基于人工智能技術的城市軌道交通綜合監控系統設計研究

段靈峰 胡小偉 韓超

摘 要：隨著自動化技術的發展和城市軌道交通系統發展需求的刺激，綜合監控系統應運而生。它有效集成了軟硬件平臺，可提供資源共享、設備集中管理、故障監測、應急響應等功能，集穩定、全面、高效的優勢，本文以綜合監控系統為基本對象，探索其智能化發展的重點，以期為類似項目提供參考。

關鍵詞：城市軌道交通;綜合監控系統;人工智能技術

中圖分類號：U29-39 文獻標識碼：A

0 引言

在城市軌道交通系統建設中，綜合監控系統是不可缺少的一部分。隨著計算機和通信技術的快速發展，綜合監控系統逐漸取代傳統的管理模式，可以提高資源共享水平，對資源進行深度整合，優化資源配置，為城市軌道交通系統的運營提供支持。

1 綜合監控系統面臨的數據處理問題

近年來，由于監測點的成倍增加，場景聯動更加頻繁，對綜合監測系統的實時和歷史數據處理能力提出了要求。傳統的綜合監控系統受到實時數據庫和歷史數據庫容量和處理性能的限制。它只能通過部分采樣和濾波處理或存儲部分數據，不能處理和存儲系統的全景數據。事實上，這嚴重影響了數據的處理能力、對突發事件的響應速度和對歷史數據的分析能力。城市軌道交通綜合監控系統需要對大規模全景數據進行實時處理和存儲，解決以下問題：城市軌道交通綜合監控系統將機電設備、電力監控和信號分系統集成或連接起來。在全自動運行模式下，增加了列車設備數據的監控范圍。預計總數據量將達到百萬級，傳統的內存實時存儲容量模型已不能滿足要求。在自動運行模式下，歷史數據大大增加。傳統的關系數據庫（如Oracle和MySQL）在增加、刪除、修改和查詢的過程中存在明顯的性能瓶頸。綜合監控系統性能的瓶頸主要是全線設備狀態更新導致的實時數據處理和存儲。一般來說，一條城市軌道交通線路有10多個站點。在雪崩、阻塞的情況下，全線設備狀態實時變化速度可達到每秒10萬次以上。傳統的綜合監控系統已不能滿足自動運行模式對數據實時處理和存儲的要求。

2 城市軌道交通綜合監控系統的優點

城市軌道交通綜合監控系統具有基本的數據管理功能，通過查看各個子系統的具體信息，可以使管理更加全面有效，也可以實現對各個子系統的及時觀察和控制，在一定程度上可以降低事故發生的概率，它可以對數據進行詳細的分析，發現并解決一些問題。城市軌道交通綜合監控系統具有決策功能，能夠及時掌握分系統的信息，并通過一些歷史數據對整個系統進行分析;遇有緊急情況，應按相應的計劃進行處理和解決等;為了減少失控的風險，應該為一些可能的情況提前制定一些應急計劃。

3 城市軌道交通綜合監控系統的結構

（1）中央級綜合監控系統。綜合監控系統在實現部分子系統中心層功能集成的同時，還可以接收站內綜合監控系統的數據進行二次處理操作，為用戶提供更豐富的監控功能，包括但不限于統計報表。中央聯動、程序控制。在數據資源共享需求日益迫切發展的背景下，中央級綜合監控系統還可以提供高度穩定、便捷的數據共享傳輸通道，連接網絡指揮中心、供電局地方調度中心等，提供數據支持。通過多方合作，可以有效地保證城市軌道交通具有較高的運營水平。

（2）站級綜合監測系統。該系統可以從被控系統中讀取數據，并進行處理和存儲操作，以反映現場設備的實際運行狀態。同時站級數據庫可以不斷完成數據記錄和更新的操作，也可以根據要求發出控制指令。在某些情況下會采用其他架構，如中心集中式結構，依靠以太網的連接功能，與各個站級的自動化子系統相連，避免了綜合監控投資成本高的問題。在車站控制中設置車站綜合監控系統，實現對轄區內所有機電設施設備的運行監控，提高車站的安全性，為乘客創造舒適良好的空間。該站綜合監控系統位于車輛維修基地信號樓內，類似于站場綜合監控系統。由于該站無客運需求，無需考慮與客運相關設備的專業對接。

4 城市軌道交通綜合監控系統智能化開發研究

（1）數據智能分析與輔助決策。綜合監控系統的數據監控范圍比以前更寬，提高了子系統的集成度。整個系統有相當多的監控。同時也對綜合監控系統的應用水平提出了更高的要求。它需要高效地完成數據的存儲和處理，沒有數據的混亂，因此如何提高數據的服務水平是值得探討的。從發展方向來看，綜合監測系統已逐步形成三維監測網絡，數據處理能力得到提高，處理范圍可擴大，如多源異構數據可有效處理，論證了大數據技術的應用特點。大數據的應用程序已經深深改變了生產和生活的方式，涵蓋許多領域如商業、科技、教育等，這使高便利性的特點在生產和生活中，和資源的利用水平也被升級到一個新的水平。積極推進大數據的研究和應用，具有重要的社會和經濟價值。在城市軌道交通領域，面對綜合監測系統數據量的不斷擴大，有必要創建匹配的大數據分析模型，為綜合監測系統的運行提供技術支持。在開發綜合監控系統時，調度管理、維護管理和第三方數據支持成為一個重要的發展方向。

（2）站場運行場景與車站運營相關的安全防范。場景主要包括綜合客流管控、乘客行為監控、自動扶梯乘客擁堵防范和下降等。系統顯示主要區域（車站出入口、大門入口、安全探測器入口、對各通道的視頻數據進行4小時實時分析監控，利用人臉識別和智能分析技術獲取重要信息數據。與周界報警系統、進出控制系統、安檢檢測系統配合，發出報警并觸發相關聯合行動指令。綜合客流控制站的客流一般集中在等候區、樓梯及自動扶梯入口、大門、自動售票機和車站出入口五個區域，不利于客流控制和分流，很容易產生安全隱患。智能安防系統通過圖像捕獲的人臉信息和車站入口的檢票數據，獲取各個時間段的客流狀態。當客流擁堵達到設定的閾值時，系統自動制定邏輯控制措施，并提出了車站廳不同層級的樓梯和自動扶梯入口，當前大門進出口的限制和分流策略，對售票機、車站應當限制，必要時應當疏導周邊交通。同時，公共廣播、乘客信息、環境和設備監控系統要協調運行。

（3）乘客行為監督。智能安防系統將監控并自動識別區域內人員的身體、行為和行走軌跡的明顯變化。通過視頻定位和聲光報警，提示車站工作人員對具體區域進行檢查確認，并采取措施。系統可以根據一段時間內人員進入區域的頻率、移動速度和客流趨勢，自動判斷人員行為是否異常。其行為包括：人員游蕩、異常奔跑、逆向行走等。系統自動報警，計算人的動作軌跡，并呈現視頻圖像提示車站工作人員檢查。

（4）定時數據結構。城市軌道交通綜合監控系統中存儲的數據具有時間特征。系統按時間順序存儲數據，需要滿足全線所有設備歷史狀態信息的實時寫入，這對數據寫入性能要求非常高。傳統的集成監控系統的關系數據庫不能滿足這一要求。利用時間戳作為時間數據結構的符號來存儲和處理綜合監控系統的歷史數據是必要的。結束語綜上所述，隨著城市軌道交通系統的發展，相應的綜合監控系統也應“同步前進”。通過大數據等先進技術的靈活應用，綜合監控系統應向智能化方向發展。

（5）綜合監控系統的發展前景。綜合監控系統致力于提高各子系統的協調協作能力，提高整個地鐵線路的整體自動化水平。其應用范圍和深度也將在應用創新中得到提高。擴大應用范圍的主要目的是擴大綜合監控系統的數據監控范圍，表現為集成化、互聯化子系統的增加。以我國初期建設的北京地鐵5號線為例，在原有的AFC、ACS、OA、TIMS、UPS、pqss等綜合監控系統的基礎上，在設計和應用上進行了創新和發展。設計了許多專業系統，如SPs，并與互聯的綜合監控系統集成。顯然，作為用戶統一、標準化的操作平臺，越來越專業化的子系統訪問是必然趨勢。另外還可以拓展應用深度，拓展應用深度主要是綜合監測系統監測內涵的延伸，主要表現為集大數據規模、多源異構數據類型、集約化數據分析為一體的大數據采集、處理和分析平臺。大數據是信息時代快速發展的產物和必然結果。開展大數據技術及應用研究是時代發展的必然要求。面對“不斷擴大”的數據量，綜合監測系統建立大數據分析模型和方法，為調度管理、維護管理和第三方數據支持的應用提供數據分析和決策支持。

當前，節能減排已成為社會生產活動中的關鍵因素。城市軌道交通綜合監控系統的設計也越來越注重節能環保的理念。pqss電能質量管理系統引入到電力系統中，環境與設備監控系統中根據不同季節、不同時段設計的模式控制不是能效管理應用的模式。隨著技術的發展，綜合監控系統在能效管理中的作用將越來越突出。在城市軌道交通綜合監控系統的建設中，也應貫徹節能減排的理念。

5 城市軌道交通綜合監控系統的應用

綜合監控系統集穩定、綜合、高效等優點于一體，是城市軌道交通發展中不可缺少的基礎設施。在不使用綜合監控系統的情況下，地鐵機電系統通常采用獨立支撐、獨立管理的方式，這通常會導致資源的通信效率下降，共享難度加大，這使得機電設備集群優勢難以發揮。它有效地整合了軟件和硬件平臺，提供資源共享、設備集中管理、故障監測、應急響應等功能，將地鐵運營水平提升到一個新的水平。在城市化的背景下，城市交通壓力增加，和軌道交通系統已經成為一個重要的方式在大多數大中城市緩解交通壓力，可以充分發揮地下空間安全，環保這方面的優勢。

6 結語

隨著我國經濟社會的發展，軌道交通已成為城市綜合交通的重要組成部分。綜合監控系統作為一個集成的互聯系統，致力于資源共享和信息交換，優化資源配置，提高運營效率和運營自動化等，在軌道交通領域得到了廣泛的應用。綜合監控系統已成為國內外軌道交通領域自動化技術發展的重要趨勢。隨著我國通信網絡技術的不斷完善，數據庫技術特別是實時分布式數據庫得到了廣泛的應用，為綜合監測技術的不斷發展奠定了堅實的基礎。

參考文獻：

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