地鐵車站客流應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探究1

王 寧，莊異凡，張煜濤，沈愷琪，劉尚林，彭俊豪

上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院

0 引 言

為響應(yīng)《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》號(hào)召，交通運(yùn)輸部表示將深入推進(jìn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，大力發(fā)展智慧交通，發(fā)展高品質(zhì)客運(yùn)服務(wù)。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)提出“交通強(qiáng)國(guó)，城軌擔(dān)當(dāng)”的概念。為了向乘客提供更舒適的乘車體驗(yàn)和更明確的引導(dǎo)方式，應(yīng)充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的優(yōu)勢(shì)，使現(xiàn)有引導(dǎo)設(shè)施逐步升級(jí)為智慧化引導(dǎo)設(shè)施系統(tǒng)。

對(duì)于現(xiàn)有常態(tài)引導(dǎo)標(biāo)識(shí)，陳鐵東[1]總結(jié)了其功能主要包含：引導(dǎo)功能、確認(rèn)功能、信息展示功能和安全保障功能。在常態(tài)下，標(biāo)識(shí)可以參與軌道交通空間規(guī)劃和路線引導(dǎo)，用標(biāo)準(zhǔn)化顏色和形狀使乘客快速識(shí)別相關(guān)內(nèi)容，避免乘客視覺效果混亂。在秩序的維護(hù)等方面，常態(tài)標(biāo)識(shí)大類中的常態(tài)引導(dǎo)系統(tǒng)作為一個(gè)綜合性的空間信息系統(tǒng)[2]，可使乘客更容易認(rèn)知客運(yùn)站內(nèi)的結(jié)構(gòu)，可以有效地縮短乘客通過的時(shí)間，從而提高地鐵車站的使用功能。

相較于常態(tài)引導(dǎo)系統(tǒng)，應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)最主要的特性是：可見性、可理解性和可信任度[3]。孫澄宇認(rèn)為發(fā)生緊急情況時(shí)，在煙霧警報(bào)等外界干擾下，人們難以保持理智去尋找標(biāo)識(shí)，如何讓乘客及時(shí)找到提供疏散信息的應(yīng)急標(biāo)識(shí)，如何提供正確及時(shí)的方向指引仍是值得研究的方向。孔維偉[4]的團(tuán)隊(duì)對(duì)疏散標(biāo)識(shí)以及應(yīng)急廣播系統(tǒng)對(duì)疏散的影響進(jìn)行了研究，得出疏散標(biāo)識(shí)和廣播系統(tǒng)的正常運(yùn)行能夠輔助乘客增加對(duì)標(biāo)識(shí)組合的可理解性，使乘客采取更果斷的行動(dòng)，對(duì)整體疏散時(shí)間的減少起著顯著作用，所以應(yīng)急引導(dǎo)系統(tǒng)可以考慮采用廣播燈牌相組合的方式。人們的行動(dòng)同樣受趨光性[5]、從眾性[6]等特性影響，也可以從行為學(xué)、心理學(xué)等多個(gè)角度，借助科技手段進(jìn)行深入研究。

本文從地鐵站內(nèi)現(xiàn)有引導(dǎo)設(shè)施及系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，分析其主要功能特點(diǎn)，進(jìn)而分析現(xiàn)有應(yīng)急疏散引導(dǎo)設(shè)施和系統(tǒng)所存在的不足之處。針對(duì)性提出相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，介紹其功能架構(gòu)、數(shù)據(jù)流程，并假設(shè)某一地鐵站發(fā)生火災(zāi)緊急事件，對(duì)其進(jìn)行案例分析，具體展示本系統(tǒng)通過人機(jī)交互面板快速實(shí)現(xiàn)連續(xù)引導(dǎo)、動(dòng)態(tài)調(diào)整的方法，為地鐵車站應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)化提供可嘗試的改進(jìn)思路。

1 地鐵客流疏散引導(dǎo)設(shè)施現(xiàn)狀和分析

1.1 地鐵車站疏散引導(dǎo)設(shè)施類型和功能

現(xiàn)在的地鐵車站引導(dǎo)設(shè)施可以分為三大類：導(dǎo)向性引導(dǎo)設(shè)施、說(shuō)明性引導(dǎo)設(shè)施、應(yīng)急疏散類引導(dǎo)設(shè)施。

導(dǎo)向性引導(dǎo)設(shè)施是指引乘客進(jìn)站、乘車、出站以及換乘最為主要的一種設(shè)施，其作用就是要清晰、準(zhǔn)確地將乘客從起始點(diǎn)引導(dǎo)至目的地[7]。

說(shuō)明性引導(dǎo)設(shè)施通常包含了大量?jī)?nèi)容，為乘客選擇行動(dòng)路線提供必要的指引信息，滿足使用者多樣化的需求，一般使用示意圖的形式表現(xiàn)出來(lái)[8]。

應(yīng)急疏散引導(dǎo)設(shè)施是在緊急情況下引導(dǎo)人員疏散的重要標(biāo)志，主要作用是緊急情況下為乘客提供指導(dǎo)性、方向性的信息，協(xié)助乘客到達(dá)安全位置[9]。應(yīng)急疏散引導(dǎo)標(biāo)識(shí)可以顯著地提高人員疏散效率，進(jìn)而減少人員傷亡。如表1，列舉了現(xiàn)有的地鐵車站疏散引導(dǎo)設(shè)施的功能。

表1 常見引導(dǎo)設(shè)施及其功能

地鐵客流引導(dǎo)設(shè)施，可以分成“常態(tài)”和“緊急狀態(tài)”兩種情況。導(dǎo)向性和說(shuō)明性屬于常態(tài)地鐵客流引導(dǎo)設(shè)施，主要用于常態(tài)情況下的乘客引導(dǎo)；應(yīng)急引導(dǎo)設(shè)施屬于緊急狀態(tài)地鐵客流引導(dǎo)設(shè)施，主要用于突發(fā)事件的乘客引導(dǎo)。

1.2 地鐵車站應(yīng)急疏散類引導(dǎo)設(shè)施的現(xiàn)狀與不足

應(yīng)急疏散類引導(dǎo)設(shè)施對(duì)乘客疏散起到重要作用。應(yīng)急疏散類引導(dǎo)設(shè)施主要面向具有動(dòng)態(tài)變化、危害性大等特點(diǎn)的突發(fā)緊急事件。因此，應(yīng)急疏散類引導(dǎo)設(shè)施應(yīng)當(dāng)具備靈活判斷、動(dòng)態(tài)引導(dǎo)等功能。但是現(xiàn)階段應(yīng)對(duì)突發(fā)事件情況的應(yīng)急疏散類引導(dǎo)設(shè)施的種類少，應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)仍存在諸多可改進(jìn)之處?，F(xiàn)列舉了以下不足：

（1）緊急事件實(shí)時(shí)感知能力弱

地鐵車站客流量巨大，在傳統(tǒng)人工加以現(xiàn)有應(yīng)急引導(dǎo)設(shè)施的輔助下，很難在復(fù)雜環(huán)境中對(duì)緊急事件進(jìn)行快速判斷。從而導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)不及時(shí)或忽視其前期過程，使得緊急事件失去控制造成嚴(yán)重的人員財(cái)產(chǎn)傷亡。故需對(duì)緊急事件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知。

（2）設(shè)施連續(xù)引導(dǎo)性不足

現(xiàn)有引導(dǎo)設(shè)施由于布設(shè)位置、車站具體布局等因素影響，存在布設(shè)距離不當(dāng)、布設(shè)混亂導(dǎo)致信息傳遞歧義等問題，易造成錯(cuò)誤引導(dǎo)或引導(dǎo)中斷，使得在緊急情況下乘客無(wú)法快速疏散并可能造成局部擁堵。因此地鐵車站存在對(duì)具有強(qiáng)連續(xù)性引導(dǎo)功能應(yīng)急引導(dǎo)設(shè)施的需求。

（3）引導(dǎo)方向無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整

地鐵車站現(xiàn)有的引導(dǎo)設(shè)施多為靜態(tài)引導(dǎo)型設(shè)施，在突發(fā)緊急事件時(shí)，無(wú)法根據(jù)緊急事件的具體區(qū)域以及波及范圍變化而靈活調(diào)整引導(dǎo)方向，致使在引導(dǎo)乘客疏散過程中效率低下。所以在地鐵車站實(shí)際應(yīng)急疏散中，需要可以根據(jù)具體緊急事件情況靈活調(diào)整引導(dǎo)方向的引導(dǎo)系統(tǒng)作為支撐。

（4）智能化程度低

現(xiàn)有緊急事件判定方式仍然停留在較為簡(jiǎn)單的人工或機(jī)器單一判定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)主客觀判斷相結(jié)合進(jìn)行緊急事件分析，智能化程度較低，易產(chǎn)生諸多問題。如煙霧報(bào)警器等無(wú)法實(shí)現(xiàn)多元信息綜合判定，同時(shí)工作人員也無(wú)法靈活處理各類特殊情況所帶來(lái)的單一信息類型的誤報(bào)。應(yīng)當(dāng)采取多種判定綜合分析，可作為提高應(yīng)急引導(dǎo)系統(tǒng)智能化提升的重要途徑。

2 地鐵車站客流智能應(yīng)急引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 新型應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)功能架構(gòu)

針對(duì)以上應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)不足以及優(yōu)化需求，提出相應(yīng)設(shè)計(jì)思路，其功能架構(gòu)如圖1所示，包含狀態(tài)感知層、數(shù)據(jù)處理層、分析模擬層、指令執(zhí)行層，各層含有一個(gè)或多個(gè)功能模塊。其中，狀態(tài)感知層負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)分析層提供各類緊急事件數(shù)據(jù)參考。得到相關(guān)處理結(jié)果作為分析模擬層決策依據(jù)，并可以通過人機(jī)交互面板實(shí)現(xiàn)各類信息實(shí)時(shí)展示，進(jìn)而作出綜合決策。最終由指令執(zhí)行層根據(jù)綜合決策控制智能引導(dǎo)燈，實(shí)現(xiàn)緊急情況下的疏散引導(dǎo)。具體功能實(shí)現(xiàn)如下：

圖1 新型應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)功能架構(gòu)

狀態(tài)感知層。主要包含多種傳感設(shè)備，對(duì)地鐵車站各類緊急事件相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。相較于原有應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)，更大程度上利用車站現(xiàn)有設(shè)施功能，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多類數(shù)據(jù)不間斷實(shí)時(shí)感知。

數(shù)據(jù)處理層。通過數(shù)據(jù)提取整合模塊對(duì)上一層所采集的車站各類緊急事件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過數(shù)據(jù)閾值判定模塊實(shí)現(xiàn)緊急事件多元信息綜合判定，風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算模塊對(duì)緊急事件參數(shù)計(jì)算，根據(jù)不同緊急事件等級(jí)計(jì)算模型得到對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，人為干預(yù)后得到綜合判定結(jié)果。在數(shù)據(jù)處理完畢后，通過數(shù)據(jù)迭代記憶模塊進(jìn)行固定時(shí)間周期的數(shù)據(jù)迭代儲(chǔ)存。相較于傳統(tǒng)應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)，可以更快并直觀地將各區(qū)域異常情況向決策者反饋，從而使得在各類緊急事件發(fā)展初期就可以讓決策者有足夠?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)支持做出相應(yīng)判斷。擁有判定快速、正確率高的優(yōu)點(diǎn)。

分析模擬層。主要負(fù)責(zé)通過數(shù)據(jù)處理層得到的判定結(jié)果，基于地鐵車站實(shí)時(shí)緊急事件情況進(jìn)行疏散引導(dǎo)路徑模擬，并在人工干預(yù)下得到綜合決策結(jié)果?？梢栽诓煌瑫r(shí)間段內(nèi)，根據(jù)緊急事件的發(fā)展速度等變化，對(duì)疏散引導(dǎo)路徑進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。相較于傳統(tǒng)應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)，可以在緊急事件的動(dòng)態(tài)變化中，得出此時(shí)段內(nèi)的疏散引導(dǎo)路徑，保證引導(dǎo)方向正確性，實(shí)現(xiàn)正確連續(xù)引導(dǎo)。

指令執(zhí)行層。主要將緊急事件下所得到的對(duì)應(yīng)時(shí)間段疏散引導(dǎo)路徑，轉(zhuǎn)化成智能引導(dǎo)燈工作指令，控制其進(jìn)入工作狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)，可以通過與車站基礎(chǔ)設(shè)施照明燈功能相結(jié)合，有效避免了引導(dǎo)設(shè)施布設(shè)不當(dāng)而導(dǎo)致的引導(dǎo)混亂，并可以通過其連續(xù)布設(shè)、車站覆蓋率高的特點(diǎn)，加以動(dòng)態(tài)更新引導(dǎo)路徑、燈光連續(xù)引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)連續(xù)性引導(dǎo)功能。

2.2 新型應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

本新型應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知，為循環(huán)過程。其中一次完整流程如圖2所示。通過狀態(tài)感知層獲得緊急事件參數(shù)、車站客流參數(shù)及其采集時(shí)間、地點(diǎn)，傳輸至數(shù)據(jù)分析層進(jìn)而得到緊急事件類型、等級(jí)、影響范圍，作為方案模擬層數(shù)據(jù)參考并得到疏散引導(dǎo)路徑，將其傳輸至指令執(zhí)行層，最終得到智能引導(dǎo)燈疏散引導(dǎo)指令。

圖2 新型應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

3 案例應(yīng)用

以浙江某一地鐵站為例，其站廳層規(guī)格為：長(zhǎng)43 m、寬11 m。相鄰四個(gè)智能引導(dǎo)燈組成長(zhǎng)為1.5 m、寬為1 m的設(shè)備矩陣?，F(xiàn)假設(shè)車站站廳層處于突發(fā)火災(zāi)情況下，簡(jiǎn)略介紹本系統(tǒng)工作情況以及人機(jī)交互面板具體內(nèi)容。

本系統(tǒng)狀態(tài)感知層實(shí)時(shí)感知到站廳內(nèi)出現(xiàn)煙霧濃度、溫度參數(shù)異常點(diǎn)，并利用數(shù)據(jù)處理層判定事件類型為火災(zāi)，基于參數(shù)數(shù)值，得到緊急事件等級(jí)，列為二級(jí)。據(jù)上述相關(guān)數(shù)據(jù)以及車站客流數(shù)據(jù)，方案模擬層給出危險(xiǎn)區(qū)域范圍、較為危險(xiǎn)區(qū)域范圍、安全區(qū)域范圍、預(yù)設(shè)引導(dǎo)路徑方案，并通過人機(jī)交互面板展示、調(diào)整得到綜合決策結(jié)果，最后應(yīng)用到指令執(zhí)行層，控制各智能引導(dǎo)燈進(jìn)行疏散引導(dǎo)工作。

其中人機(jī)交互面板主要包括狀態(tài)欄、引導(dǎo)路徑展示及選中設(shè)施工作狀態(tài)。管理人員可以通過面板實(shí)時(shí)得到緊急事件相關(guān)數(shù)據(jù)。例如根據(jù)A、B出口不同擁擠程度，對(duì)系統(tǒng)預(yù)設(shè)路徑修改得到調(diào)整后路徑。最后指令實(shí)際應(yīng)用到各個(gè)智能引導(dǎo)燈上。其中智能引導(dǎo)燈存在多種工作狀態(tài)，以所選坐標(biāo)為（1，15）的智能引導(dǎo)燈為例，其位于調(diào)整后路徑上，設(shè)施工作狀態(tài)為應(yīng)急狀態(tài)，閃爍且為綠色，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)引導(dǎo)功能。所述面板如圖3所示。藍(lán)色安全范圍為正常狀態(tài)，智能引導(dǎo)燈常亮完成照明功能；危險(xiǎn)區(qū)域、較為危險(xiǎn)范圍為應(yīng)急狀態(tài)，根據(jù)危險(xiǎn)程度分別為紅色、黃色常亮，起到警示功能，避免造成引導(dǎo)方向錯(cuò)誤。

圖3 地鐵車站應(yīng)急引導(dǎo)疏散系統(tǒng)人機(jī)交互面板

4 結(jié) 論

本文通過分析地鐵車站現(xiàn)有疏散引導(dǎo)設(shè)施現(xiàn)狀及應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)存在的主要不足，針對(duì)性地提出通過地鐵車站各類緊急事件實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、對(duì)緊急事件進(jìn)行多元信息綜合判定并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整疏散引導(dǎo)路徑、通過智能引導(dǎo)燈進(jìn)行連續(xù)引導(dǎo)，這一新型地鐵車站應(yīng)急疏散引導(dǎo)設(shè)施設(shè)計(jì)思路，并對(duì)其功能架構(gòu)、數(shù)據(jù)流程進(jìn)行完整介紹。同時(shí)假設(shè)某一地鐵站發(fā)生火災(zāi)，對(duì)其進(jìn)行案例分析，主要介紹本系統(tǒng)可借助人機(jī)交互面板實(shí)現(xiàn)各類緊急事件信息展示，并可以快捷調(diào)整疏散引導(dǎo)路徑進(jìn)而控制智能引導(dǎo)燈執(zhí)行相關(guān)指令，提高其智能化程度，滿足實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)調(diào)整、連續(xù)引導(dǎo)等功能需求。為應(yīng)急疏散引導(dǎo)系統(tǒng)優(yōu)化提供新思路，對(duì)城市軌道交通地鐵車站緊急事件下的客流疏散引導(dǎo)起到一定的借鑒意義。