一種軌道交通綜合環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

張濤

摘要：為優(yōu)化軌道交通配套資源配置提供科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)和分析，從而改善軌道交通乘車(chē)環(huán)境，進(jìn)而提高軌道交通客運(yùn)系統(tǒng)的舒適度。通過(guò)采集和分析車(chē)站的溫度、濕度、車(chē)廂震動(dòng)、空氣中顆粒物含量和二氧化碳含量等信息，建立一套軌道客運(yùn)舒適度指數(shù)，評(píng)估車(chē)站環(huán)境因素對(duì)乘車(chē)環(huán)境和舒適度的影響，實(shí)時(shí)地向軌道交通運(yùn)維單位提供各種環(huán)境信息、操作建議和設(shè)施優(yōu)化舉措。該系統(tǒng)可以提高軌道交通運(yùn)維單位對(duì)于乘客群體性行為的監(jiān)控和防范能力，減少軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中事故的發(fā)生，同時(shí)提升軌道交通資源的利用率和運(yùn)維人員的工作效率。并且設(shè)計(jì)、研制出達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的硬件產(chǎn)品和軟件系統(tǒng)，并小批量生產(chǎn)完成示范應(yīng)用，從而降低軌道交通建設(shè)成本，提高軌道交通國(guó)產(chǎn)裝備技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：軌道客運(yùn)舒適度告警聯(lián)動(dòng)智能分析智能交通

中圖分類(lèi)號(hào)：TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（b）-0013-02

目前，在評(píng)估車(chē)站環(huán)境因素對(duì)乘車(chē)環(huán)境和舒適度的影響方面，我國(guó)軌道交通領(lǐng)域的相關(guān)系統(tǒng)還沒(méi)有形成一個(gè)全方面的體系，各相關(guān)系統(tǒng)基本上是相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行的，大部分安全系統(tǒng)都是對(duì)系統(tǒng)設(shè)備及運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，比如動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、網(wǎng)管系統(tǒng)。很少考慮人員因素和非設(shè)備機(jī)房環(huán)境因素，對(duì)于舒適度與人員、環(huán)境等信息之間的關(guān)系和作用研究的較少，對(duì)于建立軌道客運(yùn)舒適度指數(shù)的研究則是更少。雖然近年來(lái)在許多行業(yè)中，很多安全系統(tǒng)已經(jīng)引入了對(duì)氣候和環(huán)境的監(jiān)控，比如鐵路上的防災(zāi)安全監(jiān)控系統(tǒng)，但是將其與人流量的分析結(jié)合進(jìn)行預(yù)測(cè)尚屬首次。在基于智能視頻分析技術(shù)進(jìn)行擁擠分析和人數(shù)估計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)均取得了一些成果積累。一方面，人流密度和人數(shù)估計(jì)國(guó)外已進(jìn)行了較詳細(xì)的研究，提出了一些分析模型，如運(yùn)動(dòng)分割模型和紋理分析模型，部分已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中；另外一方面，國(guó)內(nèi)對(duì)乘客的這種基于視頻信息的人流量統(tǒng)計(jì)和估計(jì)的分析挖掘工作還不夠充分，也無(wú)實(shí)際的產(chǎn)品得以應(yīng)用。國(guó)外從事智能視頻分析技術(shù)產(chǎn)品的廠家比較有代表性的是美國(guó)的ObjectVideo，它壟斷了60%的市場(chǎng)，但是其算法的應(yīng)用主要是針對(duì)國(guó)外場(chǎng)景而開(kāi)發(fā)，因此無(wú)法有效適應(yīng)國(guó)內(nèi)的場(chǎng)景，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用表現(xiàn)不盡理想。另外兩家在國(guó)內(nèi)取得一定市場(chǎng)占有率的視頻分析廠家是來(lái)自以色列的NICE和Ioimage，也存在著與ObjectVideo相同的問(wèn)題。采用國(guó)外技術(shù)成本過(guò)高，每路智能視頻分析成本在7000元左右，大大地限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)在視頻分析技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和研發(fā)能力的國(guó)內(nèi)公司并不多，只有文安、智安邦等少數(shù)公司進(jìn)行研究，但是由于缺乏實(shí)際應(yīng)用產(chǎn)品性能與實(shí)用有一定距離。

在綜合設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控方面，國(guó)際上跨專(zhuān)業(yè)或領(lǐng)域的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用了，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控、分析和管理的功能，比如HP的Open View TeMIP平臺(tái)。我國(guó)在軌道交通監(jiān)控上還處在起步階段，在部分軌道交通中采用了集中告警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)系統(tǒng)（如傳輸、CCTV、公/專(zhuān)電話、錄音等系統(tǒng)）的集中監(jiān)控，但還不能實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)或?qū)I(yè)進(jìn)行告警關(guān)聯(lián)分析，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的安全隱患進(jìn)行動(dòng)態(tài)識(shí)別，并對(duì)可能的關(guān)鍵設(shè)備隱患進(jìn)行預(yù)警?；谥悄芤曨l分析技術(shù)運(yùn)用入侵檢測(cè)等用來(lái)保護(hù)關(guān)鍵設(shè)施的模式已經(jīng)得到應(yīng)用，但是如上條中所分析的一樣，該項(xiàng)應(yīng)用也受制于高成本而無(wú)法大規(guī)模普及。

隨著軌道交通事業(yè)的不斷發(fā)展，軌道客運(yùn)舒適度作為以人為本的核心反映已經(jīng)引起新一輪研究熱潮，根據(jù)各種車(chē)廂、車(chē)站各種溫濕度信息、二氧化碳含量信息及車(chē)廂擁擠程度等信息評(píng)估舒適度并反饋相關(guān)信息對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)單位進(jìn)行指導(dǎo)（如溫度調(diào)節(jié)、通風(fēng)調(diào)整等）是目前正在發(fā)展的一個(gè)研究趨勢(shì)。為此我們提出一種軌道交通綜合環(huán)境監(jiān)控解決方案，并且設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了該軟件系統(tǒng)。

1系統(tǒng)解決方案

本系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器采集車(chē)內(nèi)和車(chē)外的各種環(huán)境信息、視頻信息等，然后通過(guò)車(chē)地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)、車(chē)載傳輸網(wǎng)絡(luò)和地面?zhèn)鬏斖ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)傳輸，相關(guān)的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行深度的挖掘和分析之后最終通過(guò)可視化中心呈現(xiàn)在用戶(hù)面前。

該系統(tǒng)自下而上由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)分析層和數(shù)據(jù)表示層組成。數(shù)據(jù)采集層把各種基礎(chǔ)信息采集完成后，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸層把數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)分析層，數(shù)據(jù)分析層利用各種數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)模型對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析后，將各種加工后的信息發(fā)送給數(shù)據(jù)表示層，數(shù)據(jù)表示層可以根據(jù)不同的用戶(hù)，以適當(dāng)?shù)姆绞秸宫F(xiàn)相關(guān)的內(nèi)容。

數(shù)據(jù)采集層主要負(fù)責(zé)采集各種機(jī)械、環(huán)境、人員因素信息，它在車(chē)廂、站臺(tái)、站外等地方設(shè)置一些采集設(shè)備負(fù)責(zé)采集車(chē)廂的溫度、濕度、顆粒物含量、二氧化碳含量、列車(chē)振動(dòng)程度等信息，站臺(tái)的溫度、濕度、顆粒物含量、二氧化碳含量等信息，站外的風(fēng)力、風(fēng)向、雨量、雪深、氣溫等氣候信息。同時(shí)，在車(chē)廂、站臺(tái)和進(jìn)出站口等地方設(shè)置采集設(shè)備（主要是攝像機(jī)、智能視頻分析儀、編碼器等設(shè)備），采集各區(qū)域的人員的擁擠度、人員的流量流向等信息。另外，在各系統(tǒng)重要設(shè)備室設(shè)置采集設(shè)備，采集各種機(jī)房的溫度、濕度、煙霧、門(mén)禁等各種環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)控。集中告警系統(tǒng)在各系統(tǒng)網(wǎng)管室設(shè)置采集服務(wù)器，從各系統(tǒng)中采集各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、告警、性能等信息。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要負(fù)責(zé)為數(shù)據(jù)分析層傳送數(shù)據(jù)采集層獲取的各種信息，一般由車(chē)載傳輸網(wǎng)絡(luò)、車(chē)地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)和軌道交通傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。對(duì)于非移動(dòng)設(shè)備，一般通過(guò)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這些技術(shù)已非常成熟，并能完全滿足系統(tǒng)需求。對(duì)于列車(chē)信息的采集，需要通過(guò)車(chē)地寬帶無(wú)線系統(tǒng)將設(shè)置在列車(chē)上的采集器采集到的各種信息就近傳送到地面相關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元后，通過(guò)傳輸系統(tǒng)或數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送到數(shù)據(jù)分析層。

數(shù)據(jù)分析層利用各種數(shù)學(xué)模型，對(duì)采集層采集的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的情況，分析乘客乘車(chē)舒適度，分析車(chē)廂及站臺(tái)的擁擠度，并把分析結(jié)果發(fā)送給數(shù)據(jù)表示層。數(shù)據(jù)表示層以合適的方式（包括圖形、文字、語(yǔ)音等方式）把分析結(jié)果非常直觀地展現(xiàn)給運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員。比如，如果某些潛在因素會(huì)引起事故發(fā)生，則用聲光告警提示用戶(hù)注意防范，以便及時(shí)采取措施。

2結(jié)論

該系統(tǒng)通過(guò)視頻前景和背景分離，精確地提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，同時(shí)隨著時(shí)間的變化不斷更新和維護(hù)視頻的背景，準(zhǔn)確地反映場(chǎng)景的變化趨勢(shì)。通過(guò)各類(lèi)傳感器收集到的大量告警信息，分析各系統(tǒng)和設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)和承載關(guān)系，識(shí)別各種告警和性能指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)和業(yè)務(wù)的影響，建立告警關(guān)聯(lián)分析關(guān)系和預(yù)測(cè)異常情況。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，取得了很好的使用效果。