一种轨道交通综合环境监控系统研究与设计

张涛

摘要：为优化轨道交通配套资源配置提供科学的数据依据和分析，从而改善轨道交通乘车环境，进而提高轨道交通客运系统的舒适度。通过采集和分析车站的温度、湿度、车厢震动、空气中颗粒物含量和二氧化碳含量等信息，建立一套轨道客运舒适度指数，评估车站环境因素对乘车环境和舒适度的影响，实时地向轨道交通运维单位提供各种环境信息、操作建议和设施优化举措。该系统可以提高轨道交通运维单位对于乘客群体性行为的监控和防范能力，减少轨道交通运营过程中事故的发生，同时提升轨道交通资源的利用率和运维人员的工作效率。并且设计、研制出达到国际先进水平的硬件产品和软件系统，并小批量生产完成示范应用，从而降低轨道交通建设成本，提高轨道交通国产装备技术水平。

关键词：轨道客运舒适度告警联动智能分析智能交通

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（b）-0013-02

目前，在评估车站环境因素对乘车环境和舒适度的影响方面，我国轨道交通领域的相关系统还没有形成一个全方面的体系，各相关系统基本上是相对独立运行的，大部分安全系统都是对系统设备及运行环境进行监控，比如动力环境监控系统、网管系统。很少考虑人员因素和非设备机房环境因素，对于舒适度与人员、环境等信息之间的关系和作用研究的较少，对于建立轨道客运舒适度指数的研究则是更少。虽然近年来在许多行业中，很多安全系统已经引入了对气候和环境的监控，比如铁路上的防灾安全监控系统，但是将其与人流量的分析结合进行预测尚属首次。在基于智能视频分析技术进行拥挤分析和人数估计方面，国内外科研机构均取得了一些成果积累。一方面，人流密度和人数估计国外已进行了较详细的研究，提出了一些分析模型，如运动分割模型和纹理分析模型，部分已经应用到实际当中；另外一方面，国内对乘客的这种基于视频信息的人流量统计和估计的分析挖掘工作还不够充分，也无实际的产品得以应用。国外从事智能视频分析技术产品的厂家比较有代表性的是美国的ObjectVideo，它垄断了60%的市场，但是其算法的应用主要是针对国外场景而开发，因此无法有效适应国内的场景，在国内的应用表现不尽理想。另外两家在国内取得一定市场占有率的视频分析厂家是来自以色列的NICE和Ioimage，也存在着与ObjectVideo相同的问题。采用国外技术成本过高，每路智能视频分析成本在7000元左右，大大地限制了其在实际中的应用。国内在视频分析技术具有自主知识产权和研发能力的国内公司并不多，只有文安、智安邦等少数公司进行研究，但是由于缺乏实际应用产品性能与实用有一定距离。

在综合设备和环境监控方面，国际上跨专业或领域的综合监控系统已经开始应用了，基本实现了对多个系统进行集中监控、分析和管理的功能，比如HP的Open View TeMIP平台。我国在轨道交通监控上还处在起步阶段，在部分轨道交通中采用了集中告警系统，实现对多个系统（如传输、CCTV、公/专电话、录音等系统）的集中监控，但还不能实现跨系统或专业进行告警关联分析，更无法实现对设备的安全隐患进行动态识别，并对可能的关键设备隐患进行预警。基于智能视频分析技术运用入侵检测等用来保护关键设施的模式已经得到应用，但是如上条中所分析的一样，该项应用也受制于高成本而无法大规模普及。

随着轨道交通事业的不断发展，轨道客运舒适度作为以人为本的核心反映已经引起新一轮研究热潮，根据各种车厢、车站各种温湿度信息、二氧化碳含量信息及车厢拥挤程度等信息评估舒适度并反馈相关信息对轨道交通运营单位进行指导（如温度调节、通风调整等）是目前正在发展的一个研究趋势。为此我們提出一种轨道交通综合环境监控解决方案，并且设计实现了该软件系统。

1系统解决方案

本系统通过各种传感器采集车内和车外的各种环境信息、视频信息等，然后通过车地无线传输网络、车载传输网络和地面传输通信网络传输，相关的数据通过数据处理中心进行深度的挖掘和分析之后最终通过可视化中心呈现在用户面前。

该系统自下而上由数据采集层、数据传输层、数据分析层和数据表示层组成。数据采集层把各种基础信息采集完成后，通过数据传输层把数据传送至数据分析层，数据分析层利用各种数据数学模型对采集的数据进行处理和分析后，将各种加工后的信息发送给数据表示层，数据表示层可以根据不同的用户，以适当的方式展现相关的内容。

数据采集层主要负责采集各种机械、环境、人员因素信息，它在车厢、站台、站外等地方设置一些采集设备负责采集车厢的温度、湿度、颗粒物含量、二氧化碳含量、列车振动程度等信息，站台的温度、湿度、颗粒物含量、二氧化碳含量等信息，站外的风力、风向、雨量、雪深、气温等气候信息。同时，在车厢、站台和进出站口等地方设置采集设备（主要是摄像机、智能视频分析仪、编码器等设备），采集各区域的人员的拥挤度、人员的流量流向等信息。另外，在各系统重要设备室设置采集设备，采集各种机房的温度、湿度、烟雾、门禁等各种环境信息，实现对设备运行环境的监控。集中告警系统在各系统网管室设置采集服务器，从各系统中采集各种设备的运行状态、告警、性能等信息。

网络传输层主要负责为数据分析层传送数据采集层获取的各种信息，一般由车载传输网络、车地无线传输网络和轨道交通传输网络组成。对于非移动设备，一般通过传输系统和数据网进行数据传输，这些技术已非常成熟，并能完全满足系统需求。对于列车信息的采集，需要通过车地宽带无线系统将设置在列车上的采集器采集到的各种信息就近传送到地面相关网络单元后，通过传输系统或数据网传送到数据分析层。

数据分析层利用各种数学模型，对采集层采集的各种数据进行分析和挖掘，预测可能发生的情况，分析乘客乘车舒适度，分析车厢及站台的拥挤度，并把分析结果发送给数据表示层。数据表示层以合适的方式（包括图形、文字、语音等方式）把分析结果非常直观地展现给运营维护人员。比如，如果某些潜在因素会引起事故发生，则用声光告警提示用户注意防范，以便及时采取措施。

2结论

该系统通过视频前景和背景分离，精确地提取出运动目标，同时随着时间的变化不断更新和维护视频的背景，准确地反映场景的变化趋势。通过各类传感器收集到的大量告警信息，分析各系统和设备之间的关联和承载关系，识别各种告警和性能指标对系统和业务的影响，建立告警关联分析关系和预测异常情况。该系统通过实际应用，取得了很好的使用效果。