基于虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)下的高鐵線路安防管控研究①

王海文

摘 要：隨著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，高速鐵路處于一個(gè)黃金發(fā)展期，高鐵的發(fā)展影響著人們的出行方式和生活節(jié)奏，大量高速鐵路線路開工建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)，高速鐵路帶著人流、信息流、資金流高速運(yùn)轉(zhuǎn)，支撐著我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程的步伐。隨著我國(guó)鐵路網(wǎng)不斷完善，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，高鐵將成為人們出行方式的首選，如何保障高速鐵路的運(yùn)行安全也成為重中之重。該文以武廣（武漢至廣州）客運(yùn)專線某公安處轄區(qū)為例，利用虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)對(duì)高速鐵路安全防護(hù)及風(fēng)險(xiǎn)管控進(jìn)行研究，對(duì)高鐵安防提出一些參考性建議，旨在為我國(guó)高鐵安防管控提供解決策略。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái) 高速鐵路 安全防護(hù) 風(fēng)險(xiǎn)管控

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）06（c）-0075-02

中國(guó)工程院院士何華武曾提出：“高速鐵路是鐵路現(xiàn)代化和陸路交通現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，建設(shè)高速鐵路，體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力，尤其是科技實(shí)力?！彪S著1999年秦沈客運(yùn)專線的全面開工建設(shè)，是中國(guó)鐵路步入了高速化的起點(diǎn)，也是我國(guó)鐵路現(xiàn)代化的起點(diǎn)。經(jīng)過10多年的高速鐵路新線建設(shè)和對(duì)既有鐵路的高速化改造，中國(guó)目前已經(jīng)成為世界上高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、在建規(guī)模最大的國(guó)家。截至2016年底，全國(guó)高速鐵路線路里程達(dá)2.2萬(wàn)km，是世界上高速鐵路線路里程最長(zhǎng)的國(guó)家，占世界高速鐵路里程60%以上。每天，在中國(guó)廣袤的大地上，奔跑著4 000多組高速列車，覆蓋160多個(gè)地級(jí)以上城市。這么長(zhǎng)的高速鐵路里程和如此龐大的動(dòng)車編組數(shù)量，給高速鐵路的安全防護(hù)提出了更高的要求，對(duì)高速鐵路的安全防護(hù)管控和研究顯得尤為重要。

1 高鐵線路安全防護(hù)現(xiàn)狀

很多人認(rèn)為鐵路出行是最安全的交通出行方式，然而由于高速列車速度快，一旦發(fā)生事故，將是非常嚴(yán)重的。目前我國(guó)社會(huì)矛盾凸顯，暴恐活動(dòng)高發(fā)的嚴(yán)峻局勢(shì)下，高鐵很有可能成為不法分子或暴恐分子破壞的目標(biāo)。高速鐵路列車雖然在全封閉環(huán)境中自動(dòng)化運(yùn)行，有一系列完善的安全保障系統(tǒng)，但是經(jīng)過我們實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高速鐵路的運(yùn)行卻存在著諸多的安全隱患，如涵洞口防護(hù)不到位，防護(hù)柵欄破損/傾斜，防護(hù)柵欄外高內(nèi)低、未加裝加密網(wǎng)、防爬網(wǎng)、滾網(wǎng)破損，涵洞積水，疏散通道防護(hù)不到位，隧道上無(wú)防護(hù)柵欄，排水溝封閉不嚴(yán)，公跨鐵類隱患，倒吸虹類隱患，矮橋墩防護(hù)不到位，橋梁箱體過低，橋頭結(jié)合部封閉不嚴(yán)，網(wǎng)內(nèi)有路外設(shè)施，專用線隱患，站區(qū)封閉不嚴(yán)，綜合工區(qū)大門封閉不嚴(yán)，橋下違建、堆棄類，橋涵下道路無(wú)限高架，基站防護(hù)不到位，避雷接地引線防護(hù)不到位，公鐵并行區(qū)段未安裝防撞墻，樹木侵線類等。這些安全隱患若不加強(qiáng)管控，很容易發(fā)生嚴(yán)重事故。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是近十幾年悄然興起的高新技術(shù)。它是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)創(chuàng)建模擬現(xiàn)實(shí)世界的虛擬三維環(huán)境，給用戶帶來(lái)身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)作為一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，在建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)、娛樂、可視化仿真等多個(gè)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。高鐵線路里程長(zhǎng)，沿線情況復(fù)雜，安全隱患較多，需要綜合運(yùn)用人防、物防和技防措施，構(gòu)建一套全時(shí)空、立體化的治安防控體系，以確保高鐵線路的絕對(duì)安全?；诟咚勹F路線路長(zhǎng)、安全隱患及風(fēng)險(xiǎn)管控難度大的缺點(diǎn)，如利用人力巡防及排查，將耗費(fèi)大量的人力、物力及財(cái)力。而虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)可將高鐵線路全線利用三維軟件真實(shí)還原，將高鐵線路安全隱患點(diǎn)代入平臺(tái)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控視頻與虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接聯(lián)動(dòng)，設(shè)置警報(bào)交互及各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警?？蓪?shí)現(xiàn)高鐵線路安全隱患及風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段實(shí)施管控及快速處理，對(duì)高鐵線路安全防護(hù)管控有重要意義。

3 基于虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的高鐵線路安全防護(hù)管控措施

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路

在該文中，作者和團(tuán)隊(duì)利用3DMAX和unity 3D引擎以及NGUI插件，通過3DMAX對(duì)實(shí)際展館和展品進(jìn)行還原性建模，建模完成后將模型導(dǎo)入到unity 3D中，通過編寫腳本（主要是JavaScript腳本和C#腳本）實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互等功能。開發(fā)了一個(gè)基于高鐵線路安全防護(hù)和風(fēng)險(xiǎn)管控的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，綜合了三維圖形、模型、動(dòng)畫、音效等各種特殊效果的程序，內(nèi)部涉及很多方面的工作數(shù)據(jù)預(yù)處理、地形、環(huán)境、場(chǎng)景管理、碰撞檢測(cè)、交互事件處理、性能優(yōu)化、數(shù)據(jù)格式化存儲(chǔ)等。通過三維動(dòng)畫技術(shù)，模擬現(xiàn)實(shí)高鐵全線基本情況，直觀、立體地展示高鐵線路概況，比如：線路走向、沿線設(shè)施設(shè)備、沿線地貌、路基、橋隧涵洞及公跨鐵橋梁，特別是線路安防隱患特征、護(hù)路力量設(shè)崗等情況。項(xiàng)目成果為PC平臺(tái)可執(zhí)行文件，操作簡(jiǎn)單、易懂，可實(shí)現(xiàn)飛行模式、自由行走模式、局部巡游模式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信息查看模式，并配有全局定點(diǎn)導(dǎo)航按鈕，可快速、準(zhǔn)確地獲取全局及細(xì)部的場(chǎng)景及數(shù)據(jù)信息。用戶可以使用鍵盤、鼠標(biāo)控制高速列車在一個(gè)虛擬的場(chǎng)景中運(yùn)行，根據(jù)平臺(tái)顯示的實(shí)際地理信息，經(jīng)過綜合評(píng)估，在高鐵線路復(fù)雜區(qū)段合理布警布崗。同時(shí)，可以在重點(diǎn)時(shí)段、區(qū)段以及處置線路突發(fā)事件、部署警衛(wèi)任務(wù)等方面提供全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及科學(xué)依據(jù)。該項(xiàng)目核心是正確建立鐵路沿線、鐵路周邊場(chǎng)景，在安防部門內(nèi)部快速傳遞現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)信息，該項(xiàng)目的成果可以推廣到其他線路的安防、預(yù)警、監(jiān)控、上級(jí)指揮部門快速掌握信息、新警員培訓(xùn)等方面。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)下安全防護(hù)管控措施

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)將整個(gè)區(qū)段高鐵線路利用三維軟件實(shí)現(xiàn)了真實(shí)場(chǎng)景還原，集導(dǎo)航、風(fēng)險(xiǎn)管理、安全隱患、區(qū)間介紹、站點(diǎn)介紹等功能為一體。用戶操作時(shí)可點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕控制列車行駛，預(yù)留嵌套程序可在下一步將列車GPS信號(hào)與平臺(tái)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)列車與虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)同步運(yùn)行。點(diǎn)擊暫停和停止按鈕可控制列車做出響應(yīng)的反應(yīng)。用戶也可選擇A、B、C三種視角對(duì)運(yùn)行列車進(jìn)行觀察（如圖1所示）。列車運(yùn)行過程中顯示實(shí)時(shí)速度，同時(shí)顯示鐵路線路的里程，對(duì)周邊的城鎮(zhèn)、橋梁、隧道、河流、道路、四電設(shè)備設(shè)施、橫跨鐵路設(shè)施、應(yīng)急疏散通道、公鐵并行點(diǎn)、地方行政單位、中小學(xué)校、醫(yī)院診所、廢舊金屬收購(gòu)及冶煉加工點(diǎn)、危險(xiǎn)品儲(chǔ)存點(diǎn)、五金銷售點(diǎn)、網(wǎng)吧、賓館、娛樂場(chǎng)所、機(jī)動(dòng)車維修點(diǎn)、戒毒所及看守所、采石廠及爆破場(chǎng)所、消防部隊(duì)駐地、部隊(duì)駐軍點(diǎn)、民政部門救助站等也用不同的方式標(biāo)注，以便用戶掌握沿線各類信息，做出預(yù)判。安全隱患模塊的設(shè)置是為了讓用戶了解安全隱患點(diǎn)及重要場(chǎng)所的各類信息進(jìn)行嵌入式信息化，按照一級(jí)、二級(jí)區(qū)分，通過在操作平臺(tái)中設(shè)置激發(fā)點(diǎn)，當(dāng)點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)按鈕時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)尋路到指定區(qū)域，與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)接，鏈接實(shí)時(shí)圖像、視頻、照片、示意圖、文字說明等。用戶可點(diǎn)擊進(jìn)入安全隱患具有漫游功能的虛擬場(chǎng)景（如圖2所示），查看及了解安全隱患現(xiàn)狀，可為領(lǐng)導(dǎo)決策指揮、線路防控警力的培訓(xùn)、安防預(yù)警，以及指導(dǎo)監(jiān)控點(diǎn)布設(shè)等方面提供信息依據(jù)。此外，平臺(tái)還嵌入了風(fēng)險(xiǎn)管控模塊，在虛擬列車運(yùn)行過程中，將一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域段用紅、橙、黃三色警示燈標(biāo)識(shí)，并在對(duì)于區(qū)域段用高頻閃爍來(lái)表示目前列車運(yùn)行區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，有助于對(duì)整體線路的安防管控。

4 結(jié)語(yǔ)

該虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)的開發(fā)和研究對(duì)高鐵線路安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)管控起到積極作用，可填補(bǔ)以往高鐵線路安防中通過人防、物防和技防等方面的空白，并提出了風(fēng)險(xiǎn)管控的思路，有利于高鐵線路智能化安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有利于解放警力，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和阻止入侵事件的發(fā)生。此外，對(duì)新進(jìn)相關(guān)警員的培訓(xùn)和領(lǐng)導(dǎo)視察及決策提供了平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)高速鐵路現(xiàn)代化建設(shè)有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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