一種軌道交通綜合環境監控系統研究與設計

張濤

摘要：為優化軌道交通配套資源配置提供科學的數據依據和分析，從而改善軌道交通乘車環境，進而提高軌道交通客運系統的舒適度。通過采集和分析車站的溫度、濕度、車廂震動、空氣中顆粒物含量和二氧化碳含量等信息，建立一套軌道客運舒適度指數，評估車站環境因素對乘車環境和舒適度的影響，實時地向軌道交通運維單位提供各種環境信息、操作建議和設施優化舉措。該系統可以提高軌道交通運維單位對于乘客群體性行為的監控和防范能力，減少軌道交通運營過程中事故的發生，同時提升軌道交通資源的利用率和運維人員的工作效率。并且設計、研制出達到國際先進水平的硬件產品和軟件系統，并小批量生產完成示范應用，從而降低軌道交通建設成本，提高軌道交通國產裝備技術水平。

關鍵詞：軌道客運舒適度告警聯動智能分析智能交通

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（b）-0013-02

目前，在評估車站環境因素對乘車環境和舒適度的影響方面，我國軌道交通領域的相關系統還沒有形成一個全方面的體系，各相關系統基本上是相對獨立運行的，大部分安全系統都是對系統設備及運行環境進行監控，比如動力環境監控系統、網管系統。很少考慮人員因素和非設備機房環境因素，對于舒適度與人員、環境等信息之間的關系和作用研究的較少，對于建立軌道客運舒適度指數的研究則是更少。雖然近年來在許多行業中，很多安全系統已經引入了對氣候和環境的監控，比如鐵路上的防災安全監控系統，但是將其與人流量的分析結合進行預測尚屬首次。在基于智能視頻分析技術進行擁擠分析和人數估計方面，國內外科研機構均取得了一些成果積累。一方面，人流密度和人數估計國外已進行了較詳細的研究，提出了一些分析模型，如運動分割模型和紋理分析模型，部分已經應用到實際當中；另外一方面，國內對乘客的這種基于視頻信息的人流量統計和估計的分析挖掘工作還不夠充分，也無實際的產品得以應用。國外從事智能視頻分析技術產品的廠家比較有代表性的是美國的ObjectVideo，它壟斷了60%的市場，但是其算法的應用主要是針對國外場景而開發，因此無法有效適應國內的場景，在國內的應用表現不盡理想。另外兩家在國內取得一定市場占有率的視頻分析廠家是來自以色列的NICE和Ioimage，也存在著與ObjectVideo相同的問題。采用國外技術成本過高，每路智能視頻分析成本在7000元左右，大大地限制了其在實際中的應用。國內在視頻分析技術具有自主知識產權和研發能力的國內公司并不多，只有文安、智安邦等少數公司進行研究，但是由于缺乏實際應用產品性能與實用有一定距離。

在綜合設備和環境監控方面，國際上跨專業或領域的綜合監控系統已經開始應用了，基本實現了對多個系統進行集中監控、分析和管理的功能，比如HP的Open View TeMIP平臺。我國在軌道交通監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，實現對多個系統（如傳輸、CCTV、公/專電話、錄音等系統）的集中監控，但還不能實現跨系統或專業進行告警關聯分析，更無法實現對設備的安全隱患進行動態識別，并對可能的關鍵設備隱患進行預警。基于智能視頻分析技術運用入侵檢測等用來保護關鍵設施的模式已經得到應用，但是如上條中所分析的一樣，該項應用也受制于高成本而無法大規模普及。

隨著軌道交通事業的不斷發展，軌道客運舒適度作為以人為本的核心反映已經引起新一輪研究熱潮，根據各種車廂、車站各種溫濕度信息、二氧化碳含量信息及車廂擁擠程度等信息評估舒適度并反饋相關信息對軌道交通運營單位進行指導（如溫度調節、通風調整等）是目前正在發展的一個研究趨勢。為此我們提出一種軌道交通綜合環境監控解決方案，并且設計實現了該軟件系統。

1系統解決方案

本系統通過各種傳感器采集車內和車外的各種環境信息、視頻信息等，然后通過車地無線傳輸網絡、車載傳輸網絡和地面傳輸通信網絡傳輸，相關的數據通過數據處理中心進行深度的挖掘和分析之后最終通過可視化中心呈現在用戶面前。

該系統自下而上由數據采集層、數據傳輸層、數據分析層和數據表示層組成。數據采集層把各種基礎信息采集完成后，通過數據傳輸層把數據傳送至數據分析層，數據分析層利用各種數據數學模型對采集的數據進行處理和分析后，將各種加工后的信息發送給數據表示層，數據表示層可以根據不同的用戶，以適當的方式展現相關的內容。

數據采集層主要負責采集各種機械、環境、人員因素信息，它在車廂、站臺、站外等地方設置一些采集設備負責采集車廂的溫度、濕度、顆粒物含量、二氧化碳含量、列車振動程度等信息，站臺的溫度、濕度、顆粒物含量、二氧化碳含量等信息，站外的風力、風向、雨量、雪深、氣溫等氣候信息。同時，在車廂、站臺和進出站口等地方設置采集設備（主要是攝像機、智能視頻分析儀、編碼器等設備），采集各區域的人員的擁擠度、人員的流量流向等信息。另外，在各系統重要設備室設置采集設備，采集各種機房的溫度、濕度、煙霧、門禁等各種環境信息，實現對設備運行環境的監控。集中告警系統在各系統網管室設置采集服務器，從各系統中采集各種設備的運行狀態、告警、性能等信息。

網絡傳輸層主要負責為數據分析層傳送數據采集層獲取的各種信息，一般由車載傳輸網絡、車地無線傳輸網絡和軌道交通傳輸網絡組成。對于非移動設備，一般通過傳輸系統和數據網進行數據傳輸，這些技術已非常成熟，并能完全滿足系統需求。對于列車信息的采集，需要通過車地寬帶無線系統將設置在列車上的采集器采集到的各種信息就近傳送到地面相關網絡單元后，通過傳輸系統或數據網傳送到數據分析層。

數據分析層利用各種數學模型，對采集層采集的各種數據進行分析和挖掘，預測可能發生的情況，分析乘客乘車舒適度，分析車廂及站臺的擁擠度，并把分析結果發送給數據表示層。數據表示層以合適的方式（包括圖形、文字、語音等方式）把分析結果非常直觀地展現給運營維護人員。比如，如果某些潛在因素會引起事故發生，則用聲光告警提示用戶注意防范，以便及時采取措施。

2結論

該系統通過視頻前景和背景分離，精確地提取出運動目標，同時隨著時間的變化不斷更新和維護視頻的背景，準確地反映場景的變化趨勢。通過各類傳感器收集到的大量告警信息，分析各系統和設備之間的關聯和承載關系，識別各種告警和性能指標對系統和業務的影響，建立告警關聯分析關系和預測異常情況。該系統通過實際應用，取得了很好的使用效果。