基于智慧地鐵的異常告警應用

劉 琴，葛 淼，俞 銘

(國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

近年來，隨著深度學習、數(shù)據(jù)挖掘、區(qū)塊鏈等人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能化生活成為未來發(fā)展的方向，與人類息息相關的城市軌道交通也開始向智慧城市交通方向發(fā)展。從2020年起，智慧城市交通更加深入地研究圖像識別、知識圖譜、神經(jīng)網(wǎng)絡、深度學習等數(shù)字化技術(shù)，為智慧城市交通的發(fā)展提供了新思路和更大的提升空間。在實現(xiàn)軌道交通智能化的前提下，保證地鐵安全、高效地運行，仍然是智慧交通首要的發(fā)展方向和價值訴求。

地鐵運營過程涉及多個系統(tǒng)、專業(yè)、設備且均和乘客密切相關。地鐵運營出現(xiàn)異常情況時，若站務人員無法及時發(fā)現(xiàn)并解決，不但會影響乘客的正常出行，更嚴重的會造成人財損傷?；谏鲜鰡栴}，本文提出了一種基于智慧地鐵的異常告警應用設計，根據(jù)各個車站實際情況制定一系列報警觸發(fā)規(guī)則，對地鐵運營的系統(tǒng)、設備實時在線監(jiān)測，對地鐵內(nèi)各區(qū)域畫面進行視頻監(jiān)控和視頻分析，在發(fā)生異常時進行告警推送，避免不必要的情況發(fā)生。

1 基于智慧地鐵的異常告警應用

1.1 與智慧地鐵的聯(lián)系

智慧地鐵與傳統(tǒng)地鐵相比，對地鐵的感知更加全面、透徹，能夠自組織運行、自感知判斷、自主創(chuàng)新，更加以人為本，使地鐵更加可視化、透明化、可控化。智慧地鐵的發(fā)展使得地鐵系統(tǒng)中各子系統(tǒng)、設備采集的實時數(shù)據(jù)變得更加準確、高效；視頻畫面的分析也更加規(guī)范、準確，在一定程度上大大減少了異常情況的告警延時。異常告警應用能夠及時對異常情況進行告警通知，便于站務人員及時處理解決，使地鐵運營更加可控。

1.2 異常告警應用

深度融合多類型傳感器智能感知、智能視頻分析、智能監(jiān)測與診斷、智能決策支持等人工智能最新技術(shù)，針對地鐵運營環(huán)境，實現(xiàn)輔助運營管理。對各路視頻及監(jiān)測數(shù)據(jù)進行監(jiān)視和分析，支持多種典型運營輔助決策場景應用，包括異常告警。異常告警應用主要分為以下4個部分。

1.2.1 定時檢修

每個產(chǎn)品、設備都有其一定的使用壽命，一旦超過固定壽命，設備隨時可能損壞、報廢。某些產(chǎn)品設備若長期處于高強度的工作狀態(tài)，可能造成使用壽命的縮減。因此，設備的定時檢修必不可少。實時累計各設備的工作時長，預設各設備的檢修期，提前檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時檢修和替換，對設備實施全生命周期管理，記錄設備整個生命周期的維修情況，有針對性地制訂維修管理計劃。若在規(guī)定時間內(nèi)沒有進行設備檢修則進行異常告警，提示設備須進行定時檢修。

1.2.2 在線監(jiān)測

對設備進行在線監(jiān)測前須對設備進行異常情況配置。根據(jù)設備的自身屬性情況，預先對地鐵關聯(lián)的產(chǎn)品設備各屬性設置告警值，將設備實時監(jiān)聽到的屬性信息與相應設備提前設置的告警值進行匹配，若達到告警值，則對相關設備進行告警提示。在系統(tǒng)畫面中以圖元的形式表示設備，圖元以不同的顏色表示設備當前狀態(tài)，通過選擇圖元，可以顯示該設備的狀態(tài)信息。

圖1 異常告警應用

建立設備狀態(tài)實時感知及預警體系，對接各類子系統(tǒng)(如有綜合監(jiān)控系統(tǒng)，則可以直接對接綜合監(jiān)控系統(tǒng))，對地鐵中各個系統(tǒng)設備進行實時監(jiān)測，監(jiān)聽系統(tǒng)各個設備的多個屬性，獲取各子系統(tǒng)設備的實時狀態(tài)；此外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采集了地鐵日常生產(chǎn)運營中各種設備和系統(tǒng)產(chǎn)生的海量狀態(tài)和操作數(shù)據(jù)，利用這些采集到的數(shù)據(jù)，根據(jù)設備機理或利用機器學習技術(shù)，建立設備故障預警的規(guī)則或模型。在設備出現(xiàn)故障前進行提前預警，提供檢修依據(jù)。對不同的設備異常情況劃分等級，不同等級的告警以不同的顏色加以區(qū)分，對未及時處理的異常設備實時進行顏色燈閃爍，顯示未處理的設備異常數(shù)。

在線監(jiān)測涵蓋電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)、環(huán)境與設備監(jiān)測系統(tǒng)(BAS)、火災報警系統(tǒng)(FAS)、屏蔽門系統(tǒng)(PSD)和門禁系統(tǒng)(ACS)，閘機系統(tǒng)(AFC)、道岔及道岔附屬、智能照明、多聯(lián)式空調(diào)等，需要對這些子系統(tǒng)所包含的設備進行實時狀態(tài)監(jiān)測。

1.2.3 觸發(fā)規(guī)則配置

設計觸發(fā)規(guī)則，根據(jù)地鐵中實際發(fā)生的異?，F(xiàn)象，預先對地鐵各系統(tǒng)中的設備設置告警觸發(fā)規(guī)則，包括屬性值、通信狀態(tài)、關聯(lián)設備屬性的變化等；將定時檢修實時監(jiān)聽到的設備信息與觸發(fā)規(guī)則配置中配置的觸發(fā)規(guī)則進行匹配，若符合觸發(fā)規(guī)則，則對相關設備進行告警提示。

1.2.4 視頻監(jiān)控與視頻分析

在線監(jiān)測定時檢修和異常配置在線監(jiān)測只能對地鐵中涉及的系統(tǒng)設備、產(chǎn)品設備進行實時監(jiān)測和告警，無法對地鐵內(nèi)的人員、擁擠度進行實時監(jiān)測，無法查看不同區(qū)域的實時畫面，因此，可引入視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控能夠滿足站務人員隨時查看各個區(qū)域、攝像頭的實時畫面的需求。

隨著地鐵的智能化發(fā)展，對視頻分析算法的研究也越來越深入。通過在攝像頭中配置視頻分析算法，比如摔倒、障礙物、人員入侵、遺留物等，對車站區(qū)域進行實時監(jiān)控和視頻分析，更加精細化地判定異常類別，而非依靠站務人員實時查看監(jiān)控畫面。當視頻分析發(fā)現(xiàn)異常情況時，系統(tǒng)自動對異常畫面拍照、視頻截取留存，便于后期查看和異常記錄并進行告警提示(見圖1)。具體功能如下：

(1)扶梯口擁堵分析。在扶梯口視頻中實現(xiàn)對人數(shù)的分析，在固定區(qū)域里面識別出人數(shù)，并在超越閾值時提供告警信息，擁堵級別可以通過系統(tǒng)設置，同時顯示該攝像頭的視頻信息。

(2)旅客摔倒分析。旅客在攝像頭顯示監(jiān)視區(qū)域摔倒，系統(tǒng)自動識別出摔倒的行為，并通過告警及時通知車站人員。

(3)站臺客流密度分析。通過視頻信息對站臺人員密度進行分析，判斷站臺區(qū)域人數(shù)情況，并根據(jù)配置的基數(shù)得到當前站臺的客流密度。將客流密度發(fā)送給車站工況可視化模塊，由其構(gòu)建車站客流分布的熱力圖，并在客流密度超越閾值時提供告警信息。

(4)目標檢測。對特定崗位的人員、部崗到位情況進行有目標的檢測，確認是否到崗，若未及時到崗，進行告警提示，防止異常事件發(fā)生時，缺少專業(yè)人員處理。對特定需要巡檢的設備和信息進行有目標的檢測，確認設備是否運行正常，對運行異常的設備進行告警提醒，及時檢修。

(5)一鍵巡站功能。根據(jù)站內(nèi)已有的攝像頭以及各個攝像頭分布的位置區(qū)域，整合多個攝像頭信息，對每個攝像頭配置對應的視頻分析算法，設置多條巡檢線路，通過攝像頭巡站的方式代替站務人員進行實地巡站，視頻分析發(fā)現(xiàn)異常事件時進行報警。利用已有攝像頭配置巡視路線，可能存在某些區(qū)域巡查不到，應增設巡檢機器人，對機器人配置巡視路線，按照規(guī)定路徑進行順序巡檢，不僅可以采集巡視區(qū)域的設備健康狀態(tài)，還可以獲取巡視區(qū)域內(nèi)的客流情況，甚至可以獲取監(jiān)控死角內(nèi)監(jiān)控畫面信息。

(6)自動扶梯運行狀態(tài)分析。識別自動扶梯的運行方向(上行、下行)和運行狀態(tài)(停止、運動)，若發(fā)現(xiàn)與預期設置不同情況(如電梯逆行、異常停止等)，進行異常告警，檢查異常情況發(fā)生的原因，避免站內(nèi)人流擁堵和扶梯異常事件發(fā)生。

(7)異常事件實時提示。系統(tǒng)在各個場景監(jiān)測的過程中，一旦分析到異常的事件情況，可通過激活視頻窗口和聲光報警的方式提醒車站值班人員進行關注。

1.3 設備故障報警實時監(jiān)控與反饋功能

通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)對各個子系統(tǒng)中的設備進行監(jiān)控，為運營人員提供設備故障信息。故障信息包括開關變位報警、保護動作報警、模擬量越限報警、設備故障報警、網(wǎng)絡通信故障報警、控制報警、事故總報警、服務運行監(jiān)控等。所有的設備故障和報警信息均可在HMI顯示。報警信息按照預定義的事件嚴重性及處理優(yōu)先級被賦予不同報警級別，用戶可以根據(jù)報警級別過濾報警信息；按照專業(yè)、車站、設備等劃分類別，支持不同類別的報警推送到不同權(quán)限的操作工作站。在產(chǎn)生報警時，伴隨動畫圖像、文字信息或聲音提示，允許對特定關注的報警配置相關聯(lián)的畫面、對話框、預案，當設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)會在報警顯示畫面上出現(xiàn)專門的提示并推送預案(見圖2)。

圖2 異常告警應報警反饋

1.4 異常告警聯(lián)動

針對異常事件觸發(fā)告警聯(lián)動。根據(jù)異常報警事件的分級分類體系，實現(xiàn)對不同響應級別的異常事件的統(tǒng)一處置，聯(lián)動應急指揮功能。利用數(shù)字化預案匹配事件類型和風險等級，根據(jù)事件匹配結(jié)果提醒并引導處置人員及時開展應急處置，對異常告警事件的車站及周邊范圍內(nèi)的應急資源進行整合，形成區(qū)域應急資源一張圖，實現(xiàn)應急物資調(diào)配，提高應急響應能力。觸發(fā)視頻聯(lián)動，根據(jù)告警區(qū)域所關聯(lián)的攝像頭，進行視頻數(shù)據(jù)實時傳輸，顯示實時監(jiān)控畫面和視頻分析結(jié)果，實現(xiàn)對接警方、應急響應啟動、指揮協(xié)調(diào)、事態(tài)控制和善后恢復等流程化處置管理。當發(fā)生異常告警時，若關聯(lián)其他子頁面，還可以進行其他子頁面的切換。

2 基于智慧地鐵的異常告警應用優(yōu)缺點

人、列車、設施、管理系統(tǒng)4個要素相互融合，互相關聯(lián)，成為地鐵成功運營不可或缺的組成部分。在地鐵智能化發(fā)展的背景下，地鐵作為一種大型的公共交通工具，為了給乘客提供安全的出行環(huán)境，就必須嚴格關注車站內(nèi)各系統(tǒng)、產(chǎn)品設備的運行、監(jiān)管與維護，實時關注設備的健康狀況，對于異常情況及時告警處理。同時，還需要時刻關注站內(nèi)各個區(qū)域的真實情況，通過查看監(jiān)控畫面、視頻分析，對于視頻畫面中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，及時告警處理，確保地鐵的安全運營。

本文提出的一種基于智慧地鐵的異常告警應用對設備和視頻畫面兩個方面進行異常監(jiān)測，從定時檢修、在線監(jiān)測、異常配置和觸發(fā)規(guī)則4個方面實時監(jiān)測各設備的健康狀況，既能實現(xiàn)對設備的定時檢修，也能對車站實際情況的異常進行監(jiān)管。視頻監(jiān)控和視頻分析技術(shù)不僅能夠滿足站務人員隨時調(diào)用攝像頭查看實時畫面，還能及時發(fā)現(xiàn)未查看的視頻畫面異常情況。此外，加入了視頻聯(lián)動功能，當異常發(fā)生時，實時顯示對應的異常畫面，便于確認異常是否準確和進入異常處理。

然而，本文所提出的一種基于智慧地鐵的異常告警應用對視頻分析算法的要求較高，視頻分析算法種類越多，精確度越高，越能提高異常行為分類和異常告警的準確性。因此，本文中視頻分析算法還需要進一步優(yōu)化，提高整個過程的執(zhí)行效率和準確性。

3 結(jié)語

隨著城市軌道交通地鐵智能化的發(fā)展，地鐵公司對地鐵運營安全性的要求越來越高。地鐵作為一種大型的公共交通工具，涉及的設備、產(chǎn)品、系統(tǒng)多，關聯(lián)的人員密集，對異常情況的監(jiān)測已經(jīng)刻不容緩，人工監(jiān)測已經(jīng)無法滿足車站的實際需求。本文提出的一種基于智慧地鐵的異常告警應用設計，能夠提高城市軌道交通運營過程中的安全性、精準性、高效性和智能化。隨著對智能化信息技術(shù)的深入研究以及對異常告警技術(shù)的不斷改進，相信在不久的將來，異常告警技術(shù)會更加廣泛地應用在城市軌道交通中，做到真正的高效智能，為人們的出行提供更大的便利。