轨道交通安保存在的问题及对策

轨道交通安保存在的问题及对策

轨道交通安保难点从2020年12月31日起，来自44个国家（不包括香港）的互联网城市开始运营城市公路交通线程路23条，运营距离7545.5公里，车站4660个。完成货运175.9亿人和货运109.1亿人。轨道交通作为城市公共交通的主动脉，轨道交通极大程度提升了市民出行的便利性，缓解了城市交通的紧张状况。但又因轨道交通地理结构特殊，常发性、偶发性和突发性大客流使得人员高度密集，各类风险极易引发群死群伤事件，轨道交通安保已成为城市安防基础最为薄弱的区域。针对轨道交通地铁站内日常监测、事件研判及应急指挥业务需求，安保实战痛点主要表现在如下多个方面：（1）地铁运行线路长、地铁站点多，站内环境、人员态势、报警事件、警员位置、警用装备部署等数据无法直观掌控。（2）地铁站内监控视频资源多，画面相似度高，无法精准掌控视频位置，无法按需迅速调阅目标浏览。（3）监控画面内容独立、分散，相互割裂，位置信息辨认困难，无法确认场景的准确空间位置信息，不能形成宏观整体的观察，无法进行快速定位和决策指挥。图1为轨道交通安保常规使用的视频监控画面。直面这些问题，本文旨在研究如何利用数字孪生技术，通过三维地理信息叠加安防感知数据、视频监控及相关应用业务，构建轨道交通实景数字孪生实战应用平台，以满足轨道交通安保应用的业务需求。一、图像中的数字智能概念（一）信息、物质资源的最优化配置数字孪生（DigitalTwin）是一种物理空间与虚拟空间的虚实交融、智能操控的映射关系，通过在实体世界，以及数字虚拟空间中，记录、仿真、预测对象全生命周期的运行轨迹，实现系统内信息资源、物质资源的最优化配置。数字孪生最早由密西根大学教授Grieves提出，后来NASA用于对飞行器的真实运动活动进行镜像仿真。数字孪生理念最先用于工业领域，尤其是大型装备制造业。通过搭建数字孪生系统，能够实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化。数字孪生的出现根本在于感知、网络、大数据、人工智能、控制、建模等技术的集中爆发。尤其是传感器和低功耗广域技术的发展，将物理世界的动态，通过传感器精准、实时地反馈到数字世界。数字化、网络化实现由实入虚，网络化、智能化实现由虚入实，通过虚实互动，持续迭代，实现物理世界的最佳有序运行。（二）虚实数字孪生在数字孪生构建的“虚拟世界”中，叠加视频采集的真实场景，进一步虚实融合，构建出实景数字孪生。数字孪生将虚拟现实（VirtualReality,VR）、增强现实(AugmentedReality,AR）、智能视频等技术相结合，成为一种实景数字孪生。最初的数字孪生概念更强调模拟仿真和实体到虚拟的映射。虚拟现实、增强现实更强调实时性、交互性，所关注的更多是运行、监控和预测。把视频监控、物联网、大数据等内容叠加融合到三维的虚拟仿真世界中，让数字孪生更具有深度的空间整合性。虚拟现实、增强现实等技术，通常以参与者第一视角的方式沉浸在场景中，构建一种参与者能够与之进行自由交互的世界，在这个世界中参与者可以实时地探索或移动其中的对象。实景数字孪生通常以上帝视角（第三视角）构建出数字化的虚实结合世界，在感官和操作体验上更加接近物理世界。（三）虚实数字孪生数字轨道交通是精准映射实体轨道交通的数字基础设施。通过在轨道交通的出入口、站点、地面、隧道等各层面广泛部署物联网感知设施，利用三维地理信息、视频监控、人脸识别、卫星定位等技术手段，实现对实体世界的人、物、事件等要素数字化；建设物联网、通信网（宽带、移动和无线）及承载平台，通过数据采集、数据传输、数据存储、数据处理，形成与实体轨道交通“孪生”的数字轨道交通。传统地铁环境控制系统采用自动化管理与控制系统，面对获取的大量运行状态监测数据，难以用可视化的方式呈现。将实景数字孪生技术与轨道交通安保系统相结合，具有以下优势：(1）三维可视化。实景数字孪生打破了通过平面图纸整合建筑信息的传统模式，通过3D建模技术映射物理现实世界的建筑模型。能够逼真还原地铁车站的建筑结构、管道系统、通风空调系统、电梯系统、安全报警系统等，同时涵盖所有的几何、材料和状态信息。(2）全生命周期。实景数字孪生从规划设计、施工到运维阶段的信息集成，保证了数据的完整性和一致性，贯穿地铁车站全生命周期。(3）预测性分析。实景数字孪生技术的引入为预测性决策和分析提供了基础。利用传感器监测易燃易爆等危险物品，分析监控采集的乘客行为图像，分析车站热舒适度等。二、轨道交通安保指挥平台轨道交通实景数字孪生实战应用平台，集成人工智能、机器学习和传感器数据，构建实时更新、现场感极强的轨道交通实景一张图，是轨道交通安保指挥的基础平台，用来实现警情态势预测、异常高危人群筛查、人员关联碰撞、轨迹分析、关系拓展及串并案等多主题和多维度情报分析研判，提高公共交通安全事件的预测、预警和预知能力。（一）数据引擎层：实现三维立体融合轨道交通实景数字孪生实战应用平台，系统架构参见图3。实战平台分成三层：数据层、引擎层和业务层。数据层：融入空间信息的实时感知技术，集三维空间信息、地铁站点模型数据、警用装备数据、监控视频数据、监测预警数据于一体，实现空间位置可视化数据一张图虚实融合创新应用。引擎层：利用电子地图、空间数据和遥感影像构建三维地理信息应用引擎，并将视频与空间的场景匹配，支撑上层业务应用。业务层：通过虚实融合技术，把数字孪生提升为实景数字孪生，应用轨道交通实景立体地图的方式直观浏览站线及站点三维场景，360度全方位有效直观管理地铁站点场景内的离散视频、监测数据及警用装备分布位置，做到有序管控和指挥调度。（二）宏观与细节有机结合三维地理信息实景数字孪生服务模块通过三维实景操作，实现地理信息基础数据的加载和显示。通过对接视频监控系统和监测预警系统，实现站点监控视频、监测数据的三维场景标注，以及重要区域的视频与三维场景的虚实融合应用。做到宏观与细节有机结合，一线巡控人员不必死记硬背监控点位，轻松上手，提高日常监测、指挥调度、现场处置和综合管控能力。针对重点区域应用的三维地铁站点虚拟场景与现实视频融合的场景感知防控，颠覆传统平面地图上监控视频、监测数据及警用装备位置分布的展现和使用方式，实时构建轨道交通实景数字孪生一张图，身临其境的动态掌控地铁站点目标区域场景状态，提升安防视频监控及数据监测平台价值。轨道交通实景数字孪生可视化实战应用平台，以三维地理信息系统为核心底层，按经度、纬度、海拔等空间真实精准坐标位置，融合监控视频等非结构化大数据、智能分析数据和物联感知数据。（三）场景感知效果分析实现在地铁站三维地理信息场景中，对重点区域，如出入口、闸机口、检票口等区域进行监控视频虚实融合，视频与场景同步浏览。通过实景数字孪生可视化平台，有效解决轨道交通传统监控视频画面的分散、割裂，不能形成宏观整体的观察；基于单个摄像机的独立视频画面，无法反应和还原真实场景信息；监控视频资源较多，无法按需迅速调阅目标浏览；监控画面相似度高，位置信息辨认困难等问题。通过实景数字孪生可视化平台，有效解决轨道交通传统物联感知数据均是基于图、表等方式显示，不能形成场景整体观察，感知及告警位置不明确，环境感知差，处置效率低等问题。在地铁站三维地理信息场景中，对温度、湿度、气体等传感器感知的数据，在三维地理信息场景立体精准融合显示，感知数据及告警区域与空间场景统一，及时精准定位、实景数据感知和业务可视化掌控。三、建立轨道交通立体治安防控体系轨道交通实景数字孪生实战应用平台，从上帝视角构建轨道交通安保的可视化应用，打造集“勤务指挥、行业监管、情报预警、警务协同”为一体的轨道交通立体治安防控体系。（一）路线设置与标识根据轨道交通安保业务需求，在三维站点场景中实现应急指挥预案及可视化调度。用第一视角方式，浏览站点三维场景。通过鼠标等方式进行场景漫游位置的选择，实景化指挥调度。可设置巡航路线，三维实景中直观浏览和自动化路径调度，高效用于地铁站三维场景中动态掌控。根据突发事件及应急预案，通过三维场景标注，紧急路线显示及预案文档关联，真实三维场景中应急指挥，直观精准高效。通过路线标识预案及可视化调度，显示不同的疏散预案路线和安全通道路线，满足不同路线设置和标识应用。地铁站点三维地理信息场景中，具备警用装备（如防爆罐、抓捕器、防暴盾牌、灭火器等）部署等警力分配情况三维地铁站沙盘场景直观显示，结合不同的业务，可设置和保存不同的部署预案，满足对不同业务需求的警力应用。（二）地铁运营企业安全监管督导地铁运营公司属于安全责任主体单位，为地铁运营数据生产单位。公安部门（公共交通安全保卫总队/支队，公交公安分局、地铁公安分局等）属于安全指导部门。两类单位分属不同领域和职责，信息不够通畅，公安部门无法实时掌握地铁运营公司的生产数据，因此对地铁运营企业安全监管督导难以完备，存在安检环节督导的手段有限、内保管理未形成事件闭环、车辆实时状态的感知欠缺、各类信息系统的数据分散等问题。利用轨道交通实景数字孪生实战应用平台，对地铁站点内的安检人员、警用装备、消防设备、警务室、卫生间、机房、站长室等实现文字、图标、重点区域等突出标识实现实时浏览，打通安检督导行业壁垒。（三）数据来源和分析在地铁站点三维地理信息场景中，针对多种监测预警等业务，提取多种警用数据，以虚拟标签的方式，实现三维空间立体精准融合显示，监测预警业务数据包括人脸、安检、客流等，警情分析主要是通过对警情事件的时间规律、空间规律和案件特征进行分析，获取警情高发时间、高发地点和高发案别信息。指挥人员不需要再单独到每个子系统上查看相关信息，所有重要信息都能结合当前全局场景直观展示，报警区域与空间场景统一，及时精准定位、掌控和业务应急指挥，极大提高了工作效率。（四）“警动态行动”机制轨道交通具有全网的关联性特点，“一点出事，全线瘫痪、全网波及”，需要打整体战、合成战来对应。在勤务运行机制方面，建立“辅警驻守看站、民警动态巡逻”机制，最大限度提高接警率和用警效率。整合属地民警、武警、特警、警犬等力量加强威慑控制，形成“地上地下”、“车上车下”、“网上网下”、“情报行动”一体化警力的指挥调度，直接在三维场景中，各个部门依据权限，直观精准掌控视频位置，提高日常浏览和应急调度能力。在警务联合行动方面，协同治安、内保、出租、刑侦各部门对重大风险合力应对，与属地、交通、城管、综治等相关部门建立长期会商，形成警种联动机制。四