地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測試實(shí)現(xiàn)

李虹雨

(陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，軌道交通學(xué)院， 陜西， 西安 710018)

0 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市交通擁堵問題日益嚴(yán)重，為緩解該問題的發(fā)生，地鐵隨之而產(chǎn)生，地鐵是一種容量巨大的公共交通工具，通過該工具可最大限度的緩解城市交通擁堵問題，但由于地鐵長期處于地下環(huán)境工作，且所處空間十分狹小，易造成突發(fā)事故，基于此，本文針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行如下設(shè)計(jì)，通過地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散關(guān)鍵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可有效緩解疏散事件的發(fā)生，并且該系統(tǒng)有利于救援人員及時(shí)確定事故發(fā)生的位置，最大限度的減少人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失。

1 地鐵區(qū)間迫停疏散的危害程度分析

1.1 需要進(jìn)行地鐵區(qū)間疏散的情況

由于地鐵的主要運(yùn)行環(huán)境處于地下，當(dāng)?shù)罔F出現(xiàn)設(shè)備等方面的故障時(shí)，易造成列車脫軌、墜落、分離等現(xiàn)象，該現(xiàn)象的發(fā)生可導(dǎo)致運(yùn)營線路出現(xiàn)阻塞，此時(shí)，工作人員應(yīng)針對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行疏散，最大限度的降低列車事故對(duì)乘客造成的危害，通常情況下，地鐵區(qū)間出現(xiàn)事故時(shí)需要疏散的主要情況包括3種，分別是嚴(yán)重車輛事故、設(shè)備故障以及火災(zāi)等重大事故，在事故發(fā)生時(shí)，應(yīng)在第一時(shí)間針對(duì)乘客進(jìn)行疏散，以免造成更嚴(yán)重的損害發(fā)生[1]。

1.2 地鐵區(qū)間迫停疏散的危害程度

當(dāng)?shù)罔F區(qū)間出現(xiàn)迫停疏散事件時(shí)，可造成地鐵區(qū)間不能正常運(yùn)營，對(duì)于地鐵區(qū)間造成較大影響，該影響主要體現(xiàn)在運(yùn)營中斷、人員受傷、社會(huì)負(fù)面影響、經(jīng)濟(jì)損失等方面，其中運(yùn)營中斷指的是事故發(fā)生時(shí)，由于環(huán)境過于復(fù)雜，造成救援時(shí)間超過預(yù)期時(shí)間，從而導(dǎo)致運(yùn)營中斷。人員受傷指的是列車因事故被迫停止后，乘客出現(xiàn)恐慌，瘋狂敲砸玻璃，造成人員出現(xiàn)受傷現(xiàn)象，與此同時(shí)，該現(xiàn)象對(duì)于公司財(cái)產(chǎn)可造成一定損失。此外，列車迫停事件發(fā)生的主要原因是由于公司未做好事件預(yù)防措施，并且未針對(duì)受傷的乘客做好賠償，導(dǎo)致乘客向社會(huì)曝光公司的負(fù)面新聞，對(duì)于公司的影響較大[2]。

2 地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 應(yīng)急疏散系統(tǒng)邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要將該架構(gòu)分為4層，分別是展示層、應(yīng)用層、模型層和數(shù)據(jù)層，其中展示層是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真結(jié)果的多維展示平臺(tái)，為保證展示層可更加清晰的展現(xiàn)出地鐵內(nèi)部環(huán)境狀況，在展示層內(nèi)設(shè)置PC端和VR設(shè)備端，PC端和VR設(shè)備端可為用戶提供多維可視化的疏散空間場景，有利于在地鐵區(qū)間出現(xiàn)事故時(shí)，可在第一時(shí)間內(nèi)針對(duì)乘客進(jìn)行疏散；應(yīng)用層主要利用VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)沉浸式觀察，內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括疏散效果評(píng)估、應(yīng)急預(yù)案優(yōu)化、安全行為分析和安全逃生教育；模型層是該系統(tǒng)的核心組成部分，可為系統(tǒng)提供大量數(shù)據(jù)；而數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)成功建立的基礎(chǔ)。

2.2 應(yīng)急疏散系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證應(yīng)急疏散系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行，將該系統(tǒng)的功能分為突發(fā)事件仿真、應(yīng)急疏散演練、仿真統(tǒng)計(jì)分析和可視化展示，地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

(1) 突發(fā)事件仿真：該功能可對(duì)地鐵區(qū)間的突發(fā)事件進(jìn)行場景設(shè)定。通過對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，即可根據(jù)事件所發(fā)生的時(shí)間和位置以仿真的形式進(jìn)行場景重現(xiàn)。對(duì)乘客屬性進(jìn)行配置，充分結(jié)合乘客的數(shù)量、期望速度等參數(shù)進(jìn)行屬性設(shè)置。

(2) 應(yīng)急疏散演練：在功能上可適用于多種場景，根據(jù)相關(guān)需求，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急疏散場景進(jìn)行仿真，而用戶可通過該系統(tǒng)對(duì)場景仿真和疏散演練等模式進(jìn)行設(shè)定。

(3) 仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：演練完畢后可利用仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為滿足地鐵公司針對(duì)列車進(jìn)行運(yùn)營過程中，對(duì)于數(shù)據(jù)的需求，本文主要采用錄屏的方式針對(duì)演練過程進(jìn)行記錄，有利于最大限度的滿足地鐵公司運(yùn)行安全評(píng)估的數(shù)據(jù)需求。

(4) 系統(tǒng)可視化展示：為保證用戶更加直觀的觀察到仿真演練過程及相關(guān)數(shù)據(jù)，采用UI界面對(duì)系統(tǒng)配置進(jìn)行可視化設(shè)定，使地鐵區(qū)間的演練場景呈現(xiàn)三維漫游狀態(tài)，并通過PC模式將仿真數(shù)據(jù)以圖表的形式進(jìn)行展示。

3 地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要將該系統(tǒng)的硬件部分分為火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)和區(qū)間應(yīng)急照明疏散指示子系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，將硬件部分分為多個(gè)處理單元，并針對(duì)系統(tǒng)硬件單元進(jìn)行如下設(shè)計(jì)[4]。

3.1 列車火災(zāi)探測單元

該單元的主要功能是利用監(jiān)控系統(tǒng)獲取列車內(nèi)的監(jiān)控圖像，通過該圖像的獲取可判斷疏散事件發(fā)生的具體位置以及火災(zāi)的擴(kuò)散程度，有利于針對(duì)火災(zāi)情況及時(shí)進(jìn)行救援。針對(duì)該單元進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由IPC作為系統(tǒng)的工控機(jī)，MDS2710作為系統(tǒng)的數(shù)字電臺(tái)，工控機(jī)可為系統(tǒng)提供千兆自適應(yīng)以太網(wǎng)接口，將該接口與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，有利于系統(tǒng)及時(shí)根據(jù)火警信息進(jìn)行處理。由于地鐵列車長期在移動(dòng)的環(huán)境下工作，而數(shù)字電臺(tái)具有良好的性能，可保證該單元的可靠性[5]。

3.2 應(yīng)急照明控制器單元

該單元的主要功能是為兄臺(tái)能夠提供照明指示標(biāo)，通過照明指示標(biāo)和形成安全的疏散逃生路線，并將IPC作為系統(tǒng)的工控機(jī)、RS-485作為系統(tǒng)的照明控制器，技術(shù)指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 技術(shù)指標(biāo)參數(shù)

針對(duì)應(yīng)急照明控制器單元進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將主機(jī)的用電源定為DC12 V，該主機(jī)的功耗為10W，為給用戶提供更好的視覺效果，選用17寸的屏幕作為主機(jī)顯示器，而AC/DC電源的輸入電壓為市電電壓，輸出電壓為支流12 V并采用RD-M作為系統(tǒng)的微型打印機(jī)，應(yīng)急照明控制器硬件組成框圖如圖2所示[6]。

圖2 應(yīng)急照明控制器硬件組成框圖

3.3 分配電裝置硬件設(shè)計(jì)

分配電裝置的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急照明燈具的控制和狀態(tài)檢測，為保證分配電裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，將總線模塊作為該系統(tǒng)的核心，通過總線模塊可針對(duì)應(yīng)急燈具的故障情況進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳，而該模塊主要由微控制器、電路等部分組成。

3.4 應(yīng)急燈具硬件設(shè)計(jì)

通常情況下應(yīng)急燈具主要包括照明燈和標(biāo)志燈兩種，針對(duì)應(yīng)急燈具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可將HY-BLJC作為系統(tǒng)的應(yīng)急標(biāo)志燈，并將HY-ZFJC作為應(yīng)急照明燈具，該燈具的工作電壓為DC24 V，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，使應(yīng)急照明燈具備巡檢、常量和滅燈功能，而應(yīng)急標(biāo)志燈具有巡檢、常亮、頻閃等功能。

4 地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 列車火災(zāi)探測報(bào)警軟件設(shè)計(jì)

為保證應(yīng)急疏散系統(tǒng)具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，可針對(duì)列車火災(zāi)探測報(bào)警軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，列車火災(zāi)探測報(bào)警軟件的實(shí)現(xiàn)主要利用LabVIEW技術(shù)，并結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢，以圖像處理的方式針對(duì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，為保證列車火災(zāi)探測報(bào)警軟件的穩(wěn)定運(yùn)行，將軟件按照功能劃分為圖像獲取、處理以及串行通信模塊，列車火災(zāi)探測報(bào)警軟件結(jié)構(gòu)[7]如圖4所示。

圖3 列車火災(zāi)探測報(bào)警軟件結(jié)構(gòu)圖

圖4 分配電裝置檢測軟件流程圖

4.2 應(yīng)急照明控制器軟件設(shè)計(jì)

為保證該系統(tǒng)具有一定聯(lián)動(dòng)性，針對(duì)應(yīng)急照明控制器軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采用C/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此外，應(yīng)急照明控制器軟件在運(yùn)行過程中的功能主要包括：燈具運(yùn)行狀態(tài)瀏覽、分配電裝置管理、總線模塊管理、集中電源管理以及應(yīng)急照明控制管理。

4.3 分配電裝置軟件設(shè)計(jì)

針對(duì)分配電裝置軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，將該軟件分為總線模塊和分配電裝置檢測兩部分，其中總線模塊選用C語言針對(duì)芯片進(jìn)行編程，為實(shí)現(xiàn)應(yīng)急疏散系統(tǒng)之間的通訊功能，選用RS-485接口和應(yīng)急照明控制器之間形成連接，而燈具部分與H-MBUS串行總線形成數(shù)據(jù)通訊，總線模塊軟件實(shí)時(shí)上傳燈具的狀態(tài)信息至應(yīng)急照明控制器，應(yīng)急照明控制器成功接收到信息后，向燈具發(fā)送控制指令。分配電裝置檢測軟件可針對(duì)應(yīng)急疏散系統(tǒng)進(jìn)行檢測與調(diào)試，通過該軟件可實(shí)現(xiàn)控制指令的發(fā)送，分配電裝置檢測軟件流程如圖5所示[8]。

5 地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)仿真測試分析

通過上述設(shè)計(jì)可知，地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)可在列車出現(xiàn)事故時(shí)及時(shí)報(bào)警，此外，地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)可針對(duì)列車進(jìn)行智能管理，有利于維持地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要作用，為驗(yàn)證地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)的可行性，本文針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，以此驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性。

5.1 系統(tǒng)設(shè)備基本功能測試

針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)的基本功能進(jìn)行測試時(shí)，本文主要針對(duì)系統(tǒng)的分配電裝置進(jìn)行研究，其調(diào)試項(xiàng)目包括通信測試、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)測試以及聯(lián)動(dòng)功能測試，測試流程主要包括如下4個(gè)步驟。

(1) 首先將分配電裝置中的電源輸入以地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)中的通信線進(jìn)行連接，連接完畢后，應(yīng)及時(shí)確定連接是否無誤，在保證電源連接無誤后，可向地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)內(nèi)通入電流。

(2) 電源通入完畢后，應(yīng)啟動(dòng)計(jì)算機(jī)上的分配電裝置軟件，并利用計(jì)算機(jī)針對(duì)該裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，參數(shù)主要包括串口選擇、設(shè)備通信地址、編號(hào)以及測試人員等，參數(shù)設(shè)置完畢后可點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)界面的“連接”按鈕，以此保證軟件的通信功能，地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)處于通信狀態(tài)時(shí)，指示燈為綠色。

(3) 保證系統(tǒng)通信處于正常狀態(tài)時(shí)，應(yīng)按照軟件界面的提示內(nèi)容進(jìn)行逐項(xiàng)測試。

(4) 針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試后，計(jì)算機(jī)界面出現(xiàn)“生成報(bào)表”字樣，點(diǎn)擊即可將調(diào)試結(jié)果進(jìn)行記錄或輸出[9]。

5.2 系統(tǒng)仿真模擬測試分析

為保證地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)可穩(wěn)定運(yùn)行，本文針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬測試，該測試主要針對(duì)系統(tǒng)中的探測火災(zāi)和火災(zāi)報(bào)警功能是否具有準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)進(jìn)行測試之前，應(yīng)保證系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備處于正常運(yùn)行狀態(tài)，測試過程中首先應(yīng)設(shè)置三個(gè)著火點(diǎn)，分別位于車頭部、中部以及尾部，利用該系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測火災(zāi)發(fā)展情況，并將火災(zāi)發(fā)生的位置信息上傳至控制器，通過控制器生成應(yīng)急疏散方案，工作人員可根據(jù)系統(tǒng)的指示燈及時(shí)救援。通過系統(tǒng)仿真模擬測試可知，該系統(tǒng)可在60 s內(nèi)生成應(yīng)急疏散預(yù)案，滿足地鐵區(qū)間的應(yīng)急救援需求[10]。

6 總結(jié)

本文主要針對(duì)地鐵區(qū)間迫停疏散的危害程度進(jìn)行分析，通過分析可知，若地鐵區(qū)間出現(xiàn)疏散事件，可對(duì)地鐵公司造成不同程度的影響，不利于地鐵的穩(wěn)定運(yùn)行，與此同時(shí)，地鐵出現(xiàn)疏散事件可造成不同程度的人員傷亡，基于此，針對(duì)地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)的架構(gòu)、硬件組成以及軟件組成進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，為保證地鐵區(qū)間應(yīng)急疏散系統(tǒng)可順利運(yùn)行，通過仿真測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性，結(jié)果表明，該系統(tǒng)符合地鐵區(qū)間的應(yīng)急救援需求，在60 s內(nèi)即可生成預(yù)案。