基于案例推理的地铁运营安全事故案例库构建

基于案例推理的地铁运营安全事故案例库构建

张媛媛

哈尔滨地铁集团有限公司运营分公司黑龙江哈尔滨150000

摘要：通过网络搜集、文献查阅、单位调查等方式，对我国近15年来地铁施工事故进行统计、整理，分析事故发生的主要因素及发展趋势。将施工事故概念化和语义化，并基于各层次概念建立地铁施工事故概念树，计算其嫡系相似度、概念相似度、属性相似度以求得不同案例之间的相似度，从而实现基于案例推理的事故案例库的建立。它的建立可以为不同单位依据自身施工环境特点，检索出相似度较高的事故案例。为地铁施工安全操作的制定、事故应急措施等都具有重要作用。

关键词：案例推理；统计；地铁施工；案例库；相似度

1前言

地铁发展至今已有100多年的历史，从世界上许多大城市的发展经验可看出，只有大力采用快速轨道交通系统，才能有效完成艰巨的城市客运任务。我国目前许多大中型城市都在大力建设地铁交通系统。作为城市人口的重要运载体，地铁在城市发展和人们日常生活中发挥着越来越重要的作用。

正是由于地铁的巨大作用和影响，地铁运营阶段的安全问题将随着地铁项目不断投入使用而日益突出。这些安全问题主要体现在2个方面：一方面是各种设备故障原因造成的列车运营延误或中断，其后果是影响乘客的正常出行，大面积和长时间的延误还会给整个城市的生产和生活造成严重的负面影响；另一方面是由于人为原因、自然灾害等造成的重大突发事件，其后果是造成人民生命和财产的重大损失。本文基于案例推理的方法构建地铁运营安全事故案例库，实现相似案例的自动输出，为地铁运营安全风险提供智能决策。

2基于CBR的地铁施工案例库的构建

CBR（case-basedreasoning，案例推理）作为三种主要的推理机制之一，起源于1977年，发展历程已近40年。CBR机制机理主要是对过去事故建立案例库，当遇到新问题时，可以通过相似案例搜索，力求找出与以往最相似的事故，解析其发生的过程与解决方案，为新问题提供有效的参考，因而是一种利用以往相似经验去推理解决新问题的方法。若从案例库中选取的实例相似度低，则可以整理本次案例，将其作为新案例输入库中，作为以后的参考样本。这种方法广泛应用于计算机工程、分类与诊断、交通运营等各种行业。

图1基于CBR的地铁施工事故案例库的运行机制

自1965年北京地铁一号线开工以来，我国已经开始进入现代城市交通时代。特别是在20世纪90年代，我国地铁修建开启了第一个高潮，但在地铁施工过程中，由于其工程量大、施工复杂难度高，安全管理不到位等原因，产生大量的施工事故案例。若将CBR方法运用至地铁施工事故案例库的建立中，建设方从中提取有效信息选项，案例库系统可以从中导出相对应的往年事故，并对与此相关的案例进行分析评价。而地铁施工单位作为案例库的主要参与者，可以将施工案例搜集并整理，导入到案例库中，以此扩充数量，使得以后选取与导出的案例更充分、评价信息更加完善。当施工单位在制定施工组织时，可以先依据工程标段的各类信息，如事故发生的时间点、事故发生段位及地理位置、施工过程中的施工方法和人员素质情况、事故结果及处理结果等，从案例库中调取相似案例的所有信息，既可以在施工前做好应急预案，也可以在事故发生后采用相似且比较成功的处理措施，其机制见图1。若在案例库中检索不到相似度较高的案例，则可以调整事故的信息类型，然后将其整理好，作为新案例重新输入到案例库系统中，为以后的事故处置提供经验。

3地铁运营安全事故

3.1地铁运营安全事故的案例构成

根据地铁运营安全事故调查报告所需搜集的信息，一个具体的事故案例应包括事故基本信息、事故过程信息及事故解析信息。事故基本信息是指用来描述事故案例的基本信息，包括事故编号、事故发生时间、国家、城市、事故类别；事故过程信息指事故案例发生的过程及结果信息，包括事故过程描述、事故死亡人数、受伤人数、事故其他损失，用于补充事故基本信息，使事故案例更加完整，得到更多的信息。事故解析信息是指通过对事故的分析得到的每个事故案例存在的特性，包括人员前兆信息、系统前兆信息及环境前兆信息，用来分析事故原因并通过这类解析信息实现案例匹配。因此，事故解析信息是案例构成的核心内容。

3.2地铁运营安全事故的框架表示法

知识表示就是对案例中的信息进行结构化的描述。现有的知识表示方法有很多，常用的方法有面向对象的表示法、框架表示法、通用案例表示语言、本体表示法、描述逻辑表示法、自然语言表示法、知网知识系统表示法等。框架表示法是以框架理论为基础发展起来的关于事物内部结构化的知识表示方法。

4相似度的计算

每一地铁施工事故的发生过程可以由许多基本词语描述，因此可以将案例包含的信息概念化，而不同深度的概念以及同一深度的不同概念的相互交织，可以形成概念树，并以此做为案例库建立的数据模型。在一概念树中，逻辑关系包括继承关系、组成关系、扩展关系。在一案例中，一个概念可以继承和扩展出更多的小概念。地铁施工事故扩展出不同概念，如发生地点包括特大城市、一二线城市，事故发生类型扩展出坍塌、高处坠落等。继而以坍塌为例，扩展出其他概念，形成地铁施工坍塌事故的完整体系，最后扩展出最底层的概念，如土质疏松、支护体系破坏、导洞影响等。在每一次的扩展中，概念树形成具有层次性的概念。

4.1数相似度的概念及其特征

在概念树中，每个概念所处的层次称为概念层次，用l表示，maxl称为树的深度，记为m。此外，概念之间的最短路径条数之和，称为概念距离，用d表示，则c1和c2的树相似度可以表示为St（c1，c2），其计算公式为：

其中设l（c1）和l（c2）分别c1和c2的概念层次；a为正数，表示调节参数；St（c1，c2）=1表示概念c2和c2具有等价关系。从公式中可以发现，由于概念树深度与调节参数均是固定值，概念树的相似度主要受概念的概念层次和概念距离影响。若概念层次深度越大，概念距离路径越少，则两个概念之间的概念相似度则越大。

4.2嫡系相似度的计算

在概念树中，上层概念又称为父概念。嫡系相似度指的是父概念的相似程度，记作Ss（），其计算公式：

4.4属性相似度的计算

概念的属性也表达着概念的某些特征，因而概念的属性相似度也影响着案例相似度，记属性相似度为Sb（），其计算方法与公式（1）类似。

5结束语

案例库的建立和完善，可以使不同单位、不同地区的地铁施工事故案例相互联系，降低传统施工案例之间较强的独立性。通过引入概念树，特别是概念和属性同时考虑在计算中，具有一定的合理性及应用意义，可以快速地判断事故之间的相似性。若相似度较高，则可以将其应用到本施工组织规划中，避免事故的发生。但是目前案例库的建立，还存在许多困难，这需要政府与相关企业进行合作，不断充实案例库的总量，发挥其借鉴与指导作用。

参考文献：

[1]邓小鹏.地铁施工安全事故规律性的统计分析[J].统计与决策，2010（09）

[2]李凤伟.地铁工程建设施工事故统计分析[J].地下空间与工程学报，2014（02）

[3]李皓然.2002-2016年我国地铁施工安全事故规律性统计分析[J].都市快轨交通，2017（01）