基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的軌道交通客流安全防范分析與預(yù)警系統(tǒng)

吳 昊（北京全路通信信號研究設(shè)計院有限公司，北京 100073）

物聯(lián)網(wǎng)作為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息化發(fā)展的第三次浪潮，得到了黨中央、國務(wù)院的高度重視，已成為國家科技發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)力量之一[1-3]。中央政府對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用建設(shè)高度重視，提出要發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，帶動科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并優(yōu)先從城市安全運行、應(yīng)急管理做起。因此，推進(jìn)城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)，是實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要手段，是建設(shè)中國特色世界城市的具體要求，對于提升政府服務(wù)和管理水平，帶動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

當(dāng)前，城市交通環(huán)境日益嚴(yán)峻，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段，為交通安全運行和監(jiān)測預(yù)警提供科技手段的需求愈來愈迫切。北京市應(yīng)急辦發(fā)布《北京市城市安全運行和應(yīng)急管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)工作方案》（京應(yīng)急辦發(fā)[2010] 6號）[4]、北京市政府辦公廳發(fā)布《北京市城市安全運行和應(yīng)急管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)總體方案》（京政辦發(fā)[2011]14號文）[5]均提出了北京市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)的總體架構(gòu)和主要建設(shè)任務(wù)。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)感、傳、知、用技術(shù)，分析并提出了在軌道交通(包括地鐵和輕軌)的客流安全防范分析與預(yù)警系統(tǒng)，以期實現(xiàn)對大客流智能安全防范手段的突破，提高大客流監(jiān)測精準(zhǔn)判斷、智能預(yù)警的能力，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通安全防范的應(yīng)用起到示范作用，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與交通行業(yè)智能化應(yīng)用。

1 背景介紹

隨著北京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化程度進(jìn)一步提高，軌道交通線網(wǎng)客運量多次突破歷史記錄，各線客運量也紛紛突破歷史記錄。最高客流值已達(dá)到727.68萬人次，相對于與2010年全路網(wǎng)最高值658.64萬人次，增幅高達(dá)10%。除2號線、8號線、機場線外，其余線路滿載率均超過100%，個別線路甚至超過144%，日最高

吳昊，女，畢業(yè)于中南大學(xué)，工程師。主要研究方向為城市軌道交通通信信號，曾參與“北京地鐵9號線通信信號系統(tǒng)設(shè)計”、“北京地鐵14號線通信信號系統(tǒng)設(shè)計”、“北京地鐵1、2號線自動售檢票系統(tǒng)設(shè)計”、“德黑蘭地鐵二、三期工程通信系統(tǒng)設(shè)計”、“軌道交通安全防范物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程設(shè)計項目“、“北京市政治中心區(qū)綜合管理物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程設(shè)計項目”等項目工作?？瓦\量達(dá)到了727.68萬人次。

日常情況下，平峰時段按照乘客的基本需求，以保證乘客安全、便捷、舒適為目標(biāo)，充分利用場站的各種設(shè)施設(shè)備，實現(xiàn)效用的最大化。高峰時段在大客流沖擊下，車站的首要目標(biāo)是要保證換乘乘客的安全換乘和車站的正常運營。在車站任何一個節(jié)點出現(xiàn)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，就要通過限流、控流、加強疏導(dǎo)等措施，控制客流密度，保證乘客人身和車站運營安全。

隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運營的程度不斷加深，軌道交通客流量不斷攀升。車站的人群高度聚集，特別是高峰期間人群擁擠嚴(yán)重，給軌道交通的安全運營帶來極大的挑戰(zhàn)。

目前，在路網(wǎng)中發(fā)生大客流沖擊時政府應(yīng)急調(diào)度部門不能及時調(diào)度路面公共交通資源，造成軌道交通大客流沖擊不能得到及時有效地緩解。本文通過使用傳感器技術(shù)，在軌道交通大客流沖擊易發(fā)站的換乘通道、站廳及站臺布設(shè)客流檢測設(shè)備，實現(xiàn)對大客流的實時監(jiān)測；旨在及時獲知全路網(wǎng)客流信息，提升針對軌道交通客流信息的綜合分析及預(yù)警能力，以期為運營公司的日常運營、政府管理部門運行協(xié)調(diào)、突發(fā)事件下的應(yīng)急疏散指揮提供精確的數(shù)據(jù)支撐；為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通安全防范的應(yīng)用起到示范作用。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

本文提出如圖1所示的軌道交通客流安全防范分析與預(yù)警系統(tǒng)架構(gòu)。包括如下4個層次。

1）感知層：感知層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，通過在軌道交通的站廳、站臺、換乘通道、出入口各主要人流密集區(qū)域部署多種專用傳感器，實現(xiàn)分區(qū)域客流數(shù)據(jù)采集功能，可實時準(zhǔn)確檢測和獲取大客流沖擊站點出入口客流狀態(tài)、換乘通道客流量、站臺乘客狀態(tài)及密度等實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的主要傳輸交換平臺，可承載多種信息業(yè)務(wù)，主要用于車站與OCC之間的信息互聯(lián)。傳輸客流統(tǒng)計數(shù)據(jù)、原始采集視頻數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)、日志數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)及信息。

3）支撐層：利用支撐平臺對傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的分類和整合，利用物聯(lián)信息共享交換系統(tǒng)實現(xiàn)部門間的物聯(lián)信息共享，包括對部門提供物聯(lián)信息資源的管理和導(dǎo)航服務(wù)，以及部門間物聯(lián)信息的交換服務(wù)。

4）應(yīng)用層：提供了日常管理，監(jiān)測預(yù)警，應(yīng)急處置，事后評估等功能，政府應(yīng)急調(diào)度人員可監(jiān)控實時客流變化，在出現(xiàn)大客流時能通過系統(tǒng)進(jìn)行輔助決策，并在事后對事件的處置及風(fēng)險進(jìn)行總結(jié)評估。

2.2 傳感設(shè)備類型

目前市場上的客流量監(jiān)測技術(shù)主要是基于運動目標(biāo)智能跟蹤與識別核心技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，在技術(shù)上劃分有基于多傳感器的數(shù)據(jù)融合技術(shù)、基于立體視覺的紅外感應(yīng)技術(shù)和智能視頻分析技術(shù)，可進(jìn)行客流監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化采集系統(tǒng)，智能化精確采集客流量、客流方向、客流速度、客流密度等客流信息的采集。

基于立體視覺的紅外感應(yīng)系統(tǒng)是利用立體視覺攝像頭捕捉其下方的物體，由于其內(nèi)置高亮紅外LED，系統(tǒng)可以在各種亮度環(huán)境下工作，同時計數(shù)系統(tǒng)可對所有通過探測區(qū)域的物體進(jìn)行高度、形狀和運動方向上的分析。

基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的系統(tǒng)主要由激光掃描儀、嵌入式工控機、監(jiān)控中心管理軟件等部分組成，利用多臺激光掃描儀及攝像頭構(gòu)成分布式多模態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對大范圍環(huán)境的無縫覆蓋及多層次數(shù)據(jù)采集，以及對每個客流個體運動軌跡的精確檢測與跟蹤，同時進(jìn)行客流量統(tǒng)計。

智能視頻分析是指利用現(xiàn)代計算機視覺的方法，通過對攝像機拍攝的視頻序列進(jìn)行實時自動分析，實現(xiàn)對視頻場景中所關(guān)注目標(biāo)的定位、識別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行客流量的統(tǒng)計。

針對以上3種類型，進(jìn)行了性能的比較，結(jié)果如表1所示。

表1 主要客流監(jiān)測設(shè)備對比表

3 功能設(shè)計

本文提出如圖2所示的軌道交通客流安全防范分析與預(yù)警系統(tǒng)功能架構(gòu)。包括如下4個功能。

3.1 日常管理功能

主要完成各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的日常管理工作，包括應(yīng)急值守、站點管理、統(tǒng)計分析與展示以及預(yù)案管理等功能。

1）應(yīng)急值守功能：是要建立軌道交通應(yīng)急指揮成員單位之間的值守信息的上報、接收、抄送渠道。實現(xiàn)與應(yīng)急指揮中心的互聯(lián)互通，同時完成和其他專項應(yīng)急指揮部等相關(guān)單位之間的信息報送和抄送。確保應(yīng)急單位之間的信息互通，為應(yīng)急工作的順利進(jìn)行提供有力保障。包括物聯(lián)圖像監(jiān)控、物聯(lián)傳感數(shù)據(jù)監(jiān)控、值守管理、值班管理、通訊錄管理功能。

2）站點管理功能：實現(xiàn)對車站及路網(wǎng)、路線基礎(chǔ)信息的管理與空間展示，實現(xiàn)對車站具體風(fēng)險因素的管理和展示。包括基礎(chǔ)信息管理、風(fēng)險因素管理功能。

3）應(yīng)急資源管理功能：提供應(yīng)急處置所必須的人員、物資、技術(shù)、裝備準(zhǔn)備等的管理工作。能夠提供應(yīng)急人員組織、應(yīng)急設(shè)備物資等方面的動態(tài)管理，為應(yīng)急指揮調(diào)度提供保障。主要實現(xiàn)應(yīng)急隊伍管理、應(yīng)急物資管理、專家?guī)旃芾怼⒅R庫管理、案例庫管理、法律法規(guī)管理以及資源查詢統(tǒng)計。

4）統(tǒng)計分析與展示功能：通過建立統(tǒng)計分析與展示系統(tǒng)，對路網(wǎng)、線路及車站內(nèi)發(fā)生的大客流及核化恐怖襲擊等突發(fā)事件進(jìn)行統(tǒng)計分析，并通過大屏幕展示在一張軌道交通客流狀態(tài)圖上，為應(yīng)急指揮調(diào)度提供保障。

5）領(lǐng)導(dǎo)桌面功能：在常態(tài)下為領(lǐng)導(dǎo)提供各種監(jiān)測和預(yù)警信息的查詢統(tǒng)計，通過各種信息的分析和展示，為領(lǐng)導(dǎo)提供分析決策使用的信息桌面。主要實現(xiàn)大客流預(yù)警信息展示、軌道大客流分布車站信息展示、突發(fā)事件展示、報警信息展示、應(yīng)急預(yù)案展示、法律法規(guī)的展示、圖表統(tǒng)計分析展示、查看當(dāng)日值班人員等功能。

6）模擬演練功能：主要對演練計劃、演練方案、演練數(shù)據(jù)、演練過程管理。

7）應(yīng)急預(yù)案管理功能：預(yù)案集中存儲在預(yù)案庫中，預(yù)案系統(tǒng)及下級應(yīng)用系統(tǒng)均可以訪問此預(yù)案庫，通過權(quán)限管理對預(yù)案庫中不同的預(yù)案進(jìn)行分類管理。應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)可以查詢、管理各專項應(yīng)急預(yù)案；各應(yīng)用系統(tǒng)可以查詢、管理和使用各自對口的專項預(yù)案，并有權(quán)對對口專項預(yù)案進(jìn)行修訂。

8）后臺管理功能：實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)用戶、組織、權(quán)限的配置。為系統(tǒng)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 監(jiān)測預(yù)警功能

監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)大客流沖擊軌道交通突發(fā)事件的早期預(yù)警、趨勢預(yù)測和綜合研判。在相關(guān)部門協(xié)助下，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前掌握的信息，運用綜合預(yù)測分析模型，進(jìn)行快速換算，對客流趨勢模擬分析，確定可能的影響范圍、影響方式、持續(xù)時間和危害程度。

根據(jù)各車站客流量實時監(jiān)測信息和車站工作人員在線填報的客流量信息，使交通安全應(yīng)急指揮中心及時掌握各個車站及線路的大客流預(yù)警信息，并對收集到的信息進(jìn)行整理，確認(rèn)預(yù)警級別，及時向各運營企業(yè)和其他相關(guān)單位發(fā)出預(yù)警公告，并做好應(yīng)急資源的備勤，做好各種防范措施并及時進(jìn)行預(yù)警發(fā)布。

3.3 應(yīng)急處置功能

輔助應(yīng)急指揮人員有效部署可調(diào)度應(yīng)急隊伍、應(yīng)急物資、應(yīng)急裝備等資源，實時或及時將軌道大客流事件的發(fā)生發(fā)展情況和應(yīng)急處置狀況傳遞給相關(guān)人員，實現(xiàn)協(xié)調(diào)指揮、有序調(diào)度和有效監(jiān)督，提高應(yīng)急效率。

3.4 事后評估功能

在突發(fā)事件完結(jié)之后，可通過系統(tǒng)對事件進(jìn)行過程追溯，對一些基本情況和數(shù)據(jù)重新進(jìn)行梳理，并對處置過程進(jìn)行評估，最終歸檔形成案例。同時還提供風(fēng)險評估功能，可通過風(fēng)險評估對相關(guān)站點進(jìn)行風(fēng)險分析并形成評估報告。

4 結(jié)論

軌道交通客流安全防范分析與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)是軌道交通精細(xì)化管理的有力支撐，其將為城市軌道交通的客運組織管理、為城市交通運行監(jiān)測調(diào)度中心建設(shè)提供信息服務(wù)的客流數(shù)據(jù)依據(jù)，是城市軌道交通精細(xì)化管理、服務(wù)于民的重要體現(xiàn)。

本文基于對客流監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，設(shè)計了集日常管理、監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處置、事后評估功能于一體的軌道交通客流安全防范分析與預(yù)警系統(tǒng)，旨在提高軌道交通的運營服務(wù)水平及運營效率，提升軌道交通安全運營水平，提升軌道交通應(yīng)急指揮水平，增強公共交通應(yīng)急處置能力。

[1] ITS.ITU Report, The Internet of Things, 2005.

[2] Schoenberger, C., Upbin, B, The Internet of Things，F(xiàn)orbes Magazine[J]. 2002 (6)：155-160.

[3] Langheinrich, M., Coroama, V., Bohn, J.et al.Living in a smart environment-Implications for the coming ubiquitous information society[C].IEEE International Conference on Systems,2004.

[4]京應(yīng)急辦發(fā)[2010]6號 北京市城市安全運行和應(yīng)急管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)工作方案[S].

[5]京政辦發(fā)[2011]14號 北京市城市安全運行和應(yīng)急管理領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用建設(shè)總體方案[S].