运输系统中的危险辨识及其安全控制

    摘  要:笔者将运输系统的危险分为两类：固有危险、变动危险；并给出两类危险的定义；对构成两类危
险的因子进行了深入的讨论；提出辨识运输系统两类危险的基本方法，即静态辨识法和动态辨识法；对两种方法的应用范围及条件进行了初步界定。在对运输系统进行危险辨识的基础上，就如何运用控制论的理论与方法解决运输系统的安全控制问题进行探讨；提出系统安全状况的恶化实际上是系统中危险因素失控的结果。保证系统安全的核心任务是对系统危险因子进行控制。就运输系统而言，对系统变动危险因子的控制要比固有危险系统困难。
    关键词:运输系统；危险辨识；安全

1  引  言
    任何一技术系统，当它造福于人类的同时，也给人类带来某些负面效应。因为，任何技术系统都具有危险性，运输系统亦不例外。由于运输系统中能量的巨大性、结构的复杂性及行为的动态性和不确定性，系统的危险更具隐蔽性和突发性，使得对运输系统危险的辨识及控制较其他一般工业系统要困难得多。笔者从运输系统的一般结构功能及运作方式人手，从方法论的角度探讨运输系统危险辨识问题。
2  运输系统中的危险
    运输系统以实现人与物的位移为根本目的，任一运输系统只要具备了“车”、“路”两个子系统，它就具备了运输功能。现代化的运输系统要求系统应具备安全、快速、准时、舒适地实现人、物位移的能力。系统功能的提升使得系统的构成、运作、管理更趋复杂。就运输系统而言，无论其现代化程度如何，也无论其采用何种运输方式(如铁路、公路、航空、水运)，其基本构成都可分为几个子系统：载运工具子系统、运输线路子系统、交通控制子系统、维修养护子系统、管理指挥子系统。系统结构如图1所示。

    从图1可知：现代化运输系统是一个由管理、指挥子系统为中心的多子系统构成的庞大的复杂系统。该系统是一个连续运动的系统，系统中各要素始终处于变化之中，各要素间作用关系十分复杂。因此，系统的管理与运作的困难程度大大高于一般工业系统，特别是系统的安全可控性，其复杂程度更是一般工业系统难以相比的。
  　运输系统安全可控性的前提与核心是对系统中危险的辨识，如果危险辨识的问题得以圆满解决，安全控制的问题便会迎刃而解。系统危险是客观存在的，如何辨识才是关键所在。为了有效地对系统危险进行辨识，运输系统中的危险应被分作两类：一类为固有危险，另一类为变动危险。
  　所谓固有危险是指由系统自身性质与结构所决定的，与系统共生的，对系统的安全始终构成潜在威胁的，在某种条件下将会对系统的运作可靠性造成重大影响的一种客观存在；
　  所谓变动危险是指在系统运动过程中，系统中各要素相互作用，在各种内外部条件影响下，可能导致系统状态恶化的一种变化着的客观存在。以上对固有危险与变动危险的阐述，可视为是对两类危险的定义，为了便于讨论问题，给出运输系统运作模型，如图2所示。

　　

 　 从图2得知，人、物流进入系统后，就变成了载运工具流。载运工具流是运输系统最基本的运作形式。铁路系统是列车流，公路系统是机动车流，民航系统飞机流，水运系统是航舶流。对运输系统运作的管理本质是对系统中载运工具流的管理。
  　就安全而言，管理体现的则是对系统中“流”的疏导。疏导是为了避免“流”的紊乱。“流”的紊乱将会导致“流”的堵塞，甚至是冲突，致使系统状态恶化引起功能下降或丧失。除了不可抗拒的原因外，运输系统中“流”的紊乱多由系统危险引起。换句话说，运输秩序的紊乱，系统危险是主要诱因。
 　 在运输系统中，载运工具流的速度应视为是运输系统的固有危险，速度是运输系统效率的重要体现。一般的工业系统，其效率与安全往往是矛盾的，企业管理的目标就是在效率与安全间寻找平衡点，这一特点同样适用运输系统。运输系统在某种意义上速度与安全是对立的，呈现某种相互制约的关系。运输系统“流”的速度构成系统的诸子系统能力(功能)的制约。本质上讲，诸子系统的能力，是由最小的子系统能力所决定。因此，从宏观角度对运输系统固有危险的辨识，可归结为对各子系统功能水平的辨识。
  　另外，需要说明，随着系统技术水平与管理水平的提高，系统中的“流”的速度亦不断提高，其对“流速”起制约的因素可能随条件的改变而改变，譬如可能由A子系统转为B子系统。对固有危险的辨识并不是一成不变的，而是变化的。“速度”作为运输系统的固有危险，不管条件如何改变，却是始终存在的。
    变动危险指系统中的危险是变化的，这种变化具有3个基本特征：
    ①危险程度的变化性，即系统中的危险随系统内外条件的改变发生程度上的变化，亦可能增大，亦可能减小；
    ②危险轨迹呈随机游走性，从宏观角度表现为在各子系统间的游动，类似于证券市场热点板块轮动；
    ③危险征兆的突发性，受人们对客观事物的认识水平限制，一些危险征兆往往不易被查觉，待到被查觉已是非常明显，故在感觉上是一种突变。
    鉴于以上分析，显然对系统变动危险的辨识要比对固有危险的辨识来得困难。
3  运输系统的危险辨识
    系统的危险辨识在可操作层面应归结为对系统中危险因子的辨识，运输系统的危险分为固有危险与变动危险两类，故危险因子也应为两类：固有危险因子与变动危险因子。危险因子存于各子系统，通过相互作用关系，在某种诱发因素作用下，对系统构成威胁或破坏，使系统状态恶化，功能下降。对系统危险辨识分为两个层面：总体辨识与局部辨识。总体辨识是第一步，应根据系统的输出进行辨识。运输系统的输出可用系统的质量指标“安全”、“正点”来表达。危险辨识系统如图3所示。

　　　　　

    图3中系统的输出“安全”、“正点”全面表征了运输系统的状态。通过对输出进行辨识，可在整体上把握系统所面临的危险，了解危险对系统的破坏程度，从而对系统输入进行调整。关于干扰，这里定义的是不可抗拒力，它对系统造成的危险与破坏不在辨识之列。
    局部危险辨识是对各子系统进行的辨识。首先，对各子系统固有危险因子的辨识，一般可对子系统的结构及性质做深入分析后即可获得。譬如通过分析可知，系统中固有危险因子应是“速度”、“驾驶疲劳”、“单调”、“极限反应能力”、“线路曲线”、“线路交叉点”、“构造速度”等。对于系统的变动危险因子的辨识，因变动危险因子的隐蔽性与随机游走性，用一般分析方法很难得到满意结果。变动危险因子的隐蔽性可通过对系统危险征兆的实时采集与分析进行探查，而随机游走性的危险因子则要用概率论与数理统计的理论与方法解决。其基本方法是对运输系统多年事故资料进行数理统计处理，以期获得变动危险因子的活动规律。
    以上对系统危险因子的识别方法可归结为两类：对固有危险因子的识别采用的是分析法，可称为“静点辨识法”；对变动危险因子的辨识是实时征兆采集与数理统计方法。该方法都具有动态性质，故而称“为动态辨识法”。
4  关于对运输系统危险的控制
    实现对运输系统危险的有效控制，首先需要构建一个完善控制系统。根据控制论原理，运输系统的安全控制系统应是一个闭环控制系统，系统结构如图4所示。

　　

    图4表明，实现系统安全控制，必须有危险控制环节和危险辨识环节共同参与和运输系统构成一个闭环系统。危险辨识系统充当反馈环节，危险控制系统则是运输系统的前级输入。由图4看出，根据系统输出进行危险辨识，再将辨识结果作为系统的输入是实现系统安全控制的基本途径。
    保持系统安全状态良好的基本方法是对系统中的危险因子实行有效的控制。就运输系统而言，首先要考虑的是对系统中车流速度的控制。车流速度的控制分两个层面。
    第一层面是由系统技术条件与管理水平决定的系统车流的目标速度。系统车流的目标速度问题至关重要，关系到系统的效率与安全。系统的车流目标速度的确定是一个过程，是一个关于系统固有危险的辨识过程。
    第二层面是关于运输系统在运营过程中，在不同时空条件下的车流速度控制，或称为系统过程车流速度控制，是在系统目标速度已确定的前提条件下，一种时常的速度控制。过程车流的速度控制呈一定的时变性。譬如“曲线段”、“交叉口”、“事故多发地(段)”的限速，这种限速往往随技术条件与管理条件变化而变化。系统车流的目标速度与系统车流过程速度的辨识与控制，是影响系统安全的最为重要的因素，如果速度值超出系统的客观容许能力，系统安全就会面临失控。
    运输系统中的危险因子，一些呈绝对性，一些呈相对性。譬如“驾驶疲劳”、“单调”呈相对性，可通过一定的技术措施予以弱化或消除；而对于呈绝对性的“极限反应能力”只能通过一定技术措施去限制各种可能超出人的反应能力的不利因素，即做到机宜人。
    系统安全控制的难点更多的集中在对变动危险因子的识别与控制上，变动危险因子所具有的隐蔽性与随机性，使得对其的辨识与控制显得相当困难，以现有的辨识方法得到的辨识结果往往可能是这样的表述：某种(些)危险因子以x％可能性存在于某子系统中，在未来的某个时期将以x％的可能对系统造成危害。因此，由于辨识精度的误差，给系统的安全控制带来的难度是显而易见的。所以，需要不断地在理论上与实践中进行探索。通过建立物理、数学模型，创新对系统危险的辨识方法，提高辨识精度，以实现运输系统的安全最大化。
5  结  语
    实现运输系统的安全化是现代社会可持续发展的必需，由于运输系统所具有的特殊性质，系统的安全问题面临巨大挑战。在社会经济不断发展、科技不断进步的今天，交通给人类造成的危害，使人们越来越关注交通运输安全，有关运输系统的管理者与研究者，长期以来一直不懈地寻求实现系统安全的理论与方法。
    笔者从宏观与系统角度及方法论的层面，对实现运输系统安全的途径与方法进行了探讨，就运输系统中的危险及危险分类、危险辨识、系统的安全可控性诸问题进行了讨论，提出了一些基本概念与方法。至于运输系统危险辨识的具体方法仍需要进一步的长期研究。
(摘自：《中国安全科学学报》2004.4)