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摘要：从城市轨道交通运营安全事故致因机理出发，对管理、人员、设备、环境四个方面的安全风险影响因素进行深入分析，确立运营安全风险评价指标体系，并引入模糊多态贝叶斯网络理论，构建多因素综合安全评价模型，以某城市城市轨道交通运营情况为例进行实证分析，对安全风险评价模型的实用性和准确性进行了效果验证。
关键词：城市轨道交通；贝叶斯网络；安全评价
1引言
伴随着社会经济的发展，人们公共交通的需求日益增长，为此全国各大城市掀起了轨道交通建设的热潮，轨道交通网络化运营进程不断加快，为城市经济的快速发展提供了强大的推动力。但是，为人们的日常出行带来便捷的同时，城市轨道交通运营的安全问题也随之愈发频繁，给社会造成一定的负面影响。因此轨道交通运营单位需要进一步强化运营安全管理水平，不断推进网络化运营安全管理的一体化发展，力求在最大程度上确保安全平稳运营，切实保障乘客的生命财产与人身安全。为减小城市轨道交通安全事故的发生概率，需要进一步加强城市轨道交通网络化运营安全管理研究，积极开展运营安全评价，对预防与控制运营事故发生具有重要意义。
2 安全影响因素
城市轨道交通是一个非常复杂系统，涉及多层次、多专业、多学科。影响城市轨道交通运营的安全风险因素涉及的领域和范围相当广泛，并且各种不同的安全风险源在成因机理、性质表征上都体现出不同的特征形态。为此结合对不同城市的轨道交通运营事故案例进行统计分析，将导致运营事故的主要因素分为四类，即管理因素、人员因素、设备因素以及环境因素。
管理因素：是对城市轨道交通运营所关联的一所有活动的规划与管理。
人员因素：是从事城市轨道交通运营管理的工作人员以及乘客与轨道交通运营相关的其他人员。
设备因素：是城市轨道交通运营所涉及到的基础土建及设备设施。
环境因素：包括城市轨道交通运营的内部环境与外部环境。
以上四类影响轨道交通运营安全的因素相互影响、相互制约，其中的任何一种风险因素都有可能导致运营安全事故的发生。城市轨道交通运营安全事故致因机理体系如图1所示。
3 安全指标体系的确立
安全管理体系建立的目的是实现“安全第一、预防为主”这一方针，它是安全运营行为方式和安全管理组织形式。而安全风险评价的前提是建立风险评价指标体系，安全风险评价指标体系能够反映轨道交通运营安全特征，是运营安全风险评价的关键部分，指标体系建立是否科学合理，直接影响到风险评价的质量。为此，城市轨道交通运营安全指标体系务必科学、合理、全面准确的反体现出响运营安全的所有相关因素。
通过对多个城市的轨道交通运营安全事故历史数据进行分类汇总以及整理分析，从不同安全事故致因机理、特征形态以及系统安全工程的角度进行推理分析，依据安全风险评价的目标和各个指标之间的层次关系，确定城市轨道交通运营安全评价指标体系。
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图1 安全事故致因机理体系
城市轨道交通运营安全评价指标体系主要由三个层次构成。第一层次是目标层，是安全风险评价的目的，反应了运营安全水平；第二层是准则层，是反映目标层的因素，是影响评价目标的各种因素；第三层是指标层，是具体反映风险评价目标的各类指标。结合目前某城市轨道交通运营安全现状，从管理、人员、设备、环境四个方面的详细因素中筛选出18个具有代表性的影响因素，如表1所示：
表1 城市轨道交通运营安全评价指标体系
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4 安全评价模型的构建
基于模糊多态贝叶斯网络的城市轨道交通运营安全评价模型的构建，是一个比较繁琐的过程，第一，需要对各个影响因素之间的相互关系进行详细分析研究，构建安全评价解释结构模型；第二，通过运算把解释结构模型转变为模糊贝叶斯网络结构；第三，最终确定模糊贝叶斯网络节点状态，同时进行推理计算。
构建以贝叶斯网络为基础的城市轨道交通运营安全评价模型的具体步骤总结如下：
1）确定安全评价指标体系中的指标层，及其具体影响因素Y1，Y2，Y3.......Y18，并确定系统目标因素T；
2）确定各影响因素之间的关系，构建邻接矩阵
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，其中
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①
3）通过布尔运算将邻接矩阵
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，求解出可达矩阵
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，其中
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②
其布尔运算公式为：
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③
其中，n=1，2，3...，I为与 R 同阶次的单位矩阵。
4）把可达矩阵
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进行分解运算，得到以下集合：
可达集F（Yi）：是因素Yi可以到达其他影响因素的集合，表示为：
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④
前因集Q（Yi）：可以到达因素Yi 的其他影响因素组成的集合，表示为：
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⑤
最高集T（Yi）：可达集F（Yi）和前因集Q（Yi）的交集，表示为：
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⑥
以上三个公式中，N为因素集合。
5实例验证分析
本文选取某城市轨道交通为例，采用所建立的安全风险评价模型对其运营安全情况进行分析评判，从而来验证该风险评模型的正确性及科学性。
第一步：确定安全影响因素：经过深入分析某城市轨道交通运营安全实际情况，确定目标因素为某城市轨道交通运营安全水平，从管理、人员、设备、环境因素四方面的指标层中找出的18个最具代表性的运营安全影响因素。按照公式①对各影响因素进行两两相互关系分析，相互之间关系如表2所示。
表2 影响因素相互关系表
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表中符号“→”表示横排因素影响纵排因素，符号“↓”表示纵排因素影响横排因素。
第二步，建立邻接矩阵：根据表1中所反映的影响因素相互关，根据公式最高集定义确定从一级到六级影响因素，集合分别表示为：L1=[Y5，Y6，Y16]，L2=[Y8，Y9，Y12]，L3=[Y10，Y11，Y13，Y15]，L4=[Y7，Y14]，L5=[Y2，Y3，Y17，Y18]，L6=[Y1，Y4]，其中目标节点为T，根节点为Y1，Y4，Y18。
根据各层级安全影响因素及和可达矩阵关系，建立某城市轨道交通运营安全评价结构模型，该模型具有7层多级递阶结构，目标层为某城市轨道交通运营安全T。
本次案例通过专家评分法来确定模糊多态贝叶斯网络节点的先验概率以及条件概率分布。分别对贝叶斯网络根节点Y1，Y4，Y18的每种安全风险等级状态给出评判意见，如表3所示。
表3 根节点专家评判意见
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根据构建的基于模糊多态贝叶斯网络的城市轨道交通运营安全评价模型，对某城市轨道交通运营安全进行风险评价，将结果用图表形式直观体现，如图3所示。从图表中可知，某城市轨道交通运营中的各安全影响因素风险等级均为可接受状态，运营安全水平T的初始可接受状态概率为68%，可见，目前某城市轨道交通运营安全管理水平较高。对该结构模型济宁模糊多态贝叶斯网络推理，计算结果用图表形式展现，如图4所示。
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图3 某城市轨道交通运营安全初始概率
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图4 模糊多态贝叶斯网络推理计算结果
对比图3中的该城市轨道交通运营安全初始概率，可以得出以下结论：
1）行车人员因素Y6、车辆设备因素Y9、信号设备因素Y12和机电设备Y16概率值发生较大变化，其风险概率等级由可接受状态变为不可接受，说明行车人员因素因素Y6、车辆设备因素Y9、信号设备因素Y12和机电设备Y16对某城市轨道交通运营安全具有重要的影响，为此需要应加强对这些因素的管理，保障运营安全；
2）安保人员Y8与电梯设备Y15发生变化时风险概率等级变化不明显，说明目前该城市轨道交通运在安保管理以及机电梯设备管理方面较为良好；
3）应急体系Y2发生变化时，风险概率等级变化不明显，说明目前该城市轨道交通运营应急管理体系状况良好。
4）外部环境因素Y18发生变化时风险概率等级变化不明显，说明该城市轨道交通运营安全受外部环境因素Y18的影响较小。
6结束语
本文对城市轨道交通运营安全状态进行研究分析，参照安全事故致因机理，将城市轨道交通运营安全影响因素划分为四方面，即：管理因素、人员因素、设备因素、环境因素。结合安全影响因素，确定城市轨道交通运营安全风险评价体系，结合模糊集理论和贝叶斯网络理论知识，构建基于模糊多态贝叶斯网络的城市轨道交通运营安全评价模型。最后，以某城市轨道交通为例进行研究分析与推理分析，得出某城市轨道交通运营安全风险概率等级总体为可接受状态，但是也存在一些相对较大的影响因素需要进一步加强重视与改进。该风险评价结果与实际某城市轨道交通运营情况基本吻合，从而也验证了该安全评价模型的科学性、合理性与实用性。
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