关于城市轨道交通智慧安防系统建设的探索和研究.pdf

第2期2 0 2 4年3月N o.2M a r.2 0 2 4研究开发文章编号:2 0 9 7-0 3 6 6(2 0 2 4)0 2-0 0 2 3-0 6 关于城市轨道交通智慧安防系统建设的探索和研究王洪臣1,李亚南2(1.济南轨道交通集团有限公司,山东 济南 2 5 0 1 0 1;2.山东开放大学,山东 济南 2 5 0 0 1 4)摘 要:城市轨道交通车站作为公共安全重点防范的区域,由于空间封闭、人员密集、客流量大,基于实时位置的乘客服务需求非常显著。文章及时跟进信息化、数字化的发展趋势,详细梳理总体要求、功能改进和应用拓展,提出了智慧安防系统的建设方案和需要关注和改善的方向。研究基于城轨云的架构部署及多维一体化数据应用,构建多层次、立体化、全方位智慧安防系统,通过智能分析实现情景推演和应急决策,确保突发情况下的应急响应、联动处置,同时对未来发展进行展望,并给出具体的实施建议。关键词:城市轨道交通;智慧安防系统;城轨云;应急联动;协同处置中图分类号:U 2 9 8 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.2 0 9 7-0 3 6 6.2 0 2 4.0 2.0 0 5E x p l o r a t i o n a n d R e s e a r c h o n t h e C o n s t r u c t i o n o f I n t e l l i g e n t S e c u r i t y S y s t e m f o r U r b a n R a i l T r a n s i tWANG H o n g c h e n1,L I Y a n a n2(1.J i n a n R a i l T r a n s i t G r o u p C o.,L t d.,J i n a n 2 5 0 1 0 1,C h i n a;2.S h a n d o n g T V U n i v e r s i t y,J i n a n 2 5 0 0 1 4,C h i n a)A b s t r a c t:U r b a n r a i l t r a n s i t s t a t i o n s a r e t h e k e y a r e a s f o r p u b l i c s a f e t y p r e v e n t i o n.D u e t o t h e c l o s e d s p a c e,d e n s e p e r s o n n e l a n d l a r g e p a s s e n g e r f l o w,t h e d e m a n d f o r p a s s e n g e r s e r v i c e b a s e d o n t h e l o c a t i o n o f r e a l t i m e i s v e r y s i g n i f i c a n t.T h i s p a p e r f o l l o w s u p t h e d e v e l o p m e n t t r e n d o f i n f o r m a t i o n i z a t i o n a n d d i g i t a l i z a t i o n i n t i m e,c o m b s t h e o v e r a l l r e q u i r e m e n t s,f u n c t i o n i m p r o v e m e n t a n d a p p l i c a t i o n e x p a n s i o n i n d e t a i l,a n d p u t s f o r w a r d t h e c o n s t r u c t i o n s c h e m e o f i n t e l l i g e n t s e c u r i t y s y s t e m a n d t h e d i r e c t i o n t h a t n e e d s a t t e n t i o n a n d i m p r o v e m e n t.T h i s p a p e r s t u d i e s t h e a r c h i t e c t u r e d e p l o y m e n t a n d m u l t i-d i m e n s i o n a l i n t e g r a t e d d a t a a p p l i c a t i o n b a s e d o n u r b a n r a i l c l o u d,b u i l d s a m u l t i-l e v e l,t h r e e-d i m e n s i o n a l a n d a l l-r o u n d i n t e l l i g e n t s e c u r i t y s y s t e m,r e a l i z e s s c e n a r i o d e d u c t i o n a n d e m e r g e n c y d e c i s i o n-m a k i n g t h r o u g h i n t e l l i g e n t a n a l y s i s,e n s u r e s e m e r g e n c y r e s p o n s e a n d l i n k a g e d i s p o s a l i n e m e r g e n c i e s,l o o k s f o r w a r d t o t h e f u t u r e d e v e l o p m e n t,a n d g i v e s s p e c i f i c i m p l e m e n t a t i o n s u g g e s t i o n s.K e y w o r d s:u r b a n r a i l t r a n s i t;i n t e l l i g e n t s e c u r i t y s y s t e m;u r b a n r a i l c l o u d;e m e r g e n c y l i n k a g e;c o l l a b o r a t i v e d i s p o s a l收稿日期:2 0 2 3-0 5-0 6第一作者:王洪臣(1 9 8 8),男,高级工程师。1 概述城市轨道交通大部分位于地下,空间封闭、人员复杂、流动性大,易发生各种突发事件,易造成重大人员伤亡和经济损失,安全防范工作显得尤为重要。随着线网规模增大和客流量增加,安全压力不断增大,在此背景下 城市轨道交通公共安全防范系统工程技术规范(G B 5 1 1 5 12 0 1 6)1发布实施,从规范的角度对物防、技防、人防给出具体的技术要求。各地都在积极地摸索实施,目前已取得了一定的成果,但在实用性、智慧化、标准化、资源共享和乘客服务方面尚需进一步加强。为减少大流量高密度突发状况下的人员伤亡,防止紧急逃生踩踏等次生灾害发生,本文充分总结济南、上海、杭州实施经验,从技术防范的角度出发,利用B I M、A I、大数据、云计算等现代信息技术,通过视频监第6 1卷第2期2 0 2 4年3月控系统、入侵报警系统、出入口控制系统和安全检查及探测系统等综合集成,高效实现数据赋能辨风险、强管控,科学引导乘客有序疏散,提高运营服务水平,保障生命安全和财产安全。2 智慧安防功能定位智慧安防作为一个系统工程,集采集、存储、监视、控制、报警、联动、预案、决策支持等功能于一体,实时掌控安防态势,及时发现和防范安防事件,为轨道交通日常运营管理,为公安机关社会面控制和反恐处突提供信息支撑和安全保障。2.1 总体要求建设目标是运用公共安全资源,协调安全政策、防范程序、防范行为,构建立体安防系统,打造信息安全防护能力、安全风险监测能力、应急响应能力和灾难恢复能力;使威慑、阻止、探测、延迟和反应相协调,将轨道交通区域内安全威胁发生的可能性降至最低,同时提升犯罪成本;在安全威胁发生时,最大限度地减少人员和财产损失,实现防控能力的最大化。系统应具有前瞻性和鲁棒性,从防范对象、配置方案、技术要求做好顶层设计,解决公共安全防范系统资源共享与互联互通的问题,实现“场景化、视频化、精准化、移动化”,提高设备的互通性和兼容性。同时顺应城市轨道交通日常运营、安保和公安反恐需求,为未来新技术和新需求的实现预留空间,满足先进性、兼容性、可扩展性、经济性、适用性要求,以提升安防系统的效能,提高大客流下的自动化与智能化水平,不断增强乘客满意度,切实筑牢车站安保防线。2.2 功能改进结合运营需求和技术发展,在各子系统原有功能基础上,对公共安全防范系统进行了一定程度的改进和智慧化的新优化。2.2.1 新型快速安检模式按照“全覆盖、非接触、不停留”的安检要求,提高大客流下安检工作的自动化与智能化水平,引入人脸识别、实名票务等,加强安检信息化建设,积极探索“智能化检物+差异化检人+信息化管理”安检新模式,以提供更准确、高效、快捷的服务,逐步实现无感检人与智慧检物,实现从“经验”到“数据”的转变。(1)智能化辨识。降低人的主观因素,A I智能筛查精确细分危险品和违禁品类,辅助识别判断乘客随身携带物品,并给出准确预警;对安检员疲劳状态、安检现场视频进行监督,根据各安检点繁忙状态,合理分配判图资源,综合调度实现集中智能处置;不断总结实践经验,减少安检设备种类或多功能合一,基于深度学习和信息融合进行高危预警、隔栏递物等事件分析。(2)差异化安检。在安全与效率之间找到最佳平衡点,优化安检流程,实现人员分级分类导控,安检勤务等级化管理,因地制宜设定重点安检通道和常规安检通道,对失信行为加强社会联合惩戒,实现常规安检、超常临检、特殊安检等快速安检模式。(3)单双向互信。四网融合下安检互认的实施是大势所趋,虽然会遇到一些阻力,但正在努力推进此项工作。对于枢纽车站初期可考虑单向免安检,当安检标准趋于一致的情况下,未来可实现双向免安检,深化促成一站式安检、票检服务。(4)个性化升级。提供安检物品查询、出行答疑解难、在线信息发布的功能性服务,并拓宽各种使用场景,探索无人自助安检。从流程、技术、管理、服务等方面持续优化,不断开展技术创新和应用,打造智慧安检新模式,让安检安保更安全、更高效、更智能。为便于防疫流调、信用安检,各线路资源组网互联共享,行动轨迹跟踪和统一身份认证,基于社会属性、出行偏好、生活习惯和消费行为等信息抽象出用户画像模型,采用计算机视觉进行人包关联和行为分析,精准追溯乘客出行轨迹,实现人员定位跟踪、异常事件检测、危险行为预警、嫌疑人员提示、报警数据和安检信息实时传送。基于公安知识图谱2进行用户画像研究,可疑人员自动报警,人脸识别快速身份确认,并将人员不良记录和违法违规行为及时纳入信息共享平台。2.2.2 智能视频动态布控随着城市轨道交通站点数量越来越多,其视频监控系统可调看的图像内容也变得极为庞大,单靠人工方式已无法完成对海量图像信息监视和分析,人脸识别及智能视频分析技术的应用是必然趋势3-4。视频巡站实现多场景人脸抓拍连续跟踪,支持入侵检测、逗留(滞留)检测、可疑物品遗留检测、逆行检测、乘客追逐及剧烈运动监测、客流量突变告警、人流统计、图像异常告警识别、告警及显示场景重组、人脸识别、摄像头抓取人脸图像(包含半结构化)并实时上传等应用。自动抽取人员轨迹流线,通过结构化人群分布图,进行换乘流线和进出站流线冲突研究,分析设备布局与客流流线关系以及存在的问题。按照事件类别和发生频率,对异常走行状态进行控制,以减少偶发性乘客、突发性客流及意外事件影响。高清视频监控对站厅、站台、出入口、区间、列车车厢、自动扶梯等区域全覆盖、无死角,确保现场画面灵活切换、对云台镜头动态控制,采用热密度、人数统计、安检数据关联、入侵检测等视频智能分析功能,实现轨42关于城市轨道交通智慧安防系统建设的探索和研究 王洪臣,李亚南道交通的客流疏导控制、乘客异常行为自主识别,事件主动可视化感知。2.3 应用扩展随着城市轨道交通网络化运营,乘客移动效率和安全疏散问题越来越受到广泛关注。车站作为人员密集的公共场所,空间相对封闭、设备设施繁多,大规模客流组织具有高度复杂性,一旦发生突发状况,往往会造成严重后果,因而智能集散研究显得尤为重要,亟需得到高效解决。为了减少突发状况下的人员伤亡,防止紧急逃生踩踏等次生灾害发生,加大设施设备、环境状态及客流情况的监测力度,建立预判预警机制;结合运营突发事件的特点和规律,对可能出现的公共卫生和安全隐患问题做出精准识别,对可疑物迅速做出判断,有效拦截黑名单或失信人员,实现探测感知、态势研判、预警定位、实时反馈、自动决策、快速通行,不断改进优化满足多样化需求和规模化应用,打造智慧安防新模式。3 多维一体化系统构建采用多信息融合的研究方法,信息化精细管控的实施方案,对轨道交通场景进行隐患识别和态势研判,保证及时、高效、有序、妥善地处置突发公共情况,防止事件蔓延扩大,最大限度地减少人员伤亡和财产损失,维护正常的地铁运营秩序和社会稳定。3.1 基于城轨云的架构部署随着技术的发展,云架构模式5-6逐渐普及,软件、数据、服务向云平台迁移,计算资源、存储资源、网络资源由云平台提供已成为趋势。(1)上云方案和原则结合云平台的设计,完善安防集成平台系统构成方案和设备配置,明确安防集成系统的信息网络安全等级保护要求。线路中央级安防集成平台的服务器、磁盘阵列、接口服务器、网管服务器、云桌面工作站、平台侧安全设备等均由云平台统一承载,车站级安防集成平台的服务器也由云平台统一承载,其他设备(工作站、打印机、接入交换机等)由安防平台自行设置;门禁、C C T V按照同样的原则进行设置。总之,通过提供的虚拟化云平台服务器,如图1所示,实现云平台内部子系统的资源共享,提高服务器计算、存储资源利用率。图1 线路中央级系统上云部署方案 (2)智慧安防集成平台公共安全技术防范系统监控设备数量多、接口界面繁杂、涉及专业范围广,出入口控制系统用于对轨道交通内外的出入口通道进行智能化管控,采用分布式控制、集中监管的运行方式;入侵报警系统分为室外周界报警系统和室内入侵报警系统,利用传感器技术和电子信息技术探测并指示非法进入或试图非法进入设防区域的行为、处理报警信息、发出报警信息;电子巡查系统按预先编制的保安人员巡查程序,对保安人员的巡更路线、到达地点、时间等信息进行管理与分配,对地铁车站、车辆段/停车场的安全巡逻和巡检工作进行监督、记录,并能对意外情况及时报警;视频监控系统采用高清网络摄像机,实现视频调看、电子地图、实时录像,多画面图像同时回放,对各个摄像机输入通道52第6 1卷第2期2 0 2 4年3月进行单独的设置,提供实时监视、分组、权限分级管理监控界面,可提供声光告警显示功能提示,按录像的时间、日期范围、站名等进行分类检索图像等,同时支持多用户同时浏览,各用户间互不影响等;安全检查及探测系统对进入地铁车站内部的人和物进行安全检查,按照“逢包必检,逢液必检,逢疑必问,人机结合”的思路,实现“机检”、“人检”一体化安检模式。除了视频监控系统、安全检查及探测系统、出入口控制系统、入侵报警系统及电子巡查系统,智慧安防集成平台还整合了各种资源,如图2所示,在集中、管理、控制之外,更强化智能分析和研判,通过与A F C、综合监控、F A S及气灭等外部系统有效连接,实现数据互通和信息互联。建立统一指挥、资源共享、准确预测、科学决策、快速反应、联合行动的应急管理和应急处置平台,提高应对突发公共事件的快速反应能力和科学决策水平。图2 面向资源的安防集成平台3.2 多维一体化数据应用将乘客、设备、环境等大量的碎片化信息汇聚,并对报警消息和各类事件进行特征提取及矢量化,通过信息处理整合提高数据可用性,为分析挖掘提供基础支撑,以应对安全防范的需求挑战。3.2.1 数据挖掘海量数据实时高频采集调取,多源数据融合打破数据孤岛,结合业务场景进行价值应用,基于深度学习做好资源共享、互联互通。(1)精准客流预测。根据车站乘客分布状态,分析短时客流变化,实时预测客流趋势,多视角判断客流强度,为稳定性分析提供依据。(2)事件预警预判。对于一些随机触发的事件,存在复杂的动态变化,需考虑行人流线的设施优化配置,进行异常场景下行人轨迹预测,叠加恐慌因子等多要素、多信息,真实仿真再现路径选择行为,探索评估饱和状态,有效疏散路径,全面衡量热点区域的通行能力和服务水平。(3)安全态势预见。基于多维感知的数据支撑和融合分析,实现客流强度、轨迹预测、变化趋势和异常指标追踪,实时推演薄弱环节、安全边界,并通过设定不同的参考值,实时校正捕捉先兆分级预警。(4)智能运维。根据历史故障数据、设备检测数据和运行状态变化趋势,实现自动故障告警,并利用远程调试管理,优化工作流程和检修模式,减少故障发生,提高设备可靠性,确保健康高效运行。(5)对多源信息融合分析和可视化展示,采集、存储和识别,形成智慧安防画像知识库,用于出行信息管理,精准服务为决策提供重要参考。3.2.2 风险管控由于乘客活动具有随机不确定性,为专业化、规范化、标准化应对运营突发事件,对各环节进行参数化实时动态研究,如图3所示,在准确辨识的基础上设置阈值,形成基于位置信息的仿真模拟知识库,通过搭建应急疏散专家系统辅助决策,事前精准引导、事中联防联控,从而做到可视、可管、可控。图3 业务处理流程图(1)风险等级判定。由于空间封闭、人员密集、客流量大,车站作为公共安全重点防范的区域,突发事件主要包括公共卫生类、社会安全类、自然灾害类、事故灾难类7,根据严重程度和影响范围可分为特别重大、重大、较大和一般四级,其中火灾、事故、袭击是高发。考虑报警声、光照条件、指示标志、心理压力对疏散人员行为的影响,建立动态拥挤指数,将风险等级分为非常安全(I级)、安全(I I级)、一般(I I I级)、危险(I V62关于城市轨道交通智慧安防系统建设的探索和研究 王洪臣,李亚南级)、非常危险(V级)。(2)风险评估预判。对人员、设备、环境和管理进行全面危险源识别,基于情景信息构建车站风险预警模型,结合警情事件、客流状态确定风险系数,实现态势感知、动态预警。以火灾为例8,人体耐受温度、C O浓度和烟气能见度作为安全指标,研究各通行设施失效临界值,通过通行能力法、延误法、密度法进行阻塞分析和瓶颈识别,智能辨识危险区域,及时排查风险隐患,进而划分风险等级,赋予指标权重,逐个分析形成风险矩阵,建立风险数据库,便于潜在风险探究。(3)查隐患、排风险。结合冲突评估和敏感性分析情况触发指标,实现安全态势实时感知和不安全行为告警。利用A R技术进行智能巡检,定时开展安全隐患排查、大客流监测及预警、行人运动轨迹曲线分析和冲突分析,对各类风险信息科学评估和分析研判,实现分类分级动态监管。安检环节支持物品自动识别预警,实现可疑物品目标检测。通过实时视频数据分析、提取和预警,实现异常行为检测、不安全行为分析。根据风险描述、风险分级、突发事件位置,监测站厅与换乘通道实时状态,进行客流方向与速度分析,研究特定条件下的客流疏散,分析可能存在的潜在问题。(4)主动防范。将疏散过程进行分解,总结变化规律,分析薄弱环节和冲突点,根据事件类型、风险级别、波动影响范围,进行不确定性分析和科学评估。当客流达到预定值,系统触发主动式防御,并结合车站周边环境,制定动态管控策略,提供标准化、个性化的疏散方案,事前事中分级响应,可视化客流疏导,缓解事态发展,避免失控。3.2.3 应急处置网络化运营流线交织、换乘复杂,客流量不断增大,除了自由流状态,早晚高峰和紧急事件影响容易形成紊流,造成混乱且波及面广。安全隐患及时处置,异常事件全面掌控,完善突发场景应急预案体系,遇可疑、紧急、突发情况时,强化现场处置应对,保证紧急事件发生时的响应速度和处置效率,提升资源利用率。(1)空间布局优化。为减少乘客流线交织,制定限流、封站等客流控制策略,优化车站铁马、导流栏杆布设,调整设备设施平面布局,消除隐患化解风险。(2)实时信息引导。根据线网实时拥挤度,及时发布换乘导乘信息和应急信息,进行及时劝导及指引;在各车站的站厅、站台等醒目位置张贴紧急疏散示意图,设置地面发光警示和导向标识,迅速引导现场人员撤离至安全区域。(3)智能路径推荐。建立健全高效工作机制,从不同视角对乘客疏散路线进行智能规划,迅速、有效地制定突发事件处理措施,提高应急处突风险承受能力,保障城市轨道交通运行的可靠性和安全性。制定科学、全面的车站客流组织方案,实时导航推荐最安全、最近出口路径,在关键位置规范、限制客流方向,有组织、有秩序地进行大规模人群疏导。尤其是换乘车站,提高疏散效率、缓解拥堵状态、降低安全风险,保障突发应急情况下乘客安全、有效、快速撤离。(4)客流分级处置。集视频监控、应急广播、警报、智能声光疏散指示于一体,制定不确定条件下的客流控制策略9,基于短时客流分析开展桌面推演、综合演练、专项模拟演练,采取行之有效的措施,一站一预案保证良好的客流秩序。一级大客流的措施为当站台出现乘客拥挤时,须在站厅的楼、扶梯口引导乘客到站台,将扶梯全部设置为向站厅方向,缓解站台乘客候车压力时的客流;二级大客流的措施为当站台和站厅付费区乘客比较多时,须关闭部分自动售票机、进站闸机,同时在进闸机处控制进入付费区客流;三级大客流的措施为当站台、站厅付费区和非付费区的乘客较多时,须在出入口采取分批进站、只出不进或关闭出入口等措施控制客流。为做到及时高效处置,需不断完善风险防控措施,整合现场应急资源,提高突发事件的应对能力,缩短突发事件响应时间。报警联动电子地图,第一时间给事件处置人员提供直观、全面的信息,方便快速定位报警点;报警联动视频,便于视频辅助判断事件当前情况;报警联动预案,便于快速给处置人员提供处置依据。一旦遇到火灾之类的应急情况,车站的通风、广播、闸机等一系列设备都能产生联动,实时推荐疏散路线和疏散方案,分级响应差异化处置,以最快速度疏散乘客,防止人群踩踏事故和出现群体性事件。4 实施建议及未来展望随着时间的推移和安防不断演变,需不断提高公共安全防范意识,从线网层面做好顶层设计,构建技术先进、可靠性强的安防体系。在综合各方面因素的前提下,充分考虑给出适用于城市轨道交通的行之有效的措施。(1)建设路径。与公安相关部门做好沟通,从规划设计、工程施工、系统调试、工程检验与验收直至工程移交,理顺各个环节,统一建设标准,便于分步分期实施。(2)技术体系。根据现行规范和实际需求,健全各要素做到协议兼容、接口统一,通过S D K开发包、标准接口或国标协议进行对接开发。在平台搭建、项目执行过程中,整合各类资源,完善数据建模、数据管理和72第6 1卷第2期2 0 2 4年3月数据使用,形成符合当地特点的智慧安防标准。(3)创新模式。紧跟未来技术发展,做好选型对比分析,广泛借助科技手段,减少对人的依赖性,以应用思维推动数据价值化,构建全方位立体化公共安全防控体系,多项举措实现跨越式发展。(4)信息安全。加强网络安全和数据安全保护,按照等级保护的相关要求1 0,实施安全保护措施,使数据信息免遭非授权的泄露和破坏,保证安全可靠的系统服务。(5)应用评价。采用基于模糊数学的多层次综合评价法1 1,对安防系统工程实际运营效果进行后评价分析,不断总结提升为新线建设和升级改造指明方向。5 结语本文在总结经验、优化设计的基础上,深入开展了多源信息感知融合、多场景态势研判、自适应应急管理等相关研究,为科学集散提供方法支撑,构建立体化公共安全防范系统,建立多方协调联动、快速反应、科学处置的工作机制,强化现场处置应对和安全保障。同时,顺应信息化技术发展,加强智慧城轨示范应用,进一步研究和完善标准体系,推动技术创新和成果转化,对智慧车站的建设具有一定指导意义。参考文献:1 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市轨道交通公共安全防范系统工程技术规范:G B 5 1 1 5 12 0 1 6S.2 0 1 6.2 王杰.基于公安知识图谱的用户画像研究D.武汉:武汉理工大学,2 0 1 9.3 王鹏.地铁视频监控系统云平台承载方案浅析J.城市轨道交通研究,2 0 2 2,2 5(6):2 2 5-2 2 9.WAN G P e n g.A n a l y s i s o n c l o u d p l a t f o r m c a r r y i n g s c h e m e o f m 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