物联网在城市轨道交通安全应急领域的应用研究

摘 要

随着城市轨道交通建设的快速发展，其安全问题也引起了社会的广泛关注，加强安全管理，提高应急效率，对城市轨道交通的发展具有重要的现实意义。本文基于物联网的特点及其在安全应急领域的应用前景，对城轨交通安全应急体系概况和物联网的应用现状进行分析，探讨物联网在城市轨道交通安全应急领域的应用情况，以此来提高城市轨道交通的安全管理水平和应急响应效率。

【关键词】物联网 城市轨道交通 安全应急 应用

近年来，我国城市轨道交通事业已经进入快速发展阶段，现已投入运营的线路总里程稳居世界第一，而且在建项目也在逐年增长，预计到2020年，城市轨道交通线路规划总里程将达到6100公里。全国各大城市着力发展轨道交通的同时，出现的一些安全问题也引起了社会的广泛关注，相关安全应急工作受到了高度重视，鉴于各行业对物联网的广泛应用，并取得了显著的成果，将其应用于城市轨道交通的安全应急领域，也得到了认可，对这一课题进行研究，有利于完善城轨交通安全应急体系，推进城市轨道交通事业的持续发展。

1 城轨交通安全应急体系概况及物联网的应用现状

1.1 城轨交通安全应急体系概况

城轨交通安全应急体系由多种信息系统构成，主要包括数据采集与监控系统（SCADA）、公共广播系统（PA）、环境和设备监控系统（BAS）、列车自动控制系统（ACT）和火灾自动报警系统（FAS）等，这些系统应用于安全应急领域，作为底层支持系统，保障着城轨交通的安全运营。

具体而言，安全应急体系主要包括四项内容：一是组织体系，即安全应急的组织架构，由管理机构、功能部门和专业队伍构成，其中，管理机构主要负责城轨交通运营的安全维护和应急管理工作，不同城市情况不同，设置形式也有所不同;功能部门主要负责相关安全问题的处理，应急工作需要与多部门联合开展，涉及到消防、医疗、环保、安全监管、新闻媒体等;专业队伍负责线路的运营、调度、维护和监控，需要通信、供电、设备维护等各类专业人员的配合行动。二是法制体系，即安全应急的预案、管理条例、工作规范等法规文件，其中，预案包括不同级别部门的预案，主要分为决策层预案、控制层预案和操作层预案，与其他的管理条例等文件一同从制度上保障城轨交通的稳定运营。三是运作体系，即安全应急的运作原则，主要包括统一指挥、分工协作、分级响应等内容，应急响应流程为接警判断级别应急指挥中心启动应急预案应急行动应急恢复事故总结完善预案。四是保障体系，即安全应急的信息、保障、设备、队伍、资金等保障，以此构成安全应急保障系统，其中信息系统的作用作为重要。

1.2 物联网的特点及应用

严格意义来讲，物联网是互联网的分支，在虚拟的网络环境下，赋予“物件”所属身份，便于人们识别，通过人对物理世界的智能化管理，实现人与物的智能对话。物联网在应用过程中，体现为三个特点：第一是全面感知的特点，利用智能计算技术，如传感器、二维码等，可对物体信息进行采集;第二是可靠传输的特点，将物理对象接入信息网络，与互联网融合，实现信息的共享;第三是智能处理的特点，运用智能计算技术对采集的信息和获取的数据进行分析和处理，为智能化决策提供依据。概括而言，物联网应用于城市轨道交通安全应急领域，主要指的是通过智能视频分析技术对各线路人流量和密度进行监控，利用智能传感器对获取的温度、烟雾等信息进行分析，对异常情况进行预警，还能够通过情报板向公众及时通报运营状况，向应急控制中心提供信息服务。

2 物联网在城轨交通安全应急的关键技术和应用模型

2.1 关键技术

结合物联网的特点以及城轨交通的实际情况，物联网在安全应急领域的应用，应考虑到以下四种智能技术问题：

一是传感技术，物联网的核心构件是传感器，通过敏感原件来检测周围环境，并采集分布区域的信息，如光电信号的变化，并向应用层传输数据，接受应用层发出的指令，这是安全应急系统自动检测和自动控制得以实现和基础，物联网应用于城轨交通，对安全应急领域的各类灾害信息、机车运行状态信息、机电设备状态信息、人员流动信息等进行探测，降低电磁等干扰因素对探测结果的影响，使系统能够实时、准确地反映机车及设备的运行状态，提高智能分析能力。探讨传感技术，还要考虑到传感器网络、无线传输技术（包括无线局域网、蓝牙、超宽带等内容）、节点定位技术，在此不做一一列述。

二是视频分析技术，城轨交通视频监控系统引入视频分析技术，利用智能摄像头收集信息，组建基于物联网的安全应急防控系统，该系统运用的视频分析技术，可以细化为人脸检测、人形检测、火灾识别、危险动作识别等技术，其中，人脸检测技术是根据人脸特征，来识别人员的身份，该技术的检测方法分为静态和动态两种，识别方法分为二维和三维两种，后一种是近年来研究的热点，其准确度明显高于二维，这也是人脸检测和识别技术发展的重要方向;火灾识别技术可以感知到早期火灾烟雾，根据其变化特征来探测火灾，这是一种新型的火灾探测方法，借助数据融合和模式识别技术提取图像特征数据，并进行共性分析，识别火灾。视频火灾识别流程如图1。

三是自组网技术，通过自组网可以构建成一个临时性的自治系统，其中的移动节点可以自动移动，与无线信道连接形成的网络拓扑结构也会随着节点的变化而变化，自组网在现有网络基础设施上可独立运行，具有强鲁棒性、强抗毁性、生存时间短、配置速度快等优点，应用于城轨交通安全应急领域，能够更好地适应火灾等突发性事故现场环境，满足快速布置网络环境、灵活通信的要求，为救援工作和应急指挥创造有利条件。

四是数字融合和数字挖掘技术，所谓数据融合，是对传感器数据进行综合分析和处理，对各方面的信息进行归类、各级别的信息进行过滤、各层次的信息进行筛选，获取有意义的信息，为工作人员对系统运行环境的探测、诊断提供必要的依据;所谓数据挖掘，是对获取的信息进行深层次的挖掘，这是一个提取有意义信息的处理过程，该功能的实现需要数据库技术的支持，其基本流程为数据选择数据处理数据缩减目标挖掘模式解释及评价。前一种技术重视模式的识别，后一种技术重视模式的发现。

2.2 应用模型

安全应急系统的构建，应借助控制中心的网络，在现有专业系统基础上融入物联网智能技术，达到感知、处理、决策、联动智能化的目标，提高城轨交通安全监管水平和应急相应效率。在此对基于功能和层次的两种应用模型进行探讨：

一是功能模型，物联网应用于城轨交通，应结合安全应急的业务特点，从功能上看，可以设定为三大模块，即安全监控、应急指挥和应急管理。

二是层次模型，物联网应用于城轨交通，应结合其自身三层架构，对其进行细分，可以设定为五个层次，即采集层、接入层、承载层、支撑层和应用层。其中，采集层既要负责收集数据信息，又要对其来源进行控制，它处于整个架构的最底层，对应的是现场级设备，视频采集、射频识别等信息感知设备负责采集城轨交通安全方面的数据，广播、消防等终端设备负责监控设备的运行状态，终端感知设备智能化的实现，有利于物联网应用效率的提高;接入层是连接采集层和主干网络的过渡层，由无线传感网、终端设备接入点等构成，物联网架构的联通就是在此基础上实现的;承接层是整个架构的网络通道，负责各类数据的传输，其主体为轨道交通专网;支撑层实际上就是一个服务支撑平台，由主机设备、数据库、各类服务器构成，是系统的数据运算中心;应用层最终要服务于用户，因此要考虑到用户的多重需求，在此基础上设定使用权限和职责范围。

3 基于物联网的智能安全应急系统解决方案

火灾是城轨交通安全的主要威胁，对其进行监测和预警是安全应急管理工作的重点，基于物联网的功能模型和层次模型，对火灾方面的监测和预警进行探讨，设计有针对性的解决方案，以此来验证物联网应用于安全应急领域的有效性。作为安全监控系统的重要组成部分，火灾监测与报警系统主要负责城轨交通火灾、有毒气体等灾害的监测和报警任务，该系统的智能化建立在火灾自动报警系统基础上，融入物联网相关技术形成的，该系统按照中央级、车站级和现场级等三级控制方式设置而成，由主控和分控两级管理，通过对防灾指令的接受来达到控制设备运行的目的。根据《火灾自动报警系统设计规范》、《FAS系统施工及验收规范》的相关规定，制定解决方案，对FAS系统的设备信息状态进行测试和验证，评估其是否符合设计要求，能否将报警信息传递到控制中心，通常采用全测和抽测相结合的方法，对各站点实施全测，对各回路实施抽测。该系统的智能处理体现在两个方面：一是火灾信号的智能处理，主要依托BP算法，借助神经网络模型（见图2）。

二是应急联动的智能处理，遵循联动原理，按照联动规则向各专业系统发送模式指令，报警区域的灭火设备启动，通常布置的是气体灭火系统;空调系统停止运行，通风排烟设备启动;此外，消防电源设备、应急照明设备、广播系统等同时启动，进行火灾模式运行，实现自动控制干预。

4 结论

综上所述，城市轨道交通的发展，除了要解决交通供求平衡的问题，还要重视对其安全问题的解决，结合物联网的特点以及城轨交通的实际情况，物联网在安全应急领域的应用，具有明显的优势。基于物联网的智能安全应急系统解决方案，对安全应急工作提供了一定的指导建议，有助于城市轨道交通的安全管理水平和应急响应效率的提高，安全应急体系的完善，从而更好地推进我国城市轨道交通事业的持续发展。

参考文献

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作者简介

曲腾飞，男，现为渤海大学学生，研究方向物联网。

鄂旭，男，博士学位。现为渤海大学信息科学与技术学院教授，通讯作者。研究方向物联网。

作者单位

渤海大学信息科学与技术学院 辽宁省锦州市 121000