段靈峰 胡小偉 韓超

摘 要：隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展需求的刺激，綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。它有效集成了軟硬件平臺(tái)，可提供資源共享、設(shè)備集中管理、故障監(jiān)測、應(yīng)急響應(yīng)等功能，集穩(wěn)定、全面、高效的優(yōu)勢，本文以綜合監(jiān)控系統(tǒng)為基本對象，探索其智能化發(fā)展的重點(diǎn)，以期為類似項(xiàng)目提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;綜合監(jiān)控系統(tǒng);人工智能技術(shù)

中圖分類號：U29-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

在城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)中，綜合監(jiān)控系統(tǒng)是不可缺少的一部分。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，綜合監(jiān)控系統(tǒng)逐漸取代傳統(tǒng)的管理模式，可以提高資源共享水平，對資源進(jìn)行深度整合，優(yōu)化資源配置，為城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營提供支持。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)面臨的數(shù)據(jù)處理問題

近年來，由于監(jiān)測點(diǎn)的成倍增加，場景聯(lián)動(dòng)更加頻繁，對綜合監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理能力提出了要求。傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)受到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)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(chǔ)部分?jǐn)?shù)據(jù)，不能處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)的全景數(shù)據(jù)。事實(shí)上，這嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)的處理能力、對突發(fā)事件的響應(yīng)速度和對歷史數(shù)據(jù)的分析能力。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)需要對大規(guī)模全景數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)，解決以下問題：城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)將機(jī)電設(shè)備、電力監(jiān)控和信號分系統(tǒng)集成或連接起來。在全自動(dòng)運(yùn)行模式下，增加了列車設(shè)備數(shù)據(jù)的監(jiān)控范圍。預(yù)計(jì)總數(shù)據(jù)量將達(dá)到百萬級，傳統(tǒng)的內(nèi)存實(shí)時(shí)存儲(chǔ)容量模型已不能滿足要求。在自動(dòng)運(yùn)行模式下，歷史數(shù)據(jù)大大增加。傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)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(jiān)控系統(tǒng)性能的瓶頸主要是全線設(shè)備狀態(tài)更新導(dǎo)致的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。一般來說，一條城市軌道交通線路有10多個(gè)站點(diǎn)。在雪崩、阻塞的情況下，全線設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)變化速度可達(dá)到每秒10萬次以上。傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足自動(dòng)運(yùn)行模式對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和存儲(chǔ)的要求。

2 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有基本的數(shù)據(jù)管理功能，通過查看各個(gè)子系統(tǒng)的具體信息，可以使管理更加全面有效，也可以實(shí)現(xiàn)對各個(gè)子系統(tǒng)的及時(shí)觀察和控制，在一定程度上可以降低事故發(fā)生的概率，它可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)并解決一些問題。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有決策功能，能夠及時(shí)掌握分系統(tǒng)的信息，并通過一些歷史數(shù)據(jù)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析;遇有緊急情況，應(yīng)按相應(yīng)的計(jì)劃進(jìn)行處理和解決等;為了減少失控的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)該為一些可能的情況提前制定一些應(yīng)急計(jì)劃。

3 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（1）中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)部分子系統(tǒng)中心層功能集成的同時(shí)，還可以接收站內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理操作，為用戶提供更豐富的監(jiān)控功能，包括但不限于統(tǒng)計(jì)報(bào)表。中央聯(lián)動(dòng)、程序控制。在數(shù)據(jù)資源共享需求日益迫切發(fā)展的背景下，中央級綜合監(jiān)控系統(tǒng)還可以提供高度穩(wěn)定、便捷的數(shù)據(jù)共享傳輸通道，連接網(wǎng)絡(luò)指揮中心、供電局地方調(diào)度中心等，提供數(shù)據(jù)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(yùn)營水平。

（2）站級綜合監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以從被控系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和存儲(chǔ)操作，以反映現(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)站級數(shù)據(jù)庫可以不斷完成數(shù)據(jù)記錄和更新的操作，也可以根據(jù)要求發(fā)出控制指令。在某些情況下會(huì)采用其他架構(gòu)，如中心集中式結(jié)構(gòu)，依靠以太網(wǎng)的連接功能，與各個(gè)站級的自動(dòng)化子系統(tǒng)相連，避免了綜合監(jiān)控投資成本高的問題。在車站控制中設(shè)置車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對轄區(qū)內(nèi)所有機(jī)電設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控，提高車站的安全性，為乘客創(chuàng)造舒適良好的空間。該站綜合監(jiān)控系統(tǒng)位于車輛維修基地信號樓內(nèi)，類似于站場綜合監(jiān)控系統(tǒng)。由于該站無客運(yùn)需求，無需考慮與客運(yùn)相關(guān)設(shè)備的專業(yè)對接。

4 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)智能化開發(fā)研究

（1）數(shù)據(jù)智能分析與輔助決策。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控范圍比以前更寬，提高了子系統(tǒng)的集成度。整個(gè)系統(tǒng)有相當(dāng)多的監(jiān)控。同時(shí)也對綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用水平提出了更高的要求。它需要高效地完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，沒有數(shù)據(jù)的混亂，因此如何提高數(shù)據(jù)的服務(wù)水平是值得探討的。從發(fā)展方向來看，綜合監(jiān)測系統(tǒng)已逐步形成三維監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)處理能力得到提高，處理范圍可擴(kuò)大，如多源異構(gòu)數(shù)據(jù)可有效處理，論證了大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序已經(jīng)深深改變了生產(chǎn)和生活的方式，涵蓋許多領(lǐng)域如商業(yè)、科技、教育等，這使高便利性的特點(diǎn)在生產(chǎn)和生活中，和資源的利用水平也被升級到一個(gè)新的水平。積極推進(jìn)大數(shù)據(jù)的研究和應(yīng)用，具有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在城市軌道交通領(lǐng)域，面對綜合監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的不斷擴(kuò)大，有必要?jiǎng)?chuàng)建匹配的大數(shù)據(jù)分析模型，為綜合監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行提供技術(shù)支持。在開發(fā)綜合監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，調(diào)度管理、維護(hù)管理和第三方數(shù)據(jù)支持成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。

（2）站場運(yùn)行場景與車站運(yùn)營相關(guān)的安全防范。場景主要包括綜合客流管控、乘客行為監(jiān)控、自動(dòng)扶梯乘客擁堵防范和下降等。系統(tǒng)顯示主要區(qū)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(shù)據(jù)進(jìn)行4小時(shí)實(shí)時(shí)分析監(jiān)控，利用人臉識別和智能分析技術(shù)獲取重要信息數(shù)據(jù)。與周界報(bào)警系統(tǒng)、進(jìn)出控制系統(tǒng)、安檢檢測系統(tǒng)配合，發(fā)出報(bào)警并觸發(fā)相關(guān)聯(lián)合行動(dòng)指令。綜合客流控制站的客流一般集中在等候區(qū)、樓梯及自動(dòng)扶梯入口、大門、自動(dòng)售票機(jī)和車站出入口五個(gè)區(qū)域，不利于客流控制和分流，很容易產(chǎn)生安全隱患。智能安防系統(tǒng)通過圖像捕獲的人臉信息和車站入口的檢票數(shù)據(jù)，獲取各個(gè)時(shí)間段的客流狀態(tài)。當(dāng)客流擁堵達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)扶梯入口，當(dāng)前大門進(jìn)出口的限制和分流策略，對售票機(jī)、車站應(yīng)當(dāng)限制，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)疏導(dǎo)周邊交通。同時(shí)，公共廣播、乘客信息、環(huán)境和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)要協(xié)調(diào)運(yùn)行。

（3）乘客行為監(jiān)督。智能安防系統(tǒng)將監(jiān)控并自動(dòng)識別區(qū)域內(nèi)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(bào)警，提示車站工作人員對具體區(qū)域進(jìn)行檢查確認(rèn)，并采取措施。系統(tǒng)可以根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)人員進(jìn)入?yún)^(qū)域的頻率、移動(dòng)速度和客流趨勢，自動(dòng)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(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，計(jì)算人的動(dòng)作軌跡，并呈現(xiàn)視頻圖像提示車站工作人員檢查。

（4）定時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)具有時(shí)間特征。系統(tǒng)按時(shí)間順序存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，需要滿足全線所有設(shè)備歷史狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)寫入，這對數(shù)據(jù)寫入性能要求非常高。傳統(tǒng)的集成監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫不能滿足這一要求。利用時(shí)間戳作為時(shí)間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的符號來存儲(chǔ)和處理綜合監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)是必要的。結(jié)束語綜上所述，隨著城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展，相應(yīng)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)“同步前進(jìn)”。通過大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的靈活應(yīng)用，綜合監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)向智能化方向發(fā)展。

（5）綜合監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展前景。綜合監(jiān)控系統(tǒng)致力于提高各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)協(xié)作能力，提高整個(gè)地鐵線路的整體自動(dòng)化水平。其應(yīng)用范圍和深度也將在應(yīng)用創(chuàng)新中得到提高。擴(kuò)大應(yīng)用范圍的主要目的是擴(kuò)大綜合監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控范圍，表現(xiàn)為集成化、互聯(lián)化子系統(tǒng)的增加。以我國初期建設(shè)的北京地鐵5號線為例，在原有的AFC、ACS、OA、TIMS、UPS、pqss等綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上進(jìn)行了創(chuàng)新和發(fā)展。設(shè)計(jì)了許多專業(yè)系統(tǒng)，如SPs，并與互聯(lián)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成。顯然，作為用戶統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的操作平臺(tái)，越來越專業(yè)化的子系統(tǒng)訪問是必然趨勢。另外還可以拓展應(yīng)用深度，拓展應(yīng)用深度主要是綜合監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)涵的延伸，主要表現(xiàn)為集大數(shù)據(jù)規(guī)模、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)類型、集約化數(shù)據(jù)分析為一體的大數(shù)據(jù)采集、處理和分析平臺(tái)。大數(shù)據(jù)是信息時(shí)代快速發(fā)展的產(chǎn)物和必然結(jié)果。開展大數(shù)據(jù)技術(shù)及應(yīng)用研究是時(shí)代發(fā)展的必然要求。面對“不斷擴(kuò)大”的數(shù)據(jù)量，綜合監(jiān)測系統(tǒng)建立大數(shù)據(jù)分析模型和方法，為調(diào)度管理、維護(hù)管理和第三方數(shù)據(jù)支持的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)分析和決策支持。

當(dāng)前，節(jié)能減排已成為社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中的關(guān)鍵因素。城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也越來越注重節(jié)能環(huán)保的理念。pqss電能質(zhì)量管理系統(tǒng)引入到電力系統(tǒng)中，環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中根據(jù)不同季節(jié)、不同時(shí)段設(shè)計(jì)的模式控制不是能效管理應(yīng)用的模式。隨著技術(shù)的發(fā)展，綜合監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)中，也應(yīng)貫徹節(jié)能減排的理念。

5 城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

綜合監(jiān)控系統(tǒng)集穩(wěn)定、綜合、高效等優(yōu)點(diǎn)于一體，是城市軌道交通發(fā)展中不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施。在不使用綜合監(jiān)控系統(tǒng)的情況下，地鐵機(jī)電系統(tǒng)通常采用獨(dú)立支撐、獨(dú)立管理的方式，這通常會(huì)導(dǎo)致資源的通信效率下降，共享難度加大，這使得機(jī)電設(shè)備集群優(yōu)勢難以發(fā)揮。它有效地整合了軟件和硬件平臺(tái)，提供資源共享、設(shè)備集中管理、故障監(jiān)測、應(yīng)急響應(yīng)等功能，將地鐵運(yùn)營水平提升到一個(gè)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(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)重要的方式在大多數(shù)大中城市緩解交通壓力，可以充分發(fā)揮地下空間安全，環(huán)保這方面的優(yōu)勢。

6 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，軌道交通已成為城市綜合交通的重要組成部分。綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)集成的互聯(lián)系統(tǒng)，致力于資源共享和信息交換，優(yōu)化資源配置，提高運(yùn)營效率和運(yùn)營自動(dòng)化等，在軌道交通領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。綜合監(jiān)控系統(tǒng)已成為國內(nèi)外軌道交通領(lǐng)域自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的重要趨勢。隨著我國通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷完善，數(shù)據(jù)庫技術(shù)特別是實(shí)時(shí)分布式數(shù)據(jù)庫得到了廣泛的應(yīng)用，為綜合監(jiān)測技術(shù)的不斷發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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