GIS地理信息系统在高铁沿线应急救援管理中的应用研究

发布时间：2014-12-12 11:36

 

【摘要】 随着近几年高速铁路事业的快速发展,中国正逐步成为世界上高铁运营里程最长、在建规模最大、运营速度最快的国家。但随之而来的高铁安全问题也引人关注。由于高速铁路具有速度快、制动距离长等特点,高速铁路事故易造成人员伤亡大、财产损失重的后果,因此高铁的应急救援管理已成为重要课题。本文针对列车在高速铁路区段内发生的事故,结合地理信息系统(GIS)技术,对高铁沿线的应急救援管理进行研究。主要研究内容如下：1、高铁沿线应急救援管理系统的总体设计和需求分析,为系统选择软硬件环境。2、根据系统的需求分析,设计系统的功能模块,包括：现场信息查看模块、应急预案查询模块、资源优化查询模块和事后总结模块。3、整合收集的数据、地图、文字资料,在ArcGIS中构建Geodatabase系统数据库及图层,实现车站、线路、救援资源等的可视化显示,使用户能直观感受,方便决策者决策。4、根据构建的地图,建立包括铁路、公路、车站、医院、公安、消防在内的交通网络模型,并进行网络分析,查找两种运输方式下以时间为判定标准的最优资源配置点及最优路径。5、在Visual Studio中利用C#语言,完成高铁沿线应急救援管理系统的开发,实现现场图片、视频、列车信息等的查看,应急预案的查找、修改及添加功能。同时嵌入ArcGIS Engine进行二次开发,实现高铁沿线地图、救援资源储备点、高铁桥梁CAD图的查看,救援资源优化查询功能。高铁沿线应急救援管理系统在应急救援的决策中起辅助作用,方便决策者快速查看相关信息并得出最优方案,提高应急救援的效率,降低事故引起的损失,同时提高铁路的信息化程度,对实现高速铁路的安全运营具有现实的参考价值。

第1章绪论

 

1.1研究背景

随着改革开放的不断深入，中国经济的快速发展，我国铁路事业蓬勃发展，线路里程、运行速度及服务质量不断提高，尤其是在高速铁路出现之后，我国铁路运输的运行速度、最高时速及线路总里程不断创新高，发展的速度和规模堪称奇迹。从2003年秦沈客运专线——我国第一条高速铁路开通以来，经过十几年的快速发展，我国高速铁路的运营里程从无到突破一万公里（截止2013年12月），国务院印发的《“十二五”综合交通运输体系规划》指出，中国将于2015年贯通“四纵四横”高铁网络，届时中国高铁总里程将达到1.8万公里，约占世界高铁总里程的一半。京沪高铁创造了486.1公里时的世界运营铁路试验最高时速。中国正在逐渐成为世界上高铁运营里程最长、运营速度最快、系统集成能力最强、技术最全、在建规模最大的国家。

通过改造既有线使运行时速达200公里以上或者新修线路的运行时速达250公里以上的铁路线路称之为高速铁路。随着铁路的不断提速以及高速铁路的大规模修建并陆续投入运营，我国铁路运输系统已逐步成为高速度、大运量、高密度和复杂系统。伴随着高速铁路发展而来的高铁事故也时有发生，其事故等级、危害程度及事故影响的时空跨度随着速度的提高而不断提高。在世界范围内，高铁事故为数不少，在我国，事故更为频繁，尤其是2011年7月23日发生的甬温线动车追尾特别重大铁路事故，引起了国内外民众的关注，给我们带来了深刻的反思，事故暴露出铁路在安全基础和管理上存在薄弱环节，在重大事故的应急救援和管理上缺乏经验。据不完全统计，铁路每年平均发生行车事故815起，给国家造成的经济损失推测值达3.3亿元人民币，造成的间接经济损失更是无法估量。

相对于普通铁路而言，高速铁路具有运行速度快、制动距离长、桥險比高、地处偏僻、线路封闭性强等特点，因此，高速铁路的事故相较于普通铁路有以下特点：①易造成大量人员伤亡，高速铁路由于运行速度快，制动距离长，因此紧急停车时很容易造成车厢间挤压，车辆间的追尾而瞬间造成人员伤亡。②易造成线路长时间中断，由于高速铁路行车密度大，上下行分隔，一旦发生事故，极易造成线路的中断，且由于伤亡较大而使线路中断时间较长。③易发生“二次事故”，由于高速铁路为电气化线路，且桥險比高，因此事故发生后极易引起火灾或者列车脱轨冲出桥面等情况，从而引起二次事故。④易影响社会和谐稳定，且由于上诉三个特点，一旦发生高铁事故，易造成交通堵塞，影响铁路正常的行车秩序，且持续时间长，社会影响大，容易引起国内外媒体舆论的特别关注和社会恐慌。同时如果善后工作处理不及时或不当，容易激化现场矛盾，引发群体冲突，从而影响社会的和谐稳定。

 

1.2研究现状

1.2.1高铁应急救援的研究现状

自第一个应急管理国际组织一国际应急管理协会，成立以来，与应急管理相关的问题逐渐成为各国学者研究讨论的热点，并逐步推广到各个领域。

自上90世纪年代以来，欧美发达国家的应急救援系统已经在社会维稳、经济发展等方面起重要作用而逐渐成为整个国家的应急体系中的重要部分。例如，美国、欧盟、日本等国家地区，都建立了完备的应急救援管理体系，其中包括颁布有关法律法规、组建监管机构、建立指挥体系等方面，形成了一套较为完整的应急救援体制和系统，并已逐步建立起标准化的应急管理体系，使整个应急管理体系和应急救援工作更加科学化、规范化。

铁路作为常用交通工具，是国家的重要基础设施，在运输体系中发挥重要的作用。而其中高速铁路作为铁路运输中的后起之秀，更是铁路运输的未来。因此关于铁路，尤其是高速铁路的应急救援研究显得十分重要。Rosmuller等探讨了铁路货物列车在險道中发生事故后实施救援可能性。Krmer等探讨了德国地方铁路与国铁衔接处的事故救援的管理。谢志刚在考虑铁路应急救援的反应时效、覆盖面积、风险评估以及铁路自身的特点等因素后，建立了铁路应急救援点设置的数学模型。除了在算法模型方面的研究，还有关于系统构建的研究，Roberto等研究了基于分散定位系统的铁路应急管理后备系统，通过建立列车定位系统、车地通信和数据分析等来构建铁路的应急救援系统。王旭陶鹏“根据近年来的重大铁路事故案例，分析事故成因及事故救援特点，提出了高速铁路动车的救援技术战术和措施。马永刚，于睿劫“在分析了高速铁路中的应急救援指挥通信系统的功能及组成后，提供了成功应用的案例。

同时，发达国家在多年的探索发展之后，大都形成了符合本国实际情况的铁路应急救援管理体系，主要法律法规、管理机构、救援物资及人员配备、指挥系统等。

 

第2章应急救援管理系统的分析和设计

 

2.1系统总体设计

2.1.1应急救援的作用

随着高速铁路的快速发展，尽管科技含量很高，但是由于其自身速度快这一特点，高速铁路发生列车脱轨、颠覆、撞车等事故的概率越来越大，严重影响行车安全。列车在高速行驶状态时，如遇紧急情况，可供改错避免事故的时间短，方法少，因此极易发生事故。近年来发生的一些重大高速铁路事故，如表2-1所示。

为了能在事故发生后及时的将损失和伤亡降至最低，就需要在事故后幵展积极、正确的应急救援。安全生产是进行铁路工作的重要原则，是铁路部门在运输工作中的一贯方针，因此，在运输组织上，铁路部门为应急救援设立了应急救援队、应急救援班、应急救援列车以及其他一些应急救援设备。开展应急救援的目的是在事故发生后，能在最短的时间保证救援物资、设备和人员的到达，尽可能减少损失，尽快恢复线路正常状态，减少事故对整个铁路系统的影响。在应急救援过程中，应急救援的效率将直接影响事故救援的最终效果，因此加强应急救援的效率对降低损失非常重要。

为防患于未然，在积极做好事后处理的同时，要加强铁路职工的技术水平，完善应急救援预案和应急救援设备，尽可能减少事故发生的可能。综合而言，应急救援就是为了缩短铁路事故可能延续的时间，减轻铁路事故可能造成的损失，最大程度地保障人民的生命与财产安全。

 

2.2系统需求分析

作为一个面向用户的系统，必须首先了解用户的需求。根据软件工程的理论，系统的需求分析指的是将用户最初的非形式化的需求转化为满足用户要求的、开发人员可以理解的软件产品的过程，它的目的在于确定软件的功能、性能、可靠性、可用性、接口、约束、环境等。简单而言，系统需求分析就是开发满足用户各种不同需要的系统，即系统能做什么而不是系统怎么做。

为完成上述目标必须要对系统有详细的了解，对系统的需求有详细的描述。然而，系统开发人员不是系统未来的用户，系统的需求和约束也没有扎根于他们的经验中，这就导致捕获需求很困难因此，需求分析也是开发人员模拟用户心理，将用户的需求付诸实践的过程。同时，在系统设计开发中必须使用用户语言来描绘用户需求，使用户能很好的使用开发者的程序。

需求分析分为两部分：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统必须提供哪些服务。通过功能性需求分析确定系统必须完成的功能，如本系统的应急预案查询、地理信息查看等。非功能性需求分析指的是本系统所受的约束。通过非功能性需求分析确定系统的某些性质，如可维护性等。

2.2.1功能性需求分析

从用户的角色出发通过探寻不同用户对本系统的要求来设置系统的功能才能让系统更好的服务用户，满足用户的需求，发挥应有的功效。在高铁应急救援管理系统中，参与系统的用户有：需要决策支持的用户、最终决策人员、系统管理人员。各类用户对本系统的需求如下：

1、需要决策支持的用户的需求分析：需要决策支持的用户所关注的是事故发生后系统所能够提供的基础信息。因此，该类用户对本系统的需求为事故发生后通过本系统能够得到事故基本信息，如伤亡情况、事发路段、事故种类等，以此来确定事故类型、事故等级、事故地点、事故原因等信息，在系统提供的应急预案库中，根据事故的类型、等级、地点、原因，查找对应的应急救援预案来执行。为满足上述需求，系统提供事故现场的图片查看功能，监控视频播放功能，高铁线路图查看功能。

 

第3章系统数据库设计........22

3.1系统数据组成......22

3.2数据模型......23

3.2.1栅格数据模型........23

第4章救援资源的优化选择.......38

4.1交通网络模型......38

4.2网络分析....39

第5章高铁应急救援管理系统的实现.......50

5.1系统运行界面.......50

5.2现场信息查看.......51

 

第5章高铁应急救援管理系统的实现

 

5.1系统运行界面

高铁应急救援管理系统涉及铁路应急预案、铁路线路属性等铁路内部资料，为保护资料安全，因此需要特殊口令才能登录，登录界面如图5-1所示。通过输入匹配的用户名和密码，进入系统。

按照用户需求，系统分为四个功能模块：现场信息查看、应急预案查询、救援路径优化、事后总结。各个功能模块下设多个子模块，为方便决策者快速查找所需功能，系统设立导航界面，如图5-2所示。

 

结论

本文利用GIS技术对高铁沿线应急救援管理系统进行分析研究，主要的工作如下：

1、分析高铁沿线应急救援管理系统用户的需求，结合用户的需求构建系统功能模块和数据库。对现有软件进行比选，最终选定以ArcGIS为开发平台，利用ArcGIS Engine在Visual Studio 2010中进行二次开发，以C#为编程语言。

2、根据系统功能模块，将收集的各种格式的数据、资料进行分类、整合和格式转化，建立地理数据库，包括基础地理数据库、救援物资数据库和应急预案数据库，并在ArcGIS中创建AF线沿线地图，实现车站、线路、救援资源等的可视化显示，使用户能直观感受，方便决策者决策。

3、利用ArcGIS，在地图中构建包括铁路、公路、车站、医院、公安等在内的交通网络模型，并对此模型进行网络分析，得出距离每个车站时间最短的医院、公安部门、消防部门，并高亮显示两者间的最优路径。

4、使用C#语言，完成高铁沿线应急救援管理系统的开发，将文字、图片、视频、CAD、电子地图等资料整合，实现以下功能：系统的地图、图片、视频、列车信息等的查看；应急预案按事故形态、事故等级、事故路段、事故原因以及综合查询；查看目标车站或事故点最近医院、公安部门、消防部门以及救援列车、救援资源，并显示最优路径；事故后对应急预案的修改和新增。

5、本系统在应急救援的决策中起辅助作用，方便决策者快速查看相关信息并得出最优方案，提高应急救援的效率，降低事故引起的损失，同时提高了铁路的信息化程度。
 

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本文编号：10265