基于人工智能技术的城市轨道交通综合监控系统设计研究

段灵峰 胡小伟 韩超

摘 要：随着自动化技术的发展和城市轨道交通系统发展需求的刺激，综合监控系统应运而生。它有效集成了软硬件平台，可提供资源共享、设备集中管理、故障监测、应急响应等功能，集稳定、全面、高效的优势，本文以综合监控系统为基本对象，探索其智能化发展的重点，以期为类似项目提供参考。

关键词：城市轨道交通;综合监控系统;人工智能技术

中图分类号：U29-39 文献标识码：A

0 引言

在城市轨道交通系统建设中，综合监控系统是不可缺少的一部分。随着计算机和通信技术的快速发展，综合监控系统逐渐取代传统的管理模式，可以提高资源共享水平，对资源进行深度整合，优化资源配置，为城市轨道交通系统的运营提供支持。

1 综合监控系统面临的数据处理问题

近年来，由于监测点的成倍增加，场景联动更加频繁，对综合监测系统的实时和历史数据处理能力提出了要求。传统的综合监控系统受到实时数据库和历史数据库容量和处理性能的限制。它只能通过部分采样和滤波处理或存储部分数据，不能处理和存储系统的全景数据。事实上，这严重影响了数据的处理能力、对突发事件的响应速度和对历史数据的分析能力。城市轨道交通综合监控系统需要对大规模全景数据进行实时处理和存储，解决以下问题：城市轨道交通综合监控系统将机电设备、电力监控和信号分系统集成或连接起来。在全自动运行模式下，增加了列车设备数据的监控范围。预计总数据量将达到百万级，传统的内存实时存储容量模型已不能满足要求。在自动运行模式下，历史数据大大增加。传统的关系数据库（如Oracle和MySQL）在增加、删除、修改和查询的过程中存在明显的性能瓶颈。综合监控系统性能的瓶颈主要是全线设备状态更新导致的实时数据处理和存储。一般来说，一条城市轨道交通线路有10多个站点。在雪崩、阻塞的情况下，全线设备状态实时变化速度可达到每秒10万次以上。传统的综合监控系统已不能满足自动运行模式对数据实时处理和存储的要求。

2 城市轨道交通综合监控系统的优点

城市轨道交通综合监控系统具有基本的数据管理功能，通过查看各个子系统的具体信息，可以使管理更加全面有效，也可以实现对各个子系统的及时观察和控制，在一定程度上可以降低事故发生的概率，它可以对数据进行详细的分析，发现并解决一些问题。城市轨道交通综合监控系统具有决策功能，能够及时掌握分系统的信息，并通过一些历史数据对整个系统进行分析;遇有紧急情况，应按相应的计划进行处理和解决等;为了减少失控的风险，应该为一些可能的情况提前制定一些应急计划。

3 城市轨道交通综合监控系统的结构

（1）中央级综合监控系统。综合监控系统在实现部分子系统中心层功能集成的同时，还可以接收站内综合监控系统的数据进行二次处理操作，为用户提供更丰富的监控功能，包括但不限于统计报表。中央联动、程序控制。在数据资源共享需求日益迫切发展的背景下，中央级综合监控系统还可以提供高度稳定、便捷的数据共享传输通道，连接网络指挥中心、供电局地方调度中心等，提供数据支持。通过多方合作，可以有效地保证城市轨道交通具有较高的运营水平。

（2）站级综合监测系统。该系统可以从被控系统中读取数据，并进行处理和存储操作，以反映现场设备的实际运行状态。同时站级数据库可以不断完成数据记录和更新的操作，也可以根据要求发出控制指令。在某些情况下会采用其他架构，如中心集中式结构，依靠以太网的连接功能，与各个站级的自动化子系统相连，避免了综合监控投资成本高的问题。在车站控制中设置车站综合监控系统，实现对辖区内所有机电设施设备的运行监控，提高车站的安全性，为乘客创造舒适良好的空间。该站综合监控系统位于车辆维修基地信号楼内，类似于站场综合监控系统。由于该站无客运需求，无需考虑与客运相关设备的专业对接。

4 城市轨道交通综合监控系统智能化开发研究

（1）数据智能分析与辅助决策。综合监控系统的数据监控范围比以前更宽，提高了子系统的集成度。整个系统有相当多的监控。同时也对综合监控系统的应用水平提出了更高的要求。它需要高效地完成数据的存储和处理，没有数据的混乱，因此如何提高数据的服务水平是值得探讨的。从发展方向来看，综合监测系统已逐步形成三维监测网络，数据处理能力得到提高，处理范围可扩大，如多源异构数据可有效处理，论证了大数据技术的应用特点。大數据的应用程序已经深深改变了生产和生活的方式，涵盖许多领域如商业、科技、教育等，这使高便利性的特点在生产和生活中，和资源的利用水平也被升级到一个新的水平。积极推进大数据的研究和应用，具有重要的社会和经济价值。在城市轨道交通领域，面对综合监测系统数据量的不断扩大，有必要创建匹配的大数据分析模型，为综合监测系统的运行提供技术支持。在开发综合监控系统时，调度管理、维护管理和第三方数据支持成为一个重要的发展方向。

（2）站场运行场景与车站运营相关的安全防范。场景主要包括综合客流管控、乘客行为监控、自动扶梯乘客拥堵防范和下降等。系统显示主要区域（车站出入口、大门入口、安全探测器入口、对各通道的视频数据进行4小时实时分析监控，利用人脸识别和智能分析技术获取重要信息数据。与周界报警系统、进出控制系统、安检检测系统配合，发出报警并触发相关联合行动指令。综合客流控制站的客流一般集中在等候区、楼梯及自动扶梯入口、大门、自动售票机和车站出入口五个区域，不利于客流控制和分流，很容易产生安全隐患。智能安防系统通过图像捕获的人脸信息和车站入口的检票数据，获取各个时间段的客流状态。当客流拥堵达到设定的阈值时，系统自动制定逻辑控制措施，并提出了车站厅不同层级的楼梯和自动扶梯入口，当前大门进出口的限制和分流策略，对售票机、车站应当限制，必要时应当疏导周边交通。同时，公共广播、乘客信息、环境和设备监控系统要协调运行。

（3）乘客行为监督。智能安防系统将监控并自动识别区域内人员的身体、行为和行走轨迹的明显变化。通过视频定位和声光报警，提示车站工作人员对具体区域进行检查确认，并采取措施。系统可以根据一段时间内人员进入区域的频率、移动速度和客流趋势，自动判断人员行为是否异常。其行为包括：人员游荡、异常奔跑、逆向行走等。系统自动报警，计算人的动作轨迹，并呈现视频图像提示车站工作人员检查。

（4）定时数据结构。城市轨道交通综合监控系统中存储的数据具有时间特征。系统按时间顺序存储数据，需要满足全线所有设备历史状态信息的实时写入，这对数据写入性能要求非常高。传统的集成监控系统的关系数据库不能满足这一要求。利用时间戳作为时间数据结构的符号来存储和处理综合监控系统的历史数据是必要的。结束语综上所述，随着城市轨道交通系统的发展，相应的综合监控系统也应“同步前进”。通过大数据等先进技术的灵活应用，综合监控系统应向智能化方向发展。

（5）综合监控系统的发展前景。综合监控系统致力于提高各子系统的协调协作能力，提高整个地铁线路的整体自动化水平。其应用范围和深度也将在应用创新中得到提高。扩大应用范围的主要目的是扩大综合监控系统的数据监控范围，表现为集成化、互联化子系统的增加。以我国初期建设的北京地铁5号线为例，在原有的AFC、ACS、OA、TIMS、UPS、pqss等综合监控系统的基础上，在设计和应用上进行了创新和发展。设计了许多专业系统，如SPs，并与互联的综合监控系统集成。显然，作为用户统一、标准化的操作平台，越来越专业化的子系统访问是必然趋势。另外还可以拓展应用深度，拓展应用深度主要是综合监测系统监测内涵的延伸，主要表现为集大数据规模、多源异构数据类型、集约化数据分析为一体的大数据采集、处理和分析平台。大数据是信息时代快速发展的产物和必然结果。开展大数据技术及应用研究是时代发展的必然要求。面对“不断扩大”的数据量，综合监测系统建立大数据分析模型和方法，为调度管理、维护管理和第三方数据支持的应用提供数据分析和决策支持。

当前，节能减排已成为社会生产活动中的关键因素。城市轨道交通综合监控系统的设计也越来越注重节能环保的理念。pqss电能质量管理系统引入到电力系统中，环境与设备监控系统中根据不同季节、不同时段设计的模式控制不是能效管理应用的模式。随着技术的发展，综合监控系统在能效管理中的作用将越来越突出。在城市轨道交通综合监控系统的建设中，也应贯彻节能减排的理念。

5 城市轨道交通综合监控系统的应用

综合监控系统集稳定、综合、高效等优点于一体，是城市轨道交通发展中不可缺少的基础设施。在不使用综合监控系统的情况下，地铁机电系统通常采用独立支撑、独立管理的方式，这通常会导致资源的通信效率下降，共享难度加大，这使得机电设备集群优势难以发挥。它有效地整合了软件和硬件平台，提供资源共享、设备集中管理、故障监测、应急响应等功能，将地铁运营水平提升到一个新的水平。在城市化的背景下，城市交通压力增加，和轨道交通系统已经成为一个重要的方式在大多数大中城市缓解交通压力，可以充分发挥地下空间安全，环保这方面的优势。

6 结语

随着我国经济社会的发展，轨道交通已成为城市综合交通的重要组成部分。综合监控系统作为一个集成的互联系统，致力于资源共享和信息交换，优化资源配置，提高运营效率和运营自动化等，在轨道交通领域得到了广泛的应用。综合监控系统已成为国内外轨道交通领域自动化技术发展的重要趋势。随着我国通信网络技术的不断完善，数据库技术特别是实时分布式数据库得到了廣泛的应用，为综合监测技术的不断发展奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]管建华，王凯杰，秦小光，等.城市轨道交通主控系统研究报告[R].天津：铁道第三勘察设计院集团有限公司，2009.

[2]魏晓东.城市轨道交通自动化系统与技术[M].北京：电子工业出版社，2004.

[3]GB50636-2010，城市轨道交通综合监控系统工程设计规范[S].