CN103218513B - 一种城市轨道交通运行安全的判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了城市轨道交通运行安全监测技术领域中的一种城市轨道交通运行安全的判定方法。包括采集并处理用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数对应的关键数据；计算用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数的值；对用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数的值进行归一化处理，并计算城市轨道交通站点/线路运行安全值；根据城市轨道交通站点/线路运行安全值，确定城市轨道交通站点/线路运行安全的级别。本发明解决了现有技术存在的问题的同时，为城市轨道交通运行系统安全评价提供了技术支持。

Description

一种城市轨道交通运行安全的判定方法

技术领域

本发明属于城市轨道交通运行安全监测技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通运行安全的判定方法。

背景技术

近年来，城市轨道交通进入网络化运营时代，路网运营安全影响因素众多，运营风险增大。同时，随着交通调整政策对其客流负荷量要求提高，路网规模不断扩大，运营过程所伴随产生的安全隐患不断增多，运营安全管理工作难度增大。路网运营线路众多、情况各异，运营安全风险增大，站站之间、线线之间关联度增强，迫切需要建立一种运行安全的判定方法。

目前国内外相关学者对城市轨道交通运行安全判定进行的研究多是基于事故层面。多以单层指数为主，指数的静态性强，有的在表征线路运行安全时考虑因素的完整性方面有待完善，未体现出动态实时性。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种城市轨道交通运行安全的判定方法，用以解决目前城市轨道交通运行安全判定过程中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种城市轨道交通运行安全的判定方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采集并处理用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数对应的关键数据；

步骤2：利用公式 $\left\{\begin{array}{c}{y}_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_{\mathrm{ij}}+u\left(x_{\mathrm{ij}}\right))\frac{w_{\mathrm{ij}}}{2}\\ u\left(x_{\mathrm{ij}}\right)=s_{\mathrm{ij}}{x_{\mathrm{ij}}}^{k_{\mathrm{ij}}}\end{array}\right.$ 计算用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值；其中，y_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值，x_ij为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据的值，i＝1,2,...,n，n为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的关键数据的个数，w_ij为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据的权重，u(x_ij)为使城市轨道交通站点/线路运行安全第j类指数(y_j)与对应的第i个关键数据(x_ij)的映射关系为增益映射关系的增益函数，s_ij和k_ij为设定参数，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数；

步骤3：对用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数的值进行归一化处理，利用公式 $\left\{\begin{array}{c}y=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(y_j^{\′}+u^{\′}\left(y_j^{\′}\right))\frac{w_j}{2}\\ u^{\′}\left(y_j^{\′}\right)=s_j{y_j^{\′}}^{k_j}\end{array}\right.$ 计算城市轨道交通站点/线路运行安全值；其中，y为城市轨道交通站点/线路运行安全值，y′_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值的归一化处理结果，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数，w_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的权重，u′(y_j′)为使城市轨道交通站点/线路运行安全值(y)与对应的第j类指数值的归一化处理结果(y′_j)的映射关系为增益映射关系的增益函数，s_j和k_j为设定参数；

步骤4：根据城市轨道交通站点/线路运行安全值，确定城市轨道交通站点/线路运行安全的级别。

所述用于表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数包括站点列车运营指数、站点客容量指数、站点环境指数和站点设备服役指数。

所述用于表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数对应的关键数据具体是：站点列车运营指数对应的关键数据为列车晚点率和列车运行断面满载率；站点客容量指数对应的关键数据为闸机使用频度指数、屏蔽门失效率和站台客流密度；站点环境指数对应的关键数据为温度差之比、二氧化碳浓度和湿度差之比；站点设备服役指数对应的关键数据为照明设备故障率、水泵设备故障率、风机设备故障率、紧急报警装置故障率和传感器设备故障率。

所述用于表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数包括线路列车运营指数、线路客运指数、线路环境指数、线路设备服役指数和线路负载指数。

所述用于表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数对应的关键数据具体是：线路列车运营指数对应的关键数据为线路列车晚点率、速度超标指数和站点列车运营复合指数；线路客运指数对应的关键数据为断面复合满载率指数、区段列车满载率、区段客容量指数和站点客容量复合指数；线路环境指数对应的关键数据为区间环境指数和站点环境复合指数；线路设备服役指数对应的关键数据为线路空调故障率、信号机故障率、供电设备故障频度和站点设备服役复合指数；线路负载指数对应的关键数据为线路负载率和线路负荷强度。

所述 $w_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{n},$ s_ij＝2，k_ij＝2， $w_j=\frac{1}{m},$ s_j＝2， $k_j={\log }_{\frac{1}{3}}\frac{1}{6},i=\mathrm{1,2},...,n,$ n为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的关键数据的个数，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数。

所述步骤4具体是当城市轨道交通站点/线路运行安全值小于0.3时，判定城市轨道交通处于安全运行级别；当城市轨道交通站点/线路运行安全值大于等于0.3且小于0.9时，判定城市轨道交通处于较不安全运行级别；当城市轨道交通站点/线路运行安全值大于等于0.9且小于1.5时，判定城市轨道交通处于不安全运行级别；当城市轨道交通站点/线路运行安全值大于等于1.5时，判定城市轨道交通处于极不安全运行级别。

本发明通过构建面向不同层次的站点/线路城市轨道交通运行安全模型，形成基于信息驱动的城市轨道交通路网运行安全判定方法，在解决现有技术存在的问题的同时，为城市轨道交通运行系统安全评价提供了技术支持。

附图说明

图1是城市轨道交通站点运行安全指数体系图；

图2是城市轨道交通线路运行安全指数体系图；

图3是城市轨道交通运行安全的判定方法流程图；

图4导致站点运营秩序混乱事件列表；

图5导致线路运营秩序混乱事件列表；

图6站点运营实时数据。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是城市轨道交通站点运行安全指数体系图，图1中描述了站点运行安全的指标体系。它用于计算单个站点运行状态。其中，一级指标为站点运行安全值，二级指标为站点运营安全表征量，由三级指标求解所得。三级指标由站点运行安全关键指数构成。各指数取值范围与城市轨道交通运行从业人员根据实际运行数据及各指标的取值情况综合考虑所得。

1、城市轨道交通站点运行安全值(即一级指标)由表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数(即二级指标)计算获得，而表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数由表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数对应的关键数据(三级指标)计算获得。

用于表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数包括站点列车运营指数、站点客容量指数、站点环境指数和站点设备服役指数。

1.1、站点列车运营指数，用于表征站点的列车运营安全，由列车晚点率与列车运行断面满载率融合得到。

1.1.1、列车晚点率为：15分钟内，晚点时间大于等于2分钟的列车的数量与计划准点到达列车的数量的比值，取值范围为[0,0.3]。

该指标为负向指标。即指标值越大表示该指标对城轨系统所造成运营安全风险越大，指标值越小，则反之。该指标用于衡量列车运行的服务质量和效率。一方面，车站列车晚点会增加车站的客流滞留人数，另一方面，列车晚点具有传播性，影响线路的正常运营。

1.1.2、列车运行断面满载率为：15分钟内，车站上行列车断面客流量与上行断面运力的比值同车站下行列车断面客流量与下行断面运力的比值的均值，取值范围为[0.1,1.3]。该指标为负向指标。

1.2、站点客容量指数，用于表征站点的拥挤情况及乘客输送效率，由闸机使用频度指数、屏蔽门失效率和站台客流密度融合得到。

1.2.1、闸机使用频度指数，指闸机使用频度与闸机使用频度危险率之和，取值范围为[0.2,5]。该指标为负向指标。

a.闸机使用频度：平均每个闸机每分钟实际通过人数与闸机额定每分钟通过人数的比值，是进站闸机使用频度和出站闸机使用频度之和。

b.闸机使用频度危险率：闸机使用频度大于1时，与1的差值，是进站闸机使用频度危险率与出站闸机使用频度危险率之和。

1.2.2、屏蔽门失效率为：15分钟内，车站屏蔽门非正常开关次数与屏蔽门开关总次数的比值，取值范围为[0,0.1]。该指标为负向指标。

1.2.3、站台客流密度，车站站台实际客流数量与车站站台有效面积所能容纳的总客流数量的比值，取值范围为[0,1.5]。该指标为负向指标。

1.3、站点环境指数，用于表征站点综合环境安全，由温度差比、二氧化碳浓度和湿度差比融合得到。

1.3.1、温度差之比，车站内各传感器实际温度与所设定标准温度的差的绝对值，同各处所允许的最大温度差的比值的平均，取值范围为[0,0.8]。该指标为负向指标。

1.3.2、二氧化碳浓度，车站站台各二氧化碳浓度传感器测量的实际二氧化碳浓度与人体所能适应的标准室内二氧化碳浓度比值的平均，取值范围为[0.5,1]。该指标为负向指标。

1.3.3、湿度差之比，车站各处(站台、隧道等)实际湿度与所设定标准湿度的差的绝对值，同各处所允许的最大湿度差的比值的平均，取值范围为[0,0.8]。该指标为负向指标。

1.4、站点设备服役指数，用于表征站点各类设备服役安全状况，由照明设备故障率、水泵设备故障率、风机设备故障率、紧急报警装置故障率以及传感器故障率融合获得。该指标为负向指标。

1.4.1、照明设备故障率，车站照明设备故障与缺损总数量与设置的照明设备总数量的比值，取值范围为[0,0.4]。该指标为负向指标。

1.4.2、水泵设备故障率，车站水泵设备的故障数量与设置的水泵设备总数量的比值，取值范围为[0,0.4]。该指标为负向指标。

1.4.3、风机设备故障率，车站风机设备的故障数量与设置的风机设备总数量的比值，取值范围[0,0.2]。该指标为负向指标。

1.4.4、紧急报警装置故障率，车站紧急报警装置的故障数量与设置的总数量的比值，取值范围[0,0.2]。该指标为负向指标。

1.4.5、传感器设备故障率，车站出现故障的传感器数量与设置的总数量的比值，取值范围[0,0.4]。该指标为负向指标。

图2是城市轨道交通线路运行安全指数体系图，图2中描述了线路运行安全的指标体系。线路运行安全的指标体系用于计算整个线路运行安装状况，分为三层。一级指标为线路运行安全值；二级指标为线路运行安全表征量，由三级指标求解所得。三级指标由线路运行安全关键指标构成。

2、在本发明中，城市轨道交通线路运行安全值(即一级指标)由表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数(即二级指标)计算获得，而表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数由表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数对应的关键数据(三级指标)计算获得。

用于表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数包括线路列车运营指数、线路客运指数、线路环境指数、线路设备服役指数和线路负载指数。

2.1、线路列车运营指数，用于表征线路列车运营安全，由线路列车晚点率、速度超标指数和站点列车运营复合指数融合得到。

2.1.1、线路列车晚点率为：15分钟内，实际列车晚点列数与实际开行列数之比，取值范围为[0,1]。注：列车从起点站出发到抵达终站点的时间比计划所需时间之差，则视为晚点。该指标为负向指标。

2.1.2、速度超标指数为线路上每辆列车的速度超标指数之和，列车的速度超标指数与列车运行速度超过限速时的持续时间呈指数相关性，取值范围为[0,1]。该指标为负向指标。

2.1.3、站点列车运营复合指数为每个站点列车运营指数的加权融合，取值范围[0,1.5]。注：权重即车站进出站量之和与该线路承载客流量的比值。该指标为负向指标。

2.2、线路客运指数用于表征线路拥挤情况及乘客输送效率，由断面复合满载率指数、区段列车满载率、区段客容量指数和站点客容量复合指数融合得到。

2.2.1、断面复合满载率指数即车站平均列车运行断面满载率的2倍，取值区间[0,2.6]。

2.2.2、区段列车满载率：相邻两个车站间列车运行环境称之为区间，若干个区间及所涉及的站点构成区段。区段列车满载率即各区段内所包含车站的列车运行断面满载率的均值中的最大值，取值区间[0.1,1.3]。该指标为负向指标。

2.2.3、区段客容量指数指各区段所包含车站的客容量指数均值中的最大值，取值范围为[0,1.5]。

2.2.4、站点客容量复合指数为每个站点客容量指数的平均值，取值范围为[0,1.5]。

2.3、线路环境指数用于表征线路综合环境安全，由区段环境指数和站点环境复合指数融合得到。

2.3.1、区间环境指数为区间温度差比、区间湿度差比、区间风速差比(地上区段)的平均，取值范围为[0,0.8]。

a、危险区间指温度差比、湿度差比或风速差比超过各区间平均值的区间。

b、区间温度(湿度、风速)差比：指温度(湿度、风速)差之比的综合计算值。计算公式：其中，g为温度(湿度、风速)差之比，代表各温度(湿度、风速)差之比的平均值，Δg代表大于平均值的g与平均值的差值，是的平均值。

2.3.2、站点环境复合指数为各车站环境指数的综合计算值，计算公式：其中，h为站点环境指数，代表各站点环境指数的平均值，Δh代表大于平均值的站点环境指数与平均值的差值，是Δh的平均值。取值区间[0,1.5]。

2.4、线路设备服役指数用于表征线路上各类设备服役安全状况，由线路空调故障率、信号机故障率、供电设备故障频度和站点设备服役复合指数融合得到。

2.4.1、线路空调故障率为线路各区段上故障通风空调设备总数量与所设置的总数量的比值，取值范围[0,0.2]。

2.4.2、信号机故障率为信号机故障数量与总数量的比值，取值范围[0,0.1]。

2.4.3、供电设备故障频度为供电设备故障频度B₄₃与60分钟内供电设备故障次数m呈指数相关性，计算公式为B₄₃＝1-e^-λ·m，其中，λ为修正指数，m代表60分钟以内，供电设备故障次数。取值区间[0,1]。

2.4.4、站点设备服役复合指数为各站点设备服役指数的综合计算，计算公式：其中，u为站点设备服役指数，代表各站点设备服役指数的平均值，Δu代表大于平均值的u与平均值的差值，是Δu的平均值。取值范围为[0,1.5]。

2.5、线路负载指数用于表征线路在列车运行及客运两方面的负荷状态，由线路负载率和线路负荷强度融合得到。

2.5.1、线路负载率为线路上实际列车开行总数与系统支持运营的最大列车数量之比，取值范围[0,1]。

2.5.2、线路负荷强度为：15分钟内，线路客流量与线路最大输送能力的比值，取值范围为[0,1]。

图3是城市轨道交通运行安全的判定方法流程图。采用增益型加权综合法作为指数融合的计算方法。增益型线性模型是对普通线性模型的改造，它解决了线性评估模型产生的指数重视偏废等问题，具有“奖优罚劣”的特点，完全符合城市轨道交通线路运营安全评估的特点。

定义：设s>0，若满足：①函数u(x)连续，分段可导；②若x₁≥x₂→u(x₁)≥u(x₂),u(x₁)'≥u(x₂)'；③u(0.5)<0.5，则当s>1时，称映射u:[0,1]→[0,s]是一个增益函数。当s∈(0,1)，映射u是一个折损函数；当s＝1，映射u既不增益也不折损。

基于上述分析，本发明的具体实施过程是：

步骤1：采集并处理用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数对应的关键数据。

城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数对应的关键数据前文已经描述。其中，对关键数据处理具体是对关键数据进行归一化处理。由于各关键数据的物理意义和表现形式不同，将它们归一到[0,1]之间，如式(1)：

$x_{\mathrm{ij}}=\frac{X_{\mathrm{ij}}-\min X_{\mathrm{ij}}}{\max X_{\mathrm{ij}}-\min X_{\mathrm{ij}}}---\left(1\right)$

式中，X_ij即城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据；minX_ij/(maxX_ij)即该安全数据的安全下的最小/大值或历史最小/大值。

步骤2：利用公式 $\left\{\begin{array}{c}{y}_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(x_{\mathrm{ij}}+u\left(x_{\mathrm{ij}}\right))\frac{w_{\mathrm{ij}}}{2}\\ u\left(x_{\mathrm{ij}}\right)=s_{\mathrm{ij}}{x_{\mathrm{ij}}}^{k_{\mathrm{ij}}}\end{array}\right.$ 计算用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值。其中，y_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值，x_ij为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据的值，i＝1,2,...,n，n为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的关键数据的个数，w_ij为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据的权重，s_ij和k_ij为设定参数，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数。

增益函数具有如式(2)的形式：

$y=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(x_i+u\left(x_i\right))\frac{w_i}{2}---\left(2\right)$

式(2)中，y为指标评价值；x_i为第i个指标值；u(x_i)为增益函数；w_i为指标x_i对应的权重；n为指标个数。

对于其中的函数u(·)有：

u(x)＝sx^kx∈[0,1](3)

要使得u(x)为一个增益函数，需根据定义确定s、k的范围。①由于u(0)＝0，u(1)＝s，因此s>1；②u(x)为单增函数，故u'(x)＝skx^k-1>0；③因x₁≥x₂→u(x₁)'≥u(x₂)'，即u(x)为单增凹函数，故u”(x)＝sk(k-1)x^k-2>0。联立②、③求解得k>1。

综上，当s>1，k>1时，u(x)为一个增益函数，y为具有增益功能的线性加权评估函数。

根据(2)式和(3)式，本发明选取公式 $\left\{\begin{array}{c}{y}_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(x_{\mathrm{ij}}+u\left(x_{\mathrm{ij}}\right))\frac{w_{\mathrm{ij}}}{2}\\ u\left(x_{\mathrm{ij}}\right)=s_{\mathrm{ij}}{x_{\mathrm{ij}}}^{k_{\mathrm{ij}}}\end{array}\right.$ 计算用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值。而对于其中的参数w_ij、s_ij和k_ij，取各关键数据权重相等的情况，即w_ij＝1/n。s_ij值的大小将决定融合后指标值域的大小，s_ij越大，值域越大，增值的幅度就越大。令s_ij＝2，即k_ij值决定增益函数梯度，k_ij值的不同其增益函数性质亦不同。为了便于确定k_ij值，将s_ij＝1，u(x_ij)＝x_ij(即普通线性评估函数)与进行对比分析。可知，当s_ij>1时，存在交点(a,a)，a应满足 $\left\{\begin{array}{c}a=u\left(a\right)\\ a>0\end{array}\right..$ 可见，当x_ij∈[0,a)时，其权重值小于普通线性模型下的权重值，当x_ij∈(a,1]时，其权重值大于普通模型下的权重值，增益效果得到体现。下面进行证明。

设增益型评估模型中x的实际权重函数为w为普通线性评估模型中x的权重值，于是，式(2)变形为则，

x∈[0,a)→u(x)<x,Q(x)<w,

x＝a→u(x)＝x,Q(x)＝w,得证。

x∈(a,1]→u(x)>x,Q(x)>w,

在增益型线性加权评估模型中，Q(x)是一个随指标值x的变化而变化的“权重函数”，当x≤a，权重系数则小于原普通线性权重系数w，是折损的；当x>a，它对评估值y_j的增值大幅度上升，且指标值越大，则增值越突出，是增益的。

a可视为特殊阈值，在实际意义中，用于判断指标值是否达到“危险”范围的下限，关键数据的特殊阈值a_ij应由城市轨道交通线路运营工作人员对每个关键数据的特殊阈值分别进行设置，本发明统一设定为0.5。用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的特殊阈值，应取y_j＝a_j时，函数值y_j是经无量纲化处理后的值。

根据特殊阈值a求解可得k。设关键数据的特殊阈值a_ij＝0.5。由增益函数求解得到k_ij＝2。因此，计算用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值的公式如式(4)：

$\left\{\begin{array}{c}{y}_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(x_{\mathrm{ij}}+u\left(x_{\mathrm{ij}}\right))\frac{1}{2n}\\ u\left(x_{\mathrm{ij}}\right)=2{x_{\mathrm{ij}}}^2\end{array}\right.---\left(4\right)$

步骤3：对用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数的值进行归一化处理，利用公式 $\left\{\begin{array}{c}y=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}(y_j^{\&prime;}+u^{\&prime;}\left(y_j^{\&prime;}\right))\frac{w_j}{2}\\ u^{\&prime;}\left(y_j^{\&prime;}\right)=s_j{y_j^{\&prime;}}^{k_j}\end{array}\right.$ 计算城市轨道交通站点/线路运行安全值；其中，y为城市轨道交通站点/线路运行安全值，y′_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值的归一化处理结果，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数，w_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的权重，s_j和k_j为设定参数。

当关键数据的特殊阈值a_ij＝0.5时，得用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数的值y_j＝0.5。对y_j进行无量纲化处理(即归一化处理)，得其特殊阈值a_j＝1/3。进而得y_j对应的k_j值，k_j＝log_1/3 ^1/6。因此，计算城市轨道交通站点/线路运行安全值的增益型模型如式(5)：

$\left\{\begin{array}{c}y=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}(y_j+u\left(y_j\right))\frac{1}{2n}\\ u\left(y_j\right)=2{y_j}^{{{\log }_{1/3}}^{1/6}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

步骤4：根据城市轨道交通站点/线路运行安全值，确定城市轨道交通站点/线路运行安全的级别。

根据该计算方法的特点，可将站点/线路安全等级划分为4级，即

0级：当站点运营安全值处于折损范围，即不足以影响站点运营安全，站点运营状态良好时，进入0级安全。

1级：当站点运营安全值处于增益范围，即站点运营安全受到一定影响时，进入1级较不安全；

2级：当站点运营受到很大程度的影响时，进入2级不安全；

3级：当出现站点指标超过取值范围以及其他极大可能导致站点运营秩序混乱的事件发生时，进入3级极不安全；

下面对各级临界点的计算方法进行探讨。

0级临界点

当站点运营安全评估值超过(>)0级临界点时，站点安全等级跃迁至1级。

由于临界点是站点运营安全与不安全的划分，应由站点各指标的特殊阈值a决定，设x₁₁为一级指标值(即待计算的安全值)，x_2p为二级第p个指标值(即用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数)，x_3j为三级第j个指标值(即关键数据，特殊阈值a的变量设置方式同理)，则临界点是各二级指标等于其特殊阈值时计算得到的一级指标值x₁₁；二级指标的特殊阈值，是取三级指标x_3j＝a_3j时，函数y经无量纲化处理后的值。则0级临界点的具体计算方法如下：

a.计算各三级指标k值

设x_3j为站点三级指标第j个关键指标(j＝1,2，…,13)，a_3j表示x_3j的特殊阈值，k_3j表示x_3j＝a_3j时的取值，可得 $\left\{\begin{array}{c}{a}_{3j}=u\left(a_{3j}\right)\\ u\left(a_{3j}\right)=2{a_{3j}}^{k_{3j}}\\ a_{3j}>0\end{array}\right.,$ 求解得 $k_{3j}={\log }_{a_{3j}}^{\frac{a_{3j}}{2}}.$

b.计算二级指标值x_2p

设x_2p为站点二级指标中第p个安全状态表征量(p＝1,…,4)，n_2j表示第j个安全状态表征量所对应的三级指标个数。代入公式⑸可得x_2p：

$x_{21}=\underset{j=1}{\overset{n_{21}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(a_{3j}+2{a_{3j}}^{k_{3j}})\&CenterDot;\frac{1}{2n_{21}}=\frac{1}{2}\underset{j=1}{\overset{2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{3j},j=\mathrm{1,2}$

$x_{22}=\underset{j=n_{21}+1}{\overset{n_{21}+n_{22}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(a_{3j}+2{a_{3j}}^{k_{3j}})\&CenterDot;\frac{1}{2n_{22}}=\frac{1}{3}\underset{j=3}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{3j},j=\mathrm{3,4,5}$

$x_{23}=\underset{j=n_{21}+n_{22}+1}{\overset{n_{21}+n_{22}+n_{23}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(a_{3j}+2{a_{3j}}^{k_{3j}})\&CenterDot;\frac{1}{2n_{23}}=\frac{1}{3}\underset{j=6}{\overset{8}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{3j},j=\mathrm{6,7,8}$

$x_{24}=\underset{j=n_{21}+n_{22}+n_{23}+1}{\overset{n_{21}+n_{22}+n_{23}+n_{24}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(a_{3j}+2{a_{3j}}^{k_{3j}})\&CenterDot;\frac{1}{2n_{24}}=\frac{1}{5}\underset{j=9}{\overset{13}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_{3j},j=\mathrm{9,10,}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,13$

c.由x_2p∈[0,1.5]，将x_2p代入式⑴进行无量纲化处理得a_2p。

d.根据式a.计算各二级指标k_2p,p＝1,2,…,4。

e.计算x_2p＝a_2p时一级指标值x₁₁

依据b.化简可得一级指标值即为临界点。设三级指标特殊阈值为a＝0.5，可得3级临界点为1/3，即当站点运营安全评估值超过1/3时，站点运营安全等级为1级，即进入不安全状态。四舍五入得0级临界点a＝0.3。

1级临界点

当站点运营安全评估值超过1级临界点时，站点安全等级跃迁至2级。

此处在与城市轨道交通运营部门工作人员商议探讨的基础上，根据对大量城市轨道交通运营安全欠佳和造成一定运营困难的实际运营数据进行计算，通过对所得站点运营安全值落入的范围进行分析与辨识，设定1级临界点为0.9。

2级临界点

由于增益型评价函数为单增函数，因此当x_i∈[0,1]时，评价函数阈值为[0,1.5]，故设定2级临界点为1.5。

3级安全

当在站点运营过程中，一旦出现单个站点指标超过其取值范围以及其他极大可能导致站点运营秩序混乱的事件(见图4)发生时，安全自动跃迁到3级。

线路运营安全等级划分

线路运营0,1,2级划分同于站点，这里不再赘述，特别对3级等级进行说明：

3级：当线路上存在站点处于3级安全，或出现线路单个指标超过其取值范围以及其他极大可能导致线路运营秩序混乱的事件(见图5)发生时，进入3级极不安全。

线路安全等级划分的0级、1级临界点的计算方法与站点各级临界点计算方法相同，由于站点和线路的三级指标的特殊阈值统一设定为0.5，因此在线路安全等级划分中，0级临界点值与站点的0级临界点值相同；1级临界点值同样设定为0.9。

下面以城市轨道交通站点运行安全为例，进一步说明本发明提供的方法的实施过程。

A、指标数据的获取

鉴于站点与线路运行安全计算方法采用大致相同，因此此处仅以站点运行安全的为例，阐述具体计算步骤。图6的设备故障数据来源于仿真数据，其余数据来源于2012年城市轨道交通现场调研结果。

B、对数据进行处理

对图6的原始数据进行处理，令X_3j为三级指标中第j个指标值，根据相关公式计算各站点指标值，比较发现指标值未超过取值范围，即站点运营安全等级小于3级。

C、求解安全表征量

对X_3j进行无量纲化处理，得到x_3j。根据公式(4)对三级指标进行计算，求解安全状态表征量并无量纲化得：

x_2p＝[0.3670.2330.2620.124]

D、求解运营安全值

对二级指标进行计算，求解运营安全值得：

y＝0.095+0.052+0.061+0.024＝0.232

可确定站点运营安全等级为0级，站点运营处于安全。

E、结果分析

采用阈值法对城市轨道交通站点、线路运营关键指标进行处理，符合指标值受阈值限制，评估指标的评估值与实际值存在线性关系两方面的要求。

由于在实际运营情况下，城市轨道交通运营存在危害性运营数据值越大影响最终运营安全的权重更大的特点，因此选用同样具有“奖优罚劣”特点的增益性加权综合法进行指标融合是可行且合理的。

利用增益性评估模型中的特殊阈值，基于运营数据进行指标计算，基于实际运营系统的告警事件进行站点、线路运营安全等级划分，将评估结果定性化，简单明了。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种城市轨道交通运行安全的判定方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：采集并处理用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数对应的关键数据；

步骤2：利用公式 $\left\{\begin{array}{c}{y}_j=\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}(x_{ij}+u(x_{ij}\left)\right)\frac{w_{ij}}{2}\\ u\left(x_{ij}\right)=s_{ij}{x_{ij}}^{k_{ij}}\end{array}\right.$ 计算用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值；其中，y_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值，x_ij为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据的值，i＝1,2,...,n，n为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的关键数据的个数，w_ij为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的第i个关键数据的权重，u(x_ij)为使城市轨道交通站点/线路运行安全第j类指数y_j与对应的第i个关键数据x_ij的映射关系为增益映射关系的增益函数，s_ij和k_ij为设定参数，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数；

步骤3：对用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的各类指数的值进行归一化处理，利用公式 $\left\{\begin{array}{c}y=\underset{j=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}(y_j^{\&prime;}+u^{\&prime;}(y_j^{\&prime;}\left)\right)\frac{w_j}{2}\\ u^{\&prime;}\left(y_j^{\&prime;}\right)=s_j{y}_j^{\&prime;k_j}\end{array}\right.$ 计算城市轨道交通站点/线路运行安全值；其中，y为城市轨道交通站点/线路运行安全值，y′_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的值的归一化处理结果，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数，w_j为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数的权重，u′(y′_j)为使城市轨道交通站点/线路运行安全值y与对应的第j类指数值的归一化处理结果y′_j的映射关系为增益映射关系的增益函数，s_j和k_j为设定参数；

步骤4：根据城市轨道交通站点/线路运行安全值，确定城市轨道交通站点/线路运行安全的级别。

2.根据权利要求1所述的判定方法，其特征是所述用于表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数包括站点列车运营指数、站点客容量指数、站点环境指数和站点设备服役指数。

3.根据权利要求2所述的判定方法，其特征是所述用于表征城市轨道交通站点运行安全的各类指数对应的关键数据具体是：站点列车运营指数对应的关键数据为列车晚点率和列车运行断面满载率；站点客容量指数对应的关键数据为闸机使用频度指数、屏蔽门失效率和站台客流密度；站点环境指数对应的关键数据为温度差之比、二氧化碳浓度和湿度差之比；站点设备服役指数对应的关键数据为照明设备故障率、水泵设备故障率、风机设备故障率、紧急报警装置故障率和传感器设备故障率。

4.根据权利要求1所述的判定方法，其特征是所述用于表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数包括线路列车运营指数、线路客运指数、线路环境指数、线路设备服役指数和线路负载指数。

5.根据权利要求4所述的判定方法，其特征是所述用于表征城市轨道交通线路运行安全的各类指数对应的关键数据具体是：线路列车运营指数对应的关键数据为线路列车晚点率、速度超标指数和站点列车运营复合指数；线路客运指数对应的关键数据为断面复合满载率指数、区段列车满载率、区段客容量指数和站点客容量复合指数；线路环境指数对应的关键数据为区间环境指数和站点环境复合指数；线路设备服役指数对应的关键数据为线路空调故障率、信号机故障率、供电设备故障频度和站点设备服役复合指数；线路负载指数对应的关键数据为线路负载率和线路负荷强度。

6.根据权利要求2-5任意一项权利要求所述的判定方法，其特征是所述s_ij＝2，k_ij＝2，s_j＝2，i＝1,2,...,n，n为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的第j类指数对应的关键数据的个数，j＝1,2,...,m，m为用于表征城市轨道交通站点/线路运行安全的指数的个数。

7.根据权利要求6所述的判定方法，其特征是所述步骤4具体是当城市轨道交通站点/线路运行安全值小于0.3时，判定城市轨道交通处于安全运行级别；当城市轨道交通站点/线路运行安全值大于等于0.3且小于0.9时，判定城市轨道交通处于较不安全运行级别；当城市轨道交通站点/线路运行安全值大于等于0.9且小于1.5时，判定城市轨道交通处于不安全运行级别；当城市轨道交通站点/线路运行安全值大于等于1.5时，判定城市轨道交通处于极不安全运行级别。