運輸系統(tǒng)中危險辨識及安全控制

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摘要:筆者將運輸系統(tǒng)的危險分為兩類：固有危險、變動危險；并給出兩類危險的定義；對構(gòu)成兩類危

險的因子進行了深入的討論；提出辨識運輸系統(tǒng)兩類危險的基本方法，即靜態(tài)辨識法和動態(tài)辨識法；對兩種方法的應(yīng)用范圍及條件進行了初步界定。在對運輸系統(tǒng)進行危險辨識的基礎(chǔ)上，就如何運用控制論的理論與方法解決運輸系統(tǒng)的安全控制問題進行探討；提出系統(tǒng)安全狀況的惡化實際上是系統(tǒng)中危險因素失控的結(jié)果。保證系統(tǒng)安全的核心任務(wù)是對系統(tǒng)危險因子進行控制。就運輸系統(tǒng)而言，對系統(tǒng)變動危險因子的控制要比固有危險系統(tǒng)困難。

關(guān)鍵詞:運輸系統(tǒng)；危險辨識；安全 1引言

任何一技術(shù)系統(tǒng)，當(dāng)它造福于人類的同時，也給人類帶來某些負(fù)面效應(yīng)。因為，任何技術(shù)系統(tǒng)都具有危險性，運輸系統(tǒng)亦不例外。由于運輸系統(tǒng)中能量的巨大性、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及行為的動態(tài)性和不確定性，系統(tǒng)的危險更具隱蔽性和突發(fā)性，使得對運輸系統(tǒng)危險的辨識及控制較其他一般工業(yè)系統(tǒng)要困難得多。筆者從運輸系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)功能及運作方式人手，從方法論的角度探討運輸系統(tǒng)危險辨識問題。

2運輸系統(tǒng)中的危險

運輸系統(tǒng)以實現(xiàn)人與物的位移為根本目的，任一運輸系統(tǒng)只要具備了“車”、“路”兩個子系統(tǒng)，它就具備了運輸功能。現(xiàn)代化的運輸系統(tǒng)要求系統(tǒng)應(yīng)具備安全、快速、準(zhǔn)時、舒適地實現(xiàn)人、物位移的能力。系統(tǒng)功能的提升使得系統(tǒng)的構(gòu)成、運作、管理更趨復(fù)雜。就運輸系統(tǒng)而言，無論其現(xiàn)代化程度如何，也無論其采用何種運輸方式(如鐵路、公路、航空、水運)，其基本構(gòu)成都可分為幾個子系統(tǒng)：載運工具子系統(tǒng)、運輸線路子系統(tǒng)、交通控制子系統(tǒng)、維修養(yǎng)護子系統(tǒng)、管理指揮子系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可知：現(xiàn)代化運輸系統(tǒng)是一個由管理、指揮子系統(tǒng)為中心的多子系統(tǒng)構(gòu)成的龐大的復(fù)雜系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一個連續(xù)運動的系統(tǒng)，系統(tǒng)中各要素始終處于變化之中，各要素間作用關(guān)系十分復(fù)雜。因此，系統(tǒng)的管理與運作的困難程度大大高于一般工業(yè)系統(tǒng)，特別是系統(tǒng)的安全可控性，其復(fù)雜程度更是一般工業(yè)系統(tǒng)難以相比的。

運輸系統(tǒng)安全可控性的前提與核心是對系統(tǒng)中危險的辨識，如果危險辨識的問題得以圓滿解決，安全控制的問題便會迎刃而解。系統(tǒng)危險是客觀存在的，如何辨識才是關(guān)鍵所在。為了有效地對系統(tǒng)危險進行辨識，運輸系統(tǒng)中的危險應(yīng)被分作兩類：一類為固有危險，另一類為變動危險。

所謂固有危險是指由系統(tǒng)自身性質(zhì)與結(jié)構(gòu)所決定的，與系統(tǒng)共生的，對系統(tǒng)的安全始終構(gòu)成潛在威脅的，在某種條件下將會對系統(tǒng)的運作可靠性造成重大影響的一種客觀存在；

所謂變動危險是指在系統(tǒng)運動過程中，系統(tǒng)中各要素相互作用，在各種內(nèi)外部條件影響下，可能導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)惡化的一種變化著的客觀存在。以上對固有危險與變動危險的闡述，可視為是對兩類危險的定義，為了便于討論問題，給出運輸系統(tǒng)運作模型，如圖2所示。從圖2得知，人、物流進入系統(tǒng)后，就變成了載運工具流。載運工具流是運輸系統(tǒng)最基本的運作形式。鐵路系統(tǒng)是列車流，公路系統(tǒng)是機動車流，民航系統(tǒng)飛機流，水運系統(tǒng)是航舶流。對運輸系統(tǒng)運作的管理本質(zhì)是對系統(tǒng)中載運工具流的管理。

就安全而言，管理體現(xiàn)的則是對系統(tǒng)中“流”的疏導(dǎo)。疏導(dǎo)是為了避免“流”的紊亂。“流”的紊亂將會導(dǎo)致“流”的堵塞，甚至是沖突，致使系統(tǒng)狀態(tài)惡化引起功能下降或喪失。除了不可抗拒的原因外，運輸系統(tǒng)中“流”的紊亂多由系統(tǒng)危險引起。換句話說，運輸秩序的紊亂，系統(tǒng)危險是主要誘因。

在運輸系統(tǒng)中，載運工具流的速度應(yīng)視為是運輸系統(tǒng)的固有危險，速度是運輸系統(tǒng)效率的重要體現(xiàn)。一般的工業(yè)系統(tǒng)，其效率與安全往往是矛盾的，企業(yè)管理的目標(biāo)就是在效率與安全間尋找平衡點，這一特點同樣適用運輸系統(tǒng)。運輸系統(tǒng)在某種意義上速度與安全是對立的，呈現(xiàn)某種相互制約的關(guān)系。運輸系統(tǒng)“流”的速度構(gòu)成系統(tǒng)的諸子系統(tǒng)能力(功能)的制約。本質(zhì)上講，諸子系統(tǒng)的能力，是由最小的子系統(tǒng)能力所決定。因此，從宏觀角度對運輸系統(tǒng)固有危險的辨識，可歸結(jié)為對各子系統(tǒng)功能水平的辨識。

另外，需要說明，隨著系統(tǒng)技術(shù)水平與管理水平的提高，系統(tǒng)中的“流”的速度亦不斷提高，其對“流速”起制約的因素可能隨條件的改變而改變，譬如可能由A子系統(tǒng)轉(zhuǎn)為B子系統(tǒng)。對固有危險的辨識并不是一成不變的，而是變化的。“速度”作為運輸系統(tǒng)的固有危險，不管條件如何改變，卻是始終存在的。

變動危險指系統(tǒng)中的危險是變化的，這種變化具有3個基本特征：

①危險程度的變化性，即系統(tǒng)中的危險隨系統(tǒng)內(nèi)外條件的改變發(fā)生程度上的變化，亦可能增大，亦可能減小；

②危險軌跡呈隨機游走性，從宏觀角度表現(xiàn)為在各子系統(tǒng)間的游動，類似于證券市場熱點板塊輪動；

③危險征兆的突發(fā)性，受人們對客觀事物的認(rèn)識水平限制，一些危險征兆往往不易被查覺，待到被查覺已是非常明顯，故在感覺上是一種突變。

鑒于以上分析，顯然對系統(tǒng)變動危險的辨識要比對固有危險的辨識來得困難。

3運輸系統(tǒng)的危險辨識

系統(tǒng)的危險辨識在可操作層面應(yīng)歸結(jié)為對系統(tǒng)中危險因子的辨識，運輸系統(tǒng)的危險分為固有危險與變動危險兩類，故危險因子也應(yīng)為兩類：固有危險因子與變動危險因子。危險因子存于各子系統(tǒng)，通過相互作用關(guān)系，在某種誘發(fā)因素作用下，對系統(tǒng)構(gòu)成威脅或破壞，使系統(tǒng)狀態(tài)惡化，功能下降。對系統(tǒng)危險辨識分為兩個層面：總體辨識與局部辨識。總體辨識是第一步，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的輸出進行辨識。運輸系統(tǒng)的輸出可用系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)“安全”、“正點”來表達。危險辨識系統(tǒng)如圖3所示。圖3中系統(tǒng)的輸出“安全”、“正點”全面表征了運輸系統(tǒng)的狀態(tài)。通過對輸出進行辨識，可在整體上把握系統(tǒng)所面臨的危險，了解危險對系統(tǒng)的破壞程度，從而對系統(tǒng)輸入進行調(diào)整。關(guān)于干擾，這里定義的是不可抗拒力，它對系統(tǒng)造成的危險與破壞不在辨識之列。

局部危險辨識是對各子系統(tǒng)進行的辨識。首先，對各子系統(tǒng)固有危險因子的辨識，一般可對子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)做深入分析后即可獲得。譬如通過分析可知，系統(tǒng)中固有危險因子應(yīng)是“速度”、“駕駛疲勞”、“單調(diào)”、“極限反應(yīng)能力”、“線路曲線”、“線路交叉點”、“構(gòu)造速度”等。對于系統(tǒng)的變動危險因子的辨識，因變動危險因子的隱蔽性與隨機游走性，用一般分析方法很難得到滿意結(jié)果。變動危險因子的隱蔽性可通過對系統(tǒng)危險征兆的實時采集與分析進行探查，而隨機游走性的危險因子則要用概率論與數(shù)理統(tǒng)計的理論與方法解決。其基本方法是對運輸系統(tǒng)多年事故資料進行數(shù)理統(tǒng)計處理，以期獲得變動危險因子的活動規(guī)律。

以上對系統(tǒng)危險因子的識別方法可歸結(jié)為兩類：對固有危險因子的識別采用的是分析法，可稱為“靜點辨識法”；對變動危險因子的辨識是實時征兆采集與數(shù)理統(tǒng)計方法。該方法都具有動態(tài)性質(zhì)，故而稱“為動態(tài)辨識法”。

4關(guān)于對運輸系統(tǒng)危險的控制

實現(xiàn)對運輸系統(tǒng)危險的有效控制，首先需要構(gòu)建一個完善控制系統(tǒng)。根據(jù)控制論原理，運輸系統(tǒng)的安全控制系統(tǒng)應(yīng)是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4表明，實現(xiàn)系統(tǒng)安全控制，必須有危險控制環(huán)節(jié)和危險辨識環(huán)節(jié)共同參與和運輸系統(tǒng)構(gòu)成一個閉環(huán)系統(tǒng)。危險辨識系統(tǒng)充當(dāng)反饋環(huán)節(jié)，危險控制系統(tǒng)則是運輸系統(tǒng)的前級輸入。由圖4看出，根據(jù)系統(tǒng)輸出進行危險辨識，再將辨識結(jié)果作為系統(tǒng)的輸入是實現(xiàn)系統(tǒng)安全控制的基本途徑。

保持系統(tǒng)安全狀態(tài)良好的基本方法是對系統(tǒng)中的危險因子實行有效的控制。就運輸系統(tǒng)而言，首先要考慮的是對系統(tǒng)中車流速度的控制。車流速度的控制分兩個層面。

第一層面是由系統(tǒng)技術(shù)條件與管理水平?jīng)Q定的系統(tǒng)車流的目標(biāo)速度。系統(tǒng)車流的目標(biāo)速度問題至關(guān)重要，關(guān)系到系統(tǒng)的效率與安全。系統(tǒng)的車流目標(biāo)速度的確定是一個過程，是一個關(guān)于系統(tǒng)固有危險的辨識過程。

第二層面是關(guān)于運輸系統(tǒng)在運營過程中，在不同時空條件下的車流速度控制，或稱為系統(tǒng)過程車流速度控制，是在系統(tǒng)目標(biāo)速度已確定的前提條件下，一種時常的速度控制。過程車流的速度控制呈一定的時變性。譬如“曲線段”、“交叉口”、“事故多發(fā)地(段)”的限速，這種限速往往隨技術(shù)條件與管理條件變化而變化。系統(tǒng)車流的目標(biāo)速度與系統(tǒng)車流過程速度的辨識與控制，是影響系統(tǒng)安全的最為重要的因素，如果速度值超出系統(tǒng)的客觀容許能力，系統(tǒng)安全就會面臨失控。

運輸系統(tǒng)中的危險因子，一些呈絕對性，一些呈相對性。譬如“駕駛疲勞”、“單調(diào)”呈相對性，可通過一定的技術(shù)措施予以弱化或消除；而對于呈絕對性的“極限反應(yīng)能力”只能通過一定技術(shù)措施去限制各種可能超出人的反應(yīng)能力的不利因素，即做到機宜人。

系統(tǒng)安全控制的難點更多的集中在對變動危險因子的識別與控制上，變動危險因子所具有的隱蔽性與隨機性，使得對其的辨識與控制顯得相當(dāng)困難，以現(xiàn)有的辨識方法得到的辨識結(jié)果往往可能是這樣的表述：某種(些)危險因子以x％可能性存在于某子系統(tǒng)中，在未來的某個時期將以x％的可能對系統(tǒng)造成危害。因此，由于辨識精度的誤差，給系統(tǒng)的安全控制帶來的難度是顯而易見的。所以，需要不斷地在理論上與實踐中進行探索。通過建立物理、數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)新對系統(tǒng)危險的辨識方法，提高辨識精度，以實現(xiàn)運輸系統(tǒng)的安全最大化。

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實現(xiàn)運輸系統(tǒng)的安全化是現(xiàn)代社會可持續(xù)發(fā)展的必需，由于運輸系統(tǒng)所具有的特殊性質(zhì)，系統(tǒng)的安全問題面臨巨大挑戰(zhàn)。在社會經(jīng)濟不斷發(fā)展、科技不斷進步的今天，交通給人類造成的危害，使人們越來越關(guān)注交通運輸安全，有關(guān)運輸系統(tǒng)的管理者與研究者，長期以來一直不懈地尋求實現(xiàn)系統(tǒng)安全的理論與方法。

筆者從宏觀與系統(tǒng)角度及方法論的層面，對實現(xiàn)運輸系統(tǒng)安全的途徑與方法進行了探討，就運輸系統(tǒng)中的危險及危險分類、危險辨識、系統(tǒng)的安全可控性諸問題進行了討論，提出了一些基本概念與方法。至于運輸系統(tǒng)危險辨識的具體方法仍需要進一步的長期研究。