通過探尋不同用戶對本系統(tǒng)的要求來設(shè)置系統(tǒng)的功能才能讓系統(tǒng)更好的服務(wù)用戶，滿足用戶的需求，發(fā)揮應(yīng)有的功效。在高鐵應(yīng)急救援管理系統(tǒng)中，參與系統(tǒng)的用戶有：需要決策支持的用戶、最終決策人員、系統(tǒng)管理人員。各類用戶對本系統(tǒng)的需求如下：

1、需要決策支持的用戶的需求分析：需要決策支持的用戶所關(guān)注的是事故發(fā)生后系統(tǒng)所能夠提供的基礎(chǔ)信息。因此，該類用戶對本系統(tǒng)的需求為事故發(fā)生后通過本系統(tǒng)能夠得到事故基本信息，如傷亡情況、事發(fā)路段、事故種類等，以此來確定事故類型、事故等級、事故地點、事故原因等信息，在系統(tǒng)提供的應(yīng)急預(yù)案庫中，根據(jù)事故的類型、等級、地點、原因，查找對應(yīng)的應(yīng)急救援預(yù)案來執(zhí)行。為滿足上述需求，系統(tǒng)提供事故現(xiàn)場的圖片查看功能，監(jiān)控視頻播放功能，高鐵線路圖查看功能。

 

第3章系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計........22

3.1系統(tǒng)數(shù)據(jù)組成......22

3.2數(shù)據(jù)模型......23

3.2.1柵格數(shù)據(jù)模型........23

第4章救援資源的優(yōu)化選擇.......38

4.1交通網(wǎng)絡(luò)模型......38

4.2網(wǎng)絡(luò)分析....39

第5章高鐵應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的實現(xiàn).......50

5.1系統(tǒng)運行界面.......50

5.2現(xiàn)場信息查看.......51

 

第5章高鐵應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

 

5.1系統(tǒng)運行界面

高鐵應(yīng)急救援管理系統(tǒng)涉及鐵路應(yīng)急預(yù)案、鐵路線路屬性等鐵路內(nèi)部資料，為保護(hù)資料安全，因此需要特殊口令才能登錄，登錄界面如圖5-1所示。通過輸入匹配的用戶名和密碼，進(jìn)入系統(tǒng)。

按照用戶需求，系統(tǒng)分為四個功能模塊：現(xiàn)場信息查看、應(yīng)急預(yù)案查詢、救援路徑優(yōu)化、事后總結(jié)。各個功能模塊下設(shè)多個子模塊，為方便決策者快速查找所需功能，系統(tǒng)設(shè)立導(dǎo)航界面，如圖5-2所示。

 

結(jié)論

本文利用GIS技術(shù)對高鐵沿線應(yīng)急救援管理系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，主要的工作如下：

1、分析高鐵沿線應(yīng)急救援管理系統(tǒng)用戶的需求，結(jié)合用戶的需求構(gòu)建系統(tǒng)功能模塊和數(shù)據(jù)庫。對現(xiàn)有軟件進(jìn)行比選，最終選定以ArcGIS為開發(fā)平臺，利用ArcGIS Engine在Visual Studio 2010中進(jìn)行二次開發(fā)，以C#為編程語言。

2、根據(jù)系統(tǒng)功能模塊，將收集的各種格式的數(shù)據(jù)、資料進(jìn)行分類、整合和格式轉(zhuǎn)化，建立地理數(shù)據(jù)庫，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、救援物資數(shù)據(jù)庫和應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫，并在ArcGIS中創(chuàng)建AF線沿線地圖，實現(xiàn)車站、線路、救援資源等的可視化顯示，使用戶能直觀感受，方便決策者決策。

3、利用ArcGIS，在地圖中構(gòu)建包括鐵路、公路、車站、醫(yī)院、公安等在內(nèi)的交通網(wǎng)絡(luò)模型，并對此模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，得出距離每個車站時間最短的醫(yī)院、公安部門、消防部門，并高亮顯示兩者間的最優(yōu)路徑。

4、使用C#語言，完成高鐵沿線應(yīng)急救援管理系統(tǒng)的開發(fā)，將文字、圖片、視頻、CAD、電子地圖等資料整合，實現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)的地圖、圖片、視頻、列車信息等的查看；應(yīng)急預(yù)案按事故形態(tài)、事故等級、事故路段、事故原因以及綜合查詢；查看目標(biāo)車站或事故點最近醫(yī)院、公安部門、消防部門以及救援列車、救援資源，并顯示最優(yōu)路徑；事故后對應(yīng)急預(yù)案的修改和新增。

5、本系統(tǒng)在應(yīng)急救援的決策中起輔助作用，方便決策者快速查看相關(guān)信息并得出最優(yōu)方案，提高應(yīng)急救援的效率，降低事故引起的損失，同時提高了鐵路的信息化程度。
 

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本文編號：10265