基于智慧地鐵的異常告警應(yīng)用

劉 琴，葛 淼，俞 銘

(國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

近年來(lái)，隨著深度學(xué)習(xí)、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(lái)發(fā)展的方向，與人類息息相關(guān)的城市軌道交通也開(kāi)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(shí)別、知識(shí)圖譜、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)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(shí)現(xiàn)軌道交通智能化的前提下，保證地鐵安全、高效地運(yùn)行，仍然是智慧交通首要的發(fā)展方向和價(jià)值訴求。

地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程涉及多個(gè)系統(tǒng)、專業(yè)、設(shè)備且均和乘客密切相關(guān)。地鐵運(yùn)營(yíng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，若站務(wù)人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，不但會(huì)影響乘客的正常出行，更嚴(yán)重的會(huì)造成人財(cái)損傷。基于上述問(wèn)題，本文提出了一種基于智慧地鐵的異常告警應(yīng)用設(shè)計(jì)，根據(jù)各個(gè)車站實(shí)際情況制定一系列報(bào)警觸發(fā)規(guī)則，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)、設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)地鐵內(nèi)各區(qū)域畫(huà)面進(jìn)行視頻監(jiān)控和視頻分析，在發(fā)生異常時(shí)進(jìn)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(yīng)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(duì)地鐵的感知更加全面、透徹，能夠自組織運(yùn)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(shè)備采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變得更加準(zhǔn)確、高效；視頻畫(huà)面的分析也更加規(guī)范、準(zhǔn)確，在一定程度上大大減少了異常情況的告警延時(shí)。異常告警應(yīng)用能夠及時(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行告警通知，便于站務(wù)人員及時(shí)處理解決，使地鐵運(yùn)營(yíng)更加可控。

1.2 異常告警應(yīng)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(cè)與診斷、智能決策支持等人工智能最新技術(shù)，針對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)輔助運(yùn)營(yíng)管理。對(duì)各路視頻及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視和分析，支持多種典型運(yùn)營(yíng)輔助決策場(chǎng)景應(yīng)用，包括異常告警。異常告警應(yīng)用主要分為以下4個(gè)部分。

1.2.1 定時(shí)檢修

每個(gè)產(chǎn)品、設(shè)備都有其一定的使用壽命，一旦超過(guò)固定壽命，設(shè)備隨時(shí)可能損壞、報(bào)廢。某些產(chǎn)品設(shè)備若長(zhǎng)期處于高強(qiáng)度的工作狀態(tài)，可能造成使用壽命的縮減。因此，設(shè)備的定時(shí)檢修必不可少。實(shí)時(shí)累計(jì)各設(shè)備的工作時(shí)長(zhǎng)，預(yù)設(shè)各設(shè)備的檢修期，提前檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)檢修和替換，對(duì)設(shè)備實(shí)施全生命周期管理，記錄設(shè)備整個(gè)生命周期的維修情況，有針對(duì)性地制訂維修管理計(jì)劃。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行設(shè)備檢修則進(jìn)行異常告警，提示設(shè)備須進(jìn)行定時(shí)檢修。

1.2.2 在線監(jiān)測(cè)

對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)前須對(duì)設(shè)備進(jìn)行異常情況配置。根據(jù)設(shè)備的自身屬性情況，預(yù)先對(duì)地鐵關(guān)聯(lián)的產(chǎn)品設(shè)備各屬性設(shè)置告警值，將設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)到的屬性信息與相應(yīng)設(shè)備提前設(shè)置的告警值進(jìn)行匹配，若達(dá)到告警值，則對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行告警提示。在系統(tǒng)畫(huà)面中以圖元的形式表示設(shè)備，圖元以不同的顏色表示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，通過(guò)選擇圖元，可以顯示該設(shè)備的狀態(tài)信息。

圖1 異常告警應(yīng)用

建立設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)感知及預(yù)警體系，對(duì)接各類子系統(tǒng)(如有綜合監(jiān)控系統(tǒng)，則可以直接對(duì)接綜合監(jiān)控系統(tǒng))，對(duì)地鐵中各個(gè)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的多個(gè)屬性，獲取各子系統(tǒng)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)；此外，綜合監(jiān)控系統(tǒng)采集了地鐵日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中各種設(shè)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(shè)備機(jī)理或利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，建立設(shè)備故障預(yù)警的規(guī)則或模型。在設(shè)備出現(xiàn)故障前進(jìn)行提前預(yù)警，提供檢修依據(jù)。對(duì)不同的設(shè)備異常情況劃分等級(jí)，不同等級(jí)的告警以不同的顏色加以區(qū)分，對(duì)未及時(shí)處理的異常設(shè)備實(shí)時(shí)進(jìn)行顏色燈閃爍，顯示未處理的設(shè)備異常數(shù)。

在線監(jiān)測(cè)涵蓋電力監(jiān)控系統(tǒng)(PSCADA)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(BAS)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)、屏蔽門系統(tǒng)(PSD)和門禁系統(tǒng)(ACS)，閘機(jī)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(duì)這些子系統(tǒng)所包含的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

1.2.3 觸發(fā)規(guī)則配置

設(shè)計(jì)觸發(fā)規(guī)則，根據(jù)地鐵中實(shí)際發(fā)生的異常現(xiàn)象，預(yù)先對(duì)地鐵各系統(tǒng)中的設(shè)備設(shè)置告警觸發(fā)規(guī)則，包括屬性值、通信狀態(tài)、關(guān)聯(lián)設(shè)備屬性的變化等；將定時(shí)檢修實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)到的設(shè)備信息與觸發(fā)規(guī)則配置中配置的觸發(fā)規(guī)則進(jìn)行匹配，若符合觸發(fā)規(guī)則，則對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行告警提示。

1.2.4 視頻監(jiān)控與視頻分析

在線監(jiān)測(cè)定時(shí)檢修和異常配置在線監(jiān)測(cè)只能對(duì)地鐵中涉及的系統(tǒng)設(shè)備、產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和告警，無(wú)法對(duì)地鐵內(nèi)的人員、擁擠度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，無(wú)法查看不同區(qū)域的實(shí)時(shí)畫(huà)面，因此，可引入視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控能夠滿足站務(wù)人員隨時(shí)查看各個(gè)區(qū)域、攝像頭的實(shí)時(shí)畫(huà)面的需求。

隨著地鐵的智能化發(fā)展，對(duì)視頻分析算法的研究也越來(lái)越深入。通過(guò)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(duì)車站區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和視頻分析，更加精細(xì)化地判定異常類別，而非依靠站務(wù)人員實(shí)時(shí)查看監(jiān)控畫(huà)面。當(dāng)視頻分析發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)異常畫(huà)面拍照、視頻截取留存，便于后期查看和異常記錄并進(jìn)行告警提示(見(jiàn)圖1)。具體功能如下：

(1)扶梯口擁堵分析。在扶梯口視頻中實(shí)現(xiàn)對(duì)人數(shù)的分析，在固定區(qū)域里面識(shí)別出人數(shù)，并在超越閾值時(shí)提供告警信息，擁堵級(jí)別可以通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置，同時(shí)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(dòng)識(shí)別出摔倒的行為，并通過(guò)告警及時(shí)通知車站人員。

(3)站臺(tái)客流密度分析。通過(guò)視頻信息對(duì)站臺(tái)人員密度進(jìn)行分析，判斷站臺(tái)區(qū)域人數(shù)情況，并根據(jù)配置的基數(shù)得到當(dāng)前站臺(tái)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(shí)提供告警信息。

(4)目標(biāo)檢測(cè)。對(duì)特定崗位的人員、部崗到位情況進(jìn)行有目標(biāo)的檢測(cè)，確認(rèn)是否到崗，若未及時(shí)到崗，進(jìn)行告警提示，防止異常事件發(fā)生時(shí)，缺少專業(yè)人員處理。對(duì)特定需要巡檢的設(shè)備和信息進(jìn)行有目標(biāo)的檢測(cè)，確認(rèn)設(shè)備是否運(yùn)行正常，對(duì)運(yùn)行異常的設(shè)備進(jìn)行告警提醒，及時(shí)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(gè)攝像頭分布的位置區(qū)域，整合多個(gè)攝像頭信息，對(duì)每個(gè)攝像頭配置對(duì)應(yīng)的視頻分析算法，設(shè)置多條巡檢線路，通過(guò)攝像頭巡站的方式代替站務(wù)人員進(jìn)行實(shí)地巡站，視頻分析發(fā)現(xiàn)異常事件時(shí)進(jìn)行報(bào)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(yīng)增設(shè)巡檢機(jī)器人，對(duì)機(jī)器人配置巡視路線，按照規(guī)定路徑進(jìn)行順序巡檢，不僅可以采集巡視區(qū)域的設(shè)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(huà)面信息。

(6)自動(dòng)扶梯運(yùn)行狀態(tài)分析。識(shí)別自動(dòng)扶梯的運(yùn)行方向(上行、下行)和運(yùn)行狀態(tài)(停止、運(yùn)動(dòng))，若發(fā)現(xiàn)與預(yù)期設(shè)置不同情況(如電梯逆行、異常停止等)，進(jìn)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(shí)時(shí)提示。系統(tǒng)在各個(gè)場(chǎng)景監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，一旦分析到異常的事件情況，可通過(guò)激活視頻窗口和聲光報(bào)警的方式提醒車站值班人員進(jìn)行關(guān)注。

1.3 設(shè)備故障報(bào)警實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋功能

通過(guò)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，為運(yùn)營(yíng)人員提供設(shè)備故障信息。故障信息包括開(kāi)關(guān)變位報(bào)警、保護(hù)動(dòng)作報(bào)警、模擬量越限報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)通信故障報(bào)警、控制報(bào)警、事故總報(bào)警、服務(wù)運(yùn)行監(jiān)控等。所有的設(shè)備故障和報(bào)警信息均可在HMI顯示。報(bào)警信息按照預(yù)定義的事件嚴(yán)重性及處理優(yōu)先級(jí)被賦予不同報(bào)警級(jí)別，用戶可以根據(jù)報(bào)警級(jí)別過(guò)濾報(bào)警信息；按照專業(yè)、車站、設(shè)備等劃分類別，支持不同類別的報(bào)警推送到不同權(quán)限的操作工作站。在產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，伴隨動(dòng)畫(huà)圖像、文字信息或聲音提示，允許對(duì)特定關(guān)注的報(bào)警配置相關(guān)聯(lián)的畫(huà)面、對(duì)話框、預(yù)案，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在報(bào)警顯示畫(huà)面上出現(xiàn)專門的提示并推送預(yù)案(見(jiàn)圖2)。

圖2 異常告警應(yīng)報(bào)警反饋

1.4 異常告警聯(lián)動(dòng)

針對(duì)異常事件觸發(fā)告警聯(lián)動(dòng)。根據(jù)異常報(bào)警事件的分級(jí)分類體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同響應(yīng)級(jí)別的異常事件的統(tǒng)一處置，聯(lián)動(dòng)應(yīng)急指揮功能。利用數(shù)字化預(yù)案匹配事件類型和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)事件匹配結(jié)果提醒并引導(dǎo)處置人員及時(shí)開(kāi)展應(yīng)急處置，對(duì)異常告警事件的車站及周邊范圍內(nèi)的應(yīng)急資源進(jìn)行整合，形成區(qū)域應(yīng)急資源一張圖，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資調(diào)配，提高應(yīng)急響應(yīng)能力。觸發(fā)視頻聯(lián)動(dòng)，根據(jù)告警區(qū)域所關(guān)聯(lián)的攝像頭，進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面和視頻分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)接警方、應(yīng)急響應(yīng)啟動(dòng)、指揮協(xié)調(diào)、事態(tài)控制和善后恢復(fù)等流程化處置管理。當(dāng)發(fā)生異常告警時(shí)，若關(guān)聯(lián)其他子頁(yè)面，還可以進(jìn)行其他子頁(yè)面的切換。

2 基于智慧地鐵的異常告警應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)

人、列車、設(shè)施、管理系統(tǒng)4個(gè)要素相互融合，互相關(guān)聯(lián)，成為地鐵成功運(yùn)營(yíng)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(yán)格關(guān)注車站內(nèi)各系統(tǒng)、產(chǎn)品設(shè)備的運(yùn)行、監(jiān)管與維護(hù)，實(shí)時(shí)關(guān)注設(shè)備的健康狀況，對(duì)于異常情況及時(shí)告警處理。同時(shí)，還需要時(shí)刻關(guān)注站內(nèi)各個(gè)區(qū)域的真實(shí)情況，通過(guò)查看監(jiān)控畫(huà)面、視頻分析，對(duì)于視頻畫(huà)面中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象，及時(shí)告警處理，確保地鐵的安全運(yùn)營(yíng)。

本文提出的一種基于智慧地鐵的異常告警應(yīng)用對(duì)設(shè)備和視頻畫(huà)面兩個(gè)方面進(jìn)行異常監(jiān)測(cè)，從定時(shí)檢修、在線監(jiān)測(cè)、異常配置和觸發(fā)規(guī)則4個(gè)方面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各設(shè)備的健康狀況，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的定時(shí)檢修，也能對(duì)車站實(shí)際情況的異常進(jìn)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(wù)人員隨時(shí)調(diào)用攝像頭查看實(shí)時(shí)畫(huà)面，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)未查看的視頻畫(huà)面異常情況。此外，加入了視頻聯(lián)動(dòng)功能，當(dāng)異常發(fā)生時(shí)，實(shí)時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的異常畫(huà)面，便于確認(rèn)異常是否準(zhǔn)確和進(jìn)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(yīng)用對(duì)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(zhǔn)確性。因此，本文中視頻分析算法還需要進(jìn)一步優(yōu)化，提高整個(gè)過(guò)程的執(zhí)行效率和準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市軌道交通地鐵智能化的發(fā)展，地鐵公司對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全性的要求越來(lái)越高。地鐵作為一種大型的公共交通工具，涉及的設(shè)備、產(chǎn)品、系統(tǒng)多，關(guān)聯(lián)的人員密集，對(duì)異常情況的監(jiān)測(cè)已經(jīng)刻不容緩，人工監(jiān)測(cè)已經(jīng)無(wú)法滿足車站的實(shí)際需求。本文提出的一種基于智慧地鐵的異常告警應(yīng)用設(shè)計(jì)，能夠提高城市軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全性、精準(zhǔn)性、高效性和智能化。隨著對(duì)智能化信息技術(shù)的深入研究以及對(duì)異常告警技術(shù)的不斷改進(jìn)，相信在不久的將來(lái)，異常告警技術(shù)會(huì)更加廣泛地應(yīng)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。