【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、財產損失重的后果,因此高鐵的應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)段內發(fā)生的事故,結合地理信息系統(tǒng)(GIS)技術,對高鐵沿線的應急救援管理進行研究。主要研究內容如下：1、高鐵沿線應急救援管理系統(tǒng)的總體設計和需求分析,為系統(tǒng)選擇軟硬件環(huán)境。2、根據(jù)系統(tǒng)的需求分析,設計系統(tǒng)的功能模塊,包括：現(xiàn)場信息查看模塊、應急預案查詢模塊、資源優(yōu)化查詢模塊和事后總結模塊。3、整合收集的數(shù)據(jù)、地圖、文字資料,在ArcGIS中構建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)構建的地圖,建立包括鐵路、公路、車站、醫(yī)院、公安、消防在內的交通網(wǎng)絡模型,并進行網(wǎng)絡分析,查找兩種運輸方式下以時間為判定標準的最優(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,應急預案的查找、修改及添加功能。同時嵌入ArcGIS Engine進行二次開發(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。高鐵沿線應急救援管理系統(tǒng)在應急救援的決策中起輔助作用,方便決策者快速查看相關信息并得出最優(yōu)方案,提高應急救援的效率,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，中國經濟的快速發(fā)展，我國鐵路事業(yè)蓬勃發(fā)展，線路里程、運行速度及服務質量不斷提高，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)�？胺Q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，屆時中國高鐵總里程將達到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200公里以上或者新修線路的運行時速達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，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，引起了國內外民眾的關注，給我們帶來了深刻的反思，事故暴露出鐵路在安全基礎和管理上存在薄弱環(huán)節(jié)，在重大事故的應急救援和管理上缺乏經驗。據(jù)不完全統(tǒng)計，鐵路每年平均發(fā)生行車事故815起，給國家造成的經濟損失推測值達3.3億元人民幣，造成的間接經濟損失更是無法估量。

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，容易引起國內外媒體輿論的特別關注和社會恐慌。同時如果善后工作處理不及時或不當，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高鐵應急救援的研究現(xiàn)狀

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

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

鐵路作為常用交通工具，是國家的重要基礎設施，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�。因此關于鐵路，尤其是高速鐵路的應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急救援的反應時效、覆蓋面積、風險評估以及鐵路自身的特點等因素后，建立了鐵路應急救援點設置的數(shù)學模型。除了在算法模型方面的研究，還有關于系統(tǒng)構建的研究，Roberto等研究了基于分散定位系統(tǒng)的鐵路應急管理后備系統(tǒng)，通過建立列車定位系統(tǒng)、車地通信和數(shù)據(jù)分析等來構建鐵路的應急救援系統(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戰(zhàn)術和措施。馬永剛，于睿劫“在分析了高速鐵路中的應急救援指揮通信系統(tǒng)的功能及組成后，提供了成功應用的案例。

同時，發(fā)達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急救援管理體系，主要法律法規(guī)、管理機構、救援物資及人員配備、指揮系統(tǒng)等。

 

第2章應急救援管理系統(tǒng)的分析和設計

 

2.1系統(tǒng)總體設計

2.1.1應急救援的作用

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、正確的應急救援。安全生產是進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，鐵路部門為應急救援設立了應急救援隊、應急救援班、應急救援列車以及其他一些應急救援設備。開展應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、設備和人員的到達，盡可能減少損失，盡快恢復線路正常狀態(tài)，減少事故對整個鐵路系統(tǒng)的影響。在應急救援過程中，應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水平，完善應急救援預案和應急救援設備，盡可能減少事故發(fā)生的可能。綜合而言，應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化為滿足用戶要求的、開發(fā)人員可以理解的軟件產品的過程，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。

為完成上述目標必須要對系統(tǒng)有詳細的了解，對系統(tǒng)的需求有詳細的描述。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驗中，這就導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。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)的應急預案查詢、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，如可維護性等。

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)的要求來設置系統(tǒng)的功能才能讓系統(tǒng)更好的服務用戶，滿足用戶的需求，發(fā)揮應有的功效。在高鐵應急救援管理系統(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注的是事故發(fā)生后系統(tǒng)所能夠提供的基礎信息。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)提供的應急預案庫中，根據(jù)事故的類型、等級、地點、原因，查找對應的應急救援預案來執(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)絡模型......38

4.2網(wǎng)絡分析....39

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

 

5.1系統(tǒng)運行界面

高鐵應急救援管理系統(tǒng)涉及鐵路應急預案、鐵路線路屬性等鐵路內部資料，為保護資料安全，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、應急預案查詢、救援路徑優(yōu)化、事后總結。各個功能模塊下設多個子模塊，為方便決策者快速查找所需功能，系統(tǒng)設立導航界面，如圖5-2所示。

 

結論

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

1、分析高鐵沿線應急救援管理系統(tǒng)用戶的需求，結合用戶的需求構建系統(tǒng)功能模塊和數(shù)據(jù)庫。對現(xiàn)有軟件進行比選，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)、資料進行分類、整合和格式轉化，建立地理數(shù)據(jù)庫，包括基礎地理數(shù)據(jù)庫、救援物資數(shù)據(jù)庫和應急預案數(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，在地圖中構建包括鐵路、公路、車站、醫(yī)院、公安等在內的交通網(wǎng)絡模型，并對此模型進行網(wǎng)絡分析，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；應急預案按事故形態(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；事故后對應急預案的修改和新增。

5、本系統(tǒng)在應急救援的決策中起輔助作用，方便決策者快速查看相關信息并得出最優(yōu)方案，提高應急救援的效率，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