城市軌道交通安全出行保障技術(shù)研究

城市軌道交通安全出行保障技術(shù)研究

Summary城市軌道交通具有快捷、準(zhǔn)時(shí)、大運(yùn)能、綠色環(huán)保等突出特點(diǎn)，我國(guó)已發(fā)展成為軌道交通大國(guó)，軌道交通的安全保障工作愈發(fā)重要。本文分析和研究了目前軌道交通運(yùn)營(yíng)面臨的安全管理的難點(diǎn)，從乘客行為安全、客運(yùn)設(shè)備安全、行車安全和應(yīng)急指揮調(diào)度四個(gè)方面，提出了通過前端感知、人工智能分析、列車智能控制和調(diào)度管控平臺(tái)等技術(shù)手段，提高軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全性和調(diào)度指揮效率，支撐了軌道交通“安全第一，預(yù)防為主”的安全管理方針，保障軌道交通的安全出行。Keys城市軌道交通；智慧城軌；安全出行；乘客行為安全；設(shè)備安全；行車安全ResearchontheSafetyTravelGuaranteeTechnologyofUrbanRailTransitCHENZhou，QIAOYu，YAOBin，WANSijunAbstractUrbanrailtransithassuchoutstandingcharacteristicsasfast,punctual,largecapacity,greenandenvironmentalprotection.Chinahasdevelopedintoalargecountryofrailtransit,andthesafetyassuranceofrailtransithasbecomeincreasinglyimportant.Thispaperanalyzesandstudiesthedifficultiesofsafetymanagementfacedbyrailtransitoperationatpresent.Fromfouraspectsofpassengerbehaviorsafety,passengertransportequipmentsafety,trafficsafetyandemergencycommandanddispatching,itproposestoimprovethesafetyofrailtransitoperationanddispatchingefficiencythroughfront-endperception,artificialintelligenceanalysis,trainintelligentcontrolanddispatchingmanagementplatformandothertechnicalmeans,Itsupportsthesafetymanagementpolicyof"safetyfirst,preventionfirst"ofrailtransitandensuresthesafetravelofrailtransit.Keywordsurbanrailtransit;smartrailtransit;Safetravel;Passengerbehaviorsafety;Equipmentsafety;DrivingsafetyAuthor’saddressorfirstauthor’saddressQINGDAOHISENSETRANS-TECHCO.,LTD,266071,Qingdao,China城市軌道交通具有快捷、準(zhǔn)時(shí)、大運(yùn)能、綠色環(huán)保等突出特點(diǎn)，歷經(jīng)幾十年的快速發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為當(dāng)之無愧的城市軌道交通大國(guó)。由于運(yùn)量大，軌道交通的安全保障工作愈發(fā)重要。國(guó)務(wù)院發(fā)布《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，提出構(gòu)建安全、便捷、高效、綠色的現(xiàn)代化綜合交通體系，建立健全綜合交通應(yīng)急管理體制機(jī)制。中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布的《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，提出將新興信息技術(shù)與城軌交通深度融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能，建設(shè)智慧城軌。1軌道交通運(yùn)營(yíng)安全面臨的挑戰(zhàn)軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1、乘客行為安全方面。軌道交通通常環(huán)境封閉，中心城區(qū)地鐵基本為地下車站，并且客流量大，人員密集，救援和逃生困難。為了保障運(yùn)營(yíng)秩序和車站安全，站務(wù)人員通常采用周期和斷面式的人工安全巡視，但在時(shí)間和空間上存在漏洞，同時(shí)客流密度高、空間封閉，客流管控難度大。2、客運(yùn)設(shè)備安全方面。設(shè)施設(shè)備量大且技術(shù)復(fù)雜，一個(gè)車站有130多種設(shè)備來保障正常運(yùn)營(yíng)，關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的故障或引發(fā)安全事件，并且停運(yùn)期間短，在此期間進(jìn)行各類設(shè)備維保的有效時(shí)間短，保障設(shè)備無故障運(yùn)行難度大。3、行車安全方面。行車間隔短、速度快，客流量大的城市最小行車間隔甚至達(dá)到1分45秒，由此導(dǎo)致列車控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難度大、要求高，并且過程中人參與多，安全管理存在風(fēng)險(xiǎn)。4、調(diào)度指揮與協(xié)同方面。大規(guī)模線網(wǎng)化運(yùn)營(yíng)下，換乘站的客流蔓延或?qū)⒁l(fā)全線網(wǎng)的擾動(dòng)，另外協(xié)同管控對(duì)策依賴人工經(jīng)驗(yàn)，缺少工具支撐。由于地鐵運(yùn)營(yíng)的這些特殊性，給城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全管理帶來多重挑戰(zhàn)。2數(shù)智賦能軌道交通安全出行針對(duì)這幾方面挑戰(zhàn)，將新興技術(shù)與軌道交通深度融合，借助云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，從“乘客行為安全”、“客運(yùn)設(shè)備安全”、“行車安全”和“突發(fā)事件下快速調(diào)度指揮與聯(lián)動(dòng)處置”四方面，實(shí)現(xiàn)數(shù)智賦能，為城市軌道交通出行提供更全面、更高效的安全保障。圖1軌道交通安全出行的技術(shù)保障體系3以視頻AI和客流預(yù)測(cè)為核心的乘客行為安全對(duì)個(gè)體行為而言，乘客扶梯摔倒、隔欄遞物等危險(xiǎn)行為時(shí)有發(fā)生，依靠傳統(tǒng)的人工巡站很難及時(shí)感知危險(xiǎn)并進(jìn)行快速處置。通過對(duì)視頻監(jiān)控畫面進(jìn)行AI分析，將周期式的人工巡視轉(zhuǎn)變?yōu)槿旌蛑悄芑难惨?，能夠?qū)崿F(xiàn)快速識(shí)別危險(xiǎn)異常并發(fā)出報(bào)警，同時(shí)利用無線單兵打通前后端，就近調(diào)人主動(dòng)服務(wù)，對(duì)異常行為高效處置。對(duì)群體行為而言，大客流是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的重大風(fēng)險(xiǎn)之一，如果引發(fā)踩踏將嚴(yán)重威脅到乘客的人身和財(cái)產(chǎn)安全。根據(jù)進(jìn)站刷卡數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等多源時(shí)空歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行客流預(yù)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)大客流并發(fā)出預(yù)警，同時(shí)提供線路或線網(wǎng)層面的客流協(xié)同管控策略，有效避免站內(nèi)擁擠。乘客危險(xiǎn)行為感知和大客流預(yù)測(cè)是關(guān)鍵的兩項(xiàng)核心技術(shù)。3.1乘客危險(xiǎn)行為感知技術(shù)按乘客走行路線，將車站分為出入口、電扶梯、直梯、站廳、站臺(tái)5大關(guān)鍵區(qū)域，針對(duì)各區(qū)域常見的、以及發(fā)生概率低但危害性較大的23種安防場(chǎng)景進(jìn)行了視頻AI全覆蓋，并能夠進(jìn)行報(bào)警和處置，保障乘客安全。以扶梯摔倒場(chǎng)景為例，視頻AI實(shí)現(xiàn)乘客摔倒場(chǎng)景秒級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，智慧車站運(yùn)管平臺(tái)遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)廣播喊話并緩?fù)ｋ娞荩瑹o線單兵自動(dòng)調(diào)度最近站務(wù)人員現(xiàn)場(chǎng)處置。發(fā)現(xiàn)及處置時(shí)間從分鐘級(jí)降低至秒級(jí)。3.2大客流預(yù)警與管控技術(shù)通過客流預(yù)測(cè)算法，對(duì)潛在的大客流進(jìn)行預(yù)警，提前采取措施進(jìn)行預(yù)防。以演唱會(huì)為例，建立并應(yīng)用基于特殊日客流預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)客流精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)調(diào)整運(yùn)輸計(jì)劃；在演唱會(huì)當(dāng)天，自動(dòng)識(shí)別區(qū)間列車滿載率，實(shí)現(xiàn)運(yùn)力與客流的精準(zhǔn)匹配，減少大客流引發(fā)安全事件的風(fēng)險(xiǎn)。4以狀態(tài)感知與故障預(yù)測(cè)為核心的客運(yùn)設(shè)備安全城市軌道交通行業(yè)都是利用夜間窗口時(shí)間進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)和檢修，而運(yùn)營(yíng)期間若發(fā)生突發(fā)故障，可能造成乘客傷亡。針對(duì)這一問題，利用數(shù)字化技術(shù)分析設(shè)備狀態(tài)，深度挖掘數(shù)據(jù)背后的隱含價(jià)值，提前識(shí)別設(shè)備劣化運(yùn)行、隱形故障，消除運(yùn)行隱患，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化預(yù)警以及全生命周期管理。技術(shù)體系上，基于綜合監(jiān)控的采集數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立故障預(yù)測(cè)模型，設(shè)備運(yùn)行過程中，對(duì)偏離模型的狀態(tài)給出預(yù)警提示，提醒維保人員及時(shí)進(jìn)行維修與維護(hù)，有效降低突發(fā)故障影響。4.1故障預(yù)警智慧化建立故障預(yù)測(cè)模型，識(shí)別出設(shè)備劣化運(yùn)行、隱形故障運(yùn)行等狀態(tài)，提醒維保人員及時(shí)進(jìn)行維修與維護(hù)，目前設(shè)備故障預(yù)警準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上。4.2設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)全景掌控通過可視化綜合看板，一圖總覽站內(nèi)設(shè)備的整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)和重點(diǎn)關(guān)注事項(xiàng)。5以全自動(dòng)運(yùn)行為核心的行車安全目前，我國(guó)大多數(shù)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)還需要很過崗位參與，異常情況下反應(yīng)不及時(shí)或是決策失誤都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)事故。全自動(dòng)運(yùn)行能大幅降低人因錯(cuò)誤率。我們通過采用全世界最高自動(dòng)化等級(jí)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)，利用高可靠性列車控制系統(tǒng)，配備完備的車輛安全檢測(cè)，針對(duì)異常場(chǎng)景編制自動(dòng)化程序等措施，實(shí)現(xiàn)列車的全自動(dòng)運(yùn)行，通過高性能計(jì)算平臺(tái)計(jì)算并對(duì)運(yùn)行過程進(jìn)行精準(zhǔn)控制，能夠有效縮短響應(yīng)時(shí)間和制動(dòng)距離，從而提高系統(tǒng)的冗余度、可靠性和安全性。在技術(shù)上，以行車指揮為核心的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)以高性能安全計(jì)算機(jī)平臺(tái)為支撐，依托速傳雷達(dá)進(jìn)行測(cè)速，通過應(yīng)答器進(jìn)行安全定位，基于安全制動(dòng)模型實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全防護(hù)?？梢赃_(dá)到行業(yè)內(nèi)最高的自動(dòng)化等級(jí)GOA4級(jí)，通過高性能安全計(jì)算平臺(tái)的加持，在全自動(dòng)運(yùn)行模式下，可以同比減少列車緊急制動(dòng)距離10m。相較于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖，基于全電子聯(lián)鎖的軌旁全電子化驅(qū)采接口同比提升10%的運(yùn)行效率。6突發(fā)事件下的快速調(diào)度指揮與聯(lián)動(dòng)處置運(yùn)營(yíng)期間，存在多種需多專業(yè)協(xié)同處置的復(fù)雜應(yīng)急場(chǎng)景，需要通過中心統(tǒng)一調(diào)度處置。例如，在全自動(dòng)運(yùn)行條件下，列車在異常情況下能夠自動(dòng)向控制中心報(bào)警，系統(tǒng)匹配到預(yù)設(shè)的應(yīng)急場(chǎng)景后，會(huì)按照預(yù)案提供聯(lián)動(dòng)處理策略，中心調(diào)度人員據(jù)此向關(guān)聯(lián)的多個(gè)線路、區(qū)間、車站、車輛等不同專業(yè)人員和設(shè)備發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)專業(yè)聯(lián)動(dòng)和協(xié)同處置，在提升處置效率的同時(shí)保障行車安全，降低故障影響，縮短系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間，提供了高效、多方位的安全防護(hù)。在技術(shù)上，調(diào)度中心通過主動(dòng)探測(cè)或采集到故障信息，可實(shí)施列車緊急制動(dòng)、緊急疏散等緊急處置，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)系統(tǒng)高效聯(lián)動(dòng)控制，提高應(yīng)急處置能力。6.1高度集成的應(yīng)急指揮和調(diào)度系統(tǒng)“模塊級(jí)”融合減少信息交互流程，中心信息交互“零延時(shí)”，實(shí)現(xiàn)中心統(tǒng)一調(diào)度。6.2應(yīng)急場(chǎng)景多專業(yè)協(xié)同處置確認(rèn)列車火災(zāi)等應(yīng)急場(chǎng)景后，聯(lián)動(dòng)中心報(bào)警并進(jìn)行故障導(dǎo)向安全處理，實(shí)施列車緊急制動(dòng)、扣車、緊急疏散等指令，保證運(yùn)行安全。6.3異常場(chǎng)景的識(shí)別與處置梳理實(shí)現(xiàn)18個(gè)故障場(chǎng)景和25個(gè)應(yīng)急場(chǎng)景，如列車脫軌檢測(cè)、車輛/站臺(tái)火災(zāi)處理、區(qū)間疏散處理等，人因錯(cuò)誤降低20%，極大的提高了軌道交通的運(yùn)營(yíng)安全。7結(jié)語為了保障乘客出行安全，除了關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備的安全設(shè)計(jì)外，產(chǎn)品研發(fā)過程和工程項(xiàng)目的控制也至關(guān)重要。產(chǎn)品的研發(fā)和工程實(shí)施要遵循國(guó)際通用的安全標(biāo)準(zhǔn)，并通過SIL安全認(rèn)證證書，從過程控制上保障安全。綜上，本文分析和研究了目前軌道交通運(yùn)營(yíng)面臨的安全管理的難點(diǎn)，從乘客行為安全、客運(yùn)設(shè)備安全、行車安全和應(yīng)急指揮調(diào)度四個(gè)方面，提出了通過前端感知、人工智能分析、列車智能控制和中心調(diào)度管控輔助等技術(shù)手段，使軌道交通的安全管理從周期式的人工巡視和管控，轉(zhuǎn)變?yōu)槿旌蛑悄芑?、自?dòng)化的巡視和管控，從人工輔助駕駛，轉(zhuǎn)變?yōu)榱熊嚨娜詣?dòng)化運(yùn)行，從人工調(diào)度指揮，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄茌o助的調(diào)度指揮，提高了軌道交通運(yùn)營(yíng)的安全性和調(diào)度指揮效率，支撐了軌道交通“安全第一，預(yù)防為主”的安全管理方針，保障了軌道交通的安全出行。Reference［1］交通強(qiáng)國(guó)建