略論緊急狀態(tài)下鐵路旅客運(yùn)輸徑路優(yōu)化模型

黃曉莉

（中交一公局集團(tuán)有限公司）

近年來，有關(guān)大型天災(zāi)事故，以及社會上重大事件給鐵道旅客運(yùn)輸帶來不利影響的消息出現(xiàn)在報紙雜志中，因緊急狀態(tài)產(chǎn)生時，通常都面臨著社會秩序紊亂，疏散人群緊張，設(shè)備效率低下，以及乘客安全隱患性較高一系列問題，所以上述的重大事件往往會造成大量經(jīng)濟(jì)損失，以及對身體的傷害。因此，如何應(yīng)對突發(fā)事件，降低災(zāi)難帶來的危害就成為擺在我們面前迫切需要解決的難題之一。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，越來越多的人開始關(guān)注應(yīng)急救援工作。鐵路運(yùn)輸作為當(dāng)前階段我國運(yùn)輸方式中必不可少的部分，鐵路在當(dāng)前階段是我國極為重要的載客交通工具之一，在緊急狀態(tài)下，特別是在發(fā)生大面積災(zāi)害的情況下，鐵路系統(tǒng)迅速有效地組織人員運(yùn)輸與撤離會極大地減少國家與人民的損失。

一、緊急狀態(tài)下鐵路旅客運(yùn)輸特點

應(yīng)急狀況是指在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，由于某一范圍內(nèi)尤其是在較大范圍內(nèi)發(fā)生的自然或社會事件對列車旅客以及貨物形成的影響，或最后因該事件而形成的異常情況，如地震、大火、瘟疫、戰(zhàn)亂和襲擊等自然事故而造成的不正常狀況。在這些重大事件中最常見和最重要的就是緊急狀態(tài)下的鐵路系統(tǒng)的緊急疏散問題。在這一過程中，由于列車處于高速行駛之中，容易導(dǎo)致一些意外情況的產(chǎn)生，這些都會直接威脅到人們的生命安全，從而給人民群眾帶來巨大的損失和危害。緊急疏散是為了避免在緊急狀態(tài)下造成嚴(yán)重的人身傷亡和財產(chǎn)損失，維護(hù)社會公益而對鐵路乘客進(jìn)行的緊急疏導(dǎo)。緊急狀態(tài)時鐵路系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)將發(fā)生巨大變化，鐵路旅客運(yùn)輸將出現(xiàn)新特點。

（一）列車運(yùn)行秩序混亂

重大事件特別是自然災(zāi)害事件往往使得鐵路設(shè)施遭到破壞，鐵路線路局部或者小幅度垮塌，極大地降低了鐵路運(yùn)輸能力并對鐵路網(wǎng)絡(luò)造成了損害，同時由于當(dāng)今我國各鐵路已經(jīng)趨于飽和，最終導(dǎo)致被破壞線路無法運(yùn)行火車，鐵路車站被迫停運(yùn)，從而引起車站擁堵秩序紊亂、人員滯留和安全隱患加大。為了避免此類突發(fā)事件，減少經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡，就必須在危險發(fā)生時及時進(jìn)行應(yīng)急救援，而這一過程的關(guān)鍵就是建立一套有效的快速響應(yīng)機(jī)制及優(yōu)化徑路的模型[1]。

（二）鐵路運(yùn)輸能力緊張

鐵路運(yùn)輸設(shè)備以年均所需容量分配（兼顧部分儲備），列車在很短的時間內(nèi)超負(fù)荷運(yùn)行，勢必造成運(yùn)輸設(shè)備容量緊張，甚至造成站場阻塞，無法及時運(yùn)送災(zāi)民物資。一旦發(fā)生災(zāi)害事故，就會造成重大經(jīng)濟(jì)損失，并對人民群眾生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。同時還可能影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，破壞社會穩(wěn)定。所以說鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)在國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有重要地位。所以，車站設(shè)備的運(yùn)輸能力要得到合理的發(fā)揮。目前，我國大部分鐵路沿線都設(shè)有調(diào)車作業(yè)站，因此，如何提高并調(diào)動鐵路機(jī)車運(yùn)用效率是擺在我們面前的一個十分緊迫而艱巨的任務(wù)。

（三）安全隱患多

需要疏散的人員在鐵路車站內(nèi)大量集中，很容易引起恐慌甚至騷亂等重大治安問題，與此同時候車等服務(wù)設(shè)施的容量也非常緊張，潛在的火災(zāi)和爆炸的危險加大。如果不能及時有效地處理這些突發(fā)事件，很容易造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。尤其是一些重大惡性事件時有發(fā)生。所以需要維護(hù)車站的秩序，同時為了提高旅客服務(wù)質(zhì)量，減少由于疏散出口設(shè)置不合理所導(dǎo)致的客流擁擠現(xiàn)象。因此，有必要對鐵路機(jī)車進(jìn)行合理規(guī)劃布局并建立相應(yīng)的安全防護(hù)體系。

二、鐵路旅客運(yùn)輸徑路的優(yōu)化算法

如今，也有專家就緊急狀況下城市和地區(qū)的居民疏散以及靜態(tài)區(qū)域的居民撤離等方面開展了深入研究，但關(guān)于緊急條件下鐵路運(yùn)輸事件處理方面則少有關(guān)注。一些專家運(yùn)用物理法中的某些模型對緊急狀況下鐵路旅客運(yùn)輸路線的問題展開了深入研究，上述研究成果雖然發(fā)表后獲得了一定的實際作用，但也只是從原理上求固定兩個國家的鐵路旅客運(yùn)輸路線最優(yōu)預(yù)測值的問題，缺乏普適的基礎(chǔ)，更為重要的是還不能對緊急情況的地點和一系列與鐵道運(yùn)輸相關(guān)的措施進(jìn)行綜合優(yōu)化，存在著片面性。于是，怎樣做到在普通狀況下對列車旅客運(yùn)送路線最優(yōu)化問題的合理處理變成了擺在人們眼前的一個關(guān)鍵問題，這就需要我們通過一系列的方法和手段去探索新的鐵路乘客運(yùn)輸途徑選擇方案，同時也需要相關(guān)部門能夠及時掌握緊急狀態(tài)發(fā)生時的情況。另外，目前國內(nèi)關(guān)于鐵路運(yùn)輸方面的研究成果還很少，因此，急需一種新方法來解決這一問題。而鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)作為一個復(fù)雜大系統(tǒng)，需要綜合考慮多方面因素才能得到最優(yōu)化結(jié)果。有鑒于此，本論文將從介紹緊急狀態(tài)鐵路運(yùn)輸特征入手，對既有運(yùn)輸路徑提出以鐵路客運(yùn)站為主線的鐵路運(yùn)輸途徑全面優(yōu)化思路[2]。

基于鐵路旅客運(yùn)營在緊急狀態(tài)中的鮮明特征，可以通過模糊多路徑?jīng)Q策問題以及基于點-線迭代懲罰算法的多徑路問題對該模型的求解。模型以乘客總延誤時間最短為優(yōu)化目標(biāo)，同時兼顧安全和效率兩個約束條件。在此基礎(chǔ)上給出了一種快速計算最優(yōu)方案的實用計算方法。最后通過算例驗證了該方法的可行性及有效性，即站點優(yōu)先權(quán)確定和運(yùn)輸徑路集設(shè)置。

（1）站點優(yōu)先權(quán)的確定。利用模糊多目標(biāo)決策問題，構(gòu)造了影響因素集X={X1,X2,X3},X1代表危險程度，X2代表疏散人員運(yùn)量，X3代表站點運(yùn)輸設(shè)備能力，得到了受災(zāi)地區(qū)站點的優(yōu)先權(quán)并確定了列車運(yùn)行徑路后根據(jù)該優(yōu)先權(quán)對站點進(jìn)行了篩選。

創(chuàng)建了一個受災(zāi)區(qū)域車站集C的總評論集（好,一般,差)，總評論的最大權(quán)值為Q=(Q1,Q,Q3)。為車站Ca的模糊評價矩陣U=(U1,U,U3)T；同時，可以按照實際條件確定各要素的總重量為P=(P1,P,P3)，其中P0=1，且PO＞0,o=1,3。利 用 混合乘積評判法，在C口的評價模糊向量為Ra=PUa，而c有評價模糊矩陣R=(R1,R,Rm)。因此對車站已有總評價值A(chǔ)=XRa，形成對受災(zāi)地區(qū)車站集C的總評價集A{A1，A2，…，Am}，而通過對A排序，就可以求出受害地區(qū)列車的優(yōu)先級，在確定列車運(yùn)行徑路時按其優(yōu)先級選定列車。

（2）運(yùn)輸徑路集的建立。在緊急情況時，鐵路旅客的途經(jīng)道路有可能被重新定義在經(jīng)過帶有一定危險性的站點時，需要辨識出幾個不同的較短徑路以便識別。設(shè)置運(yùn)輸徑路集，其流程為如下。

建立對徑路的總評語集｛“好”，“一般”，“差”}，且各評語對應(yīng)最終選擇的權(quán)值為B=(B1，B2，B3)。對labk建 立 模糊評價矩陣Z=[Z1,Z2)]T；同時根據(jù)實際情況確定各因素的評價權(quán)重C=(C1，C2)，其中盯C1+C2=1，且C1＞0，C2＞0。采用混合乘積評判法，對labk的評價模糊向量是Wk=XZk。徑路集lab曲有評價模糊矩陣W=[W1,W2,…,Wl]，對labk評價有BK-XWk，形成對徑路集Lk的總評價集B={B1,B2,…,Bt}，通過對B排序可求出Ca到Db的最優(yōu)徑路lab[3]。

三、鐵路客運(yùn)站的運(yùn)輸路徑優(yōu)化

（一）高效掌控站內(nèi)客流

為滯留在車站人員提供物質(zhì)保障。處于緊急狀態(tài)時，一般客流量急劇增加、人員擁堵，就有可能導(dǎo)致滯留人員恐慌心理，最終引發(fā)安全治安等一系列問題。因此，為了確保旅客出行安全，減少或避免安全事故發(fā)生，有必要采取有效措施做好客流組織工作。加強(qiáng)疏導(dǎo)滯留人員的思想。疏散是處置突發(fā)事件中最重要的環(huán)節(jié)之一，鐵路系統(tǒng)的員工一定要注意撫慰滯留人員的情緒、確保物資供應(yīng)、合理安排人員等候時間。

檢查車站存在的安全隱患，為了能夠更好地滿足這一需求，就需要做好列車運(yùn)營工作，以保障列車運(yùn)行效率與安全性。緊急狀態(tài)下會因為秩序混亂而產(chǎn)生很多安全問題，特別是某些不法分子趁機(jī)犯罪，對于這種情況一定要予以打擊。

建立有效的旅客上下車計劃。保證旅客能夠安全快速地到達(dá)目的地是車站運(yùn)營工作中非常重要的環(huán)節(jié)之一，也是提高服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵。因此對上、下列車的組織管理就顯得尤為重要。加強(qiáng)應(yīng)急預(yù)案。緊急狀態(tài)下，要制定出一套旅客上下車計劃，如采用提前檢票，每個關(guān)鍵點都要分流客流。

（二）高效有組織的乘客運(yùn)輸

（1）預(yù)先確定鐵路優(yōu)先權(quán)問題。基于重大事件的概率性和隨機(jī)性，以及對該事故所造成危害等級和損害程度的不可預(yù)測性，以及滯留人員數(shù)量的不確定性等特征，本文將運(yùn)用一個模糊化目標(biāo)從車站可能面臨的威脅等級、設(shè)施能力、運(yùn)輸能力、客流量值等方面判斷鐵路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)先權(quán)。

（2）優(yōu)化確定最優(yōu)解。如果說本論文所討論的問題是緊急狀態(tài)鐵路旅客運(yùn)輸路徑的總體優(yōu)化問題的話，那最優(yōu)路徑的確定就是其中的核心內(nèi)容。從某種意義上講，列車停站方案是否合理直接關(guān)系到整個運(yùn)營成本以及行車效率的高低。目前國內(nèi)外對于列車停站問題都沒有一個統(tǒng)一有效的算法。本文對此進(jìn)行了研究。因為原規(guī)劃的旅客運(yùn)輸路線有可能會因重大事件而出現(xiàn)部分甚至更大程度的損壞，在運(yùn)行中亦有可能出現(xiàn)嚴(yán)重安全隱患，這就要求鐵路管理當(dāng)局根據(jù)各鐵路的實際情況，有效、正確、合理地決定各趟待駛列車行走路線順序和路徑方向，尤其是要采用如上許多學(xué)者所采用的地理學(xué)方式進(jìn)行最優(yōu)的路徑設(shè)計，也即采用點-線迭代懲罰的相異最短路徑線，尋求在事故發(fā)生后的鐵路運(yùn)輸中最優(yōu)路徑。

（3）最大限度利用運(yùn)能。面對旅客人數(shù)較大地區(qū)，可在貨運(yùn)路線條件許可的情況下適量加開列車，與此同時，自備線路的列車也可暫行發(fā)車，面對旅客人數(shù)較大、滯留人數(shù)較多的地區(qū)，可通過中間站或直通形式等運(yùn)送旅客，以保證滯留人數(shù)撤離，緩解沿路車站的緊張氣氛。對于鐵路部門來說，應(yīng)根據(jù)實際客流特征和運(yùn)輸組織特點進(jìn)行合理規(guī)劃；對于乘客出行目的地選擇行為及路徑?jīng)Q策過程中影響因素眾多且復(fù)雜的問題，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論建立了模糊評價模型，并對各備選[4]。

（4）緊急狀態(tài)下的內(nèi)燃機(jī)車保障方案。由于重大事件出現(xiàn)時會帶來很多不確定因素的影響，電力系統(tǒng)有可能出現(xiàn)中斷，造成列車無法正常行駛，所以緊急狀態(tài)需要保證內(nèi)燃機(jī)供給與獨立發(fā)電機(jī)供給，同時還需要更新優(yōu)化內(nèi)燃機(jī)與獨立發(fā)電機(jī)裝置，以推動旅客運(yùn)輸路徑的優(yōu)化。

（三）高效有組織售票

高效、有組織地購票是鐵路旅客高效、有組織出行的基礎(chǔ)，需要針對緊急狀態(tài)的具體情況，綜合考慮和政府有關(guān)部門的交流結(jié)果，并堅持運(yùn)輸能力確定購票方式。在保證旅客出行安全的前提下，應(yīng)盡量擴(kuò)大運(yùn)距，減少中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，縮短候車時間，實現(xiàn)“一小時”內(nèi)到達(dá)車站或機(jī)場。有步驟地調(diào)整票源，強(qiáng)化新科技票務(wù)觀念，全天無間斷售票行駛；采用下列辦法：（1）增加了其他購票途徑；（2）對滯留人士的買票方式更為便利；（3）短信和網(wǎng)絡(luò)購票。并對代售網(wǎng)點實施有效的監(jiān)督，建立系統(tǒng)的監(jiān)督制度與計劃。

四、結(jié)語

鐵路運(yùn)輸作為當(dāng)前階段我國運(yùn)輸方式中不可缺少的部分，鐵路部門統(tǒng)一組織人員運(yùn)輸與疏散的能力決定著國家與民眾的損失程度，所以對于傳統(tǒng)旅客運(yùn)輸路徑的優(yōu)化便成為必然。本文以旅客安全為前提，從多個角度分析了目前應(yīng)急情況下列車緊急調(diào)運(yùn)存在問題，并提出相應(yīng)對策。最后通過實例證明其有效性。實際運(yùn)行過程中要樹立以人為本，為人民服務(wù)的思想，確保緊急狀態(tài)下旅客出行的物質(zhì)供給，并在組織旅客撤離的同時確定旅客出行的最優(yōu)路徑，以最終實現(xiàn)大道鐵路旅客出行路徑總體最優(yōu)。

【相關(guān)鏈接】

各國客流分類不盡相同。中國按旅客乘車距離分為直通客流、管內(nèi)客流和市郊客流三種（見鐵路客流計劃）。與之相適應(yīng)而開行的旅客列車為直通旅客列車、管內(nèi)旅客列車和市郊旅客列車。直通旅客列車在兩個及兩個以上鐵路局轄區(qū)內(nèi)開行，管內(nèi)旅客列車在一個鐵路局所管轄范圍內(nèi)開行，市郊旅客列車在城市附近運(yùn)行（見鐵路市郊旅客運(yùn)輸）。旅客列車按運(yùn)行速度和沿途停站多少可分為特別旅客快車、旅客快車和普通旅客列車。特別旅客快車的列車編組輛數(shù)少，運(yùn)行速度高，途中停站次數(shù)少，停站時間短，大多在首都與大城市、大工業(yè)中心之間開行；旅客快車的運(yùn)行速度較特別旅客快車低，較普通旅客列車高，多在較大的車站間開行。此外，還有專門在大城市和各名勝古跡及游覽地區(qū)所在站之間運(yùn)行的旅游列車，在客流量不大的支線上開行由客貨車輛混編的客貨混合列車。

根據(jù)運(yùn)輸對象的不同，鐵路運(yùn)輸計劃還可分為鐵路旅客運(yùn)輸計劃和鐵路貨物運(yùn)輸計劃。鐵路旅客運(yùn)輸計劃為滿足人們旅行需要，合理利用鐵路旅客運(yùn)輸設(shè)備而制訂的用以組織旅客運(yùn)輸工作的計劃。其內(nèi)容主要有旅客運(yùn)輸量、旅客周轉(zhuǎn)量和旅客平均運(yùn)程等。據(jù)此可以確定旅客列車的行駛區(qū)段、編組內(nèi)容和開行數(shù)量，為編制旅客列車運(yùn)行圖、發(fā)揮客運(yùn)設(shè)備能力、更好組織旅客運(yùn)送提供了依據(jù)。20世紀(jì)末開始，年度旅客運(yùn)輸任務(wù)以運(yùn)輸主要指標(biāo)預(yù)期值的形式下達(dá)，更體現(xiàn)了新形勢的新要求。

鐵路運(yùn)輸計劃按時間分，可分為長期計劃、年度計劃和日常計劃。長期計劃屬遠(yuǎn)景發(fā)展計劃。年度計劃直接反映出國家下達(dá)給鐵路的運(yùn)輸任務(wù)及考核指標(biāo)，是鐵路編制列車編組計劃、機(jī)車車輛運(yùn)用計劃、列車運(yùn)行圖以及分配各鐵路局、分局運(yùn)輸任務(wù)的依據(jù)。日常計劃是指各有關(guān)業(yè)務(wù)部門按月、旬、日、班編制的各種生產(chǎn)作業(yè)的具體的短期計劃。