物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用研究

1、物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用研究 遼寧省百千萬人才基金擇優(yōu)資助項目（2012921058）；中國博士后基金項目(2012M520158)；遼寧省教育廳項目(L2012397，L2012396，L2012400)；遼寧省社科聯(lián)2014年度遼寧經(jīng)濟社會發(fā)展立項課題（項目編號：2014LSLKTDGLX-02）鄂旭，1971年出生，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：數(shù)據(jù)挖掘與食品安全物聯(lián)網(wǎng)，通訊作者，摘要：城市軌道交通對城市交通來講尤為重要，是骨干車道，伴隨城市軌道交通快速發(fā)展和進步，安全問題也逐漸增多。因為城市軌道交通的地理位置比較特殊，而且客流量比較大，如果出現(xiàn)事故就會給社會和諧與安定

2、帶來嚴重的不良影響。城市軌道交通應(yīng)急效率和安全管理水平的提升對城市交通有很重要的現(xiàn)實意義和影響。最近幾年，物聯(lián)網(wǎng)逐漸在城市交通軌道的應(yīng)急領(lǐng)域中發(fā)展起來，因為其自身具有可靠傳輸、全面感知和智能計算等優(yōu)勢，所以具有很廣闊的前景。城市交通軌道的安全應(yīng)急領(lǐng)域使用物聯(lián)網(wǎng)能夠提升城市骨雕交通應(yīng)急效應(yīng)效率和安全監(jiān)控水平。本文主要講述了城市軌道交通安全的主要影響因素，還建立了物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用模型，最后以火災(zāi)的報警和監(jiān)測系統(tǒng)為例提出必要的應(yīng)用方案。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；城市軌道交通安全；應(yīng)急領(lǐng)域；應(yīng)用Research on Application of Internet of the Thing

3、s on Urban Mass Transit SafetyE Xu, Qu TengfeiCollege of Information Science & Technology, Bohai University, Jinzhou, Liaoning province, 121001Abstract: Urban rail transit is particularly important for urban traffic, is the backbone lanes, along with the rapid development of urban rail transit and p

4、rogress, the security problem also gradually increasing. Because of the urban rail transit a special geographical position, and traffic is bigger, if an accident will give social harmony and stability and bring serious adverse effects. The safety and efficiency of urban rail transit emergency manage

5、ment level of ascension has very important practical significance to urban traffic and impact. In recent years, the Internet of things is gradually developed in the field of urban track traffic emergency, because of its reliable transmission, with the full awareness and the advantages of the intelli

6、gent computing, so has the very broad prospects. Urban rail traffic safety emergency field use of the Internet of things can improve efficiency of urban traffic emergency bone carving effect and security monitoring level. This article mainly tells the story of the main influencing factors of urban r

7、ail traffic safety, the Internet has also been established in the field of urban rail traffic safety emergency application model, and finally to a fire alarm and monitoring system as an example the necessary application solutions are put forward.Key words: The Internet of things; Urban rail traffic

8、safety; Emergency field; application 伴隨我國城市化的進程逐漸加速，中國城市軌道交通突飛猛進，最近五年，我國軌道交通增加一千公里，而截止到2013年初，全國已有12個城市實現(xiàn)了軌道交通運營，在全世界排名首位。但是城市軌道交通迅速發(fā)展中，筆者關(guān)注了城市軌道交通在發(fā)展過程中出現(xiàn)的安全隱患，因為軌道交通的地理環(huán)境非常特殊，幾乎處于封閉狀態(tài)，各國恐怖主義和治安狀況等狀況百出，世界上每個國家都幾乎出現(xiàn)過各種各樣的安全問題，嚴重威脅到人類的身體健康和財產(chǎn)安全。物聯(lián)網(wǎng)具有可靠運輸、全面感知、智能計算等特點，對應(yīng)急領(lǐng)域和安全監(jiān)控等十分有效，因此受到世界各國政府和人民的擁戴，

9、現(xiàn)在我國很多城市都主動探究物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用，筆者在本文最后還以報警系統(tǒng)和火災(zāi)監(jiān)測為例提出自己對物聯(lián)網(wǎng)安全管理城市軌道交通的應(yīng)用方案的獨到見解。一、城市軌道交通安全的主要影響因素城市軌道交通中存在的安全問題很多，引發(fā)因素有系統(tǒng)外部因素也有系統(tǒng)內(nèi)部因素。按照交通安全引發(fā)因素，能夠把城市軌道交通的安全應(yīng)急領(lǐng)域影響因素分成四個類型。社會治安目前世界各個國家的治安問題都比較突出，毒氣泄漏、爆炸、縱火和恐怖襲擊等，莫斯科和倫敦等地還發(fā)生過嚴重的連環(huán)爆炸。（二）機電設(shè)備城市軌道交通安全運營與專業(yè)機電設(shè)備有密不可分的關(guān)系，機電設(shè)備是城市軌道交通的安全運營物質(zhì)基礎(chǔ)，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障、設(shè)備老

10、化、設(shè)備比較落后就會導(dǎo)致嚴重的災(zāi)害事故。（三）外部環(huán)境城市軌道交通的外部環(huán)境有自然環(huán)境和社會環(huán)境。外部的社會環(huán)境對城市軌道交通安全造成一定的影響。地面交通擁擠，客流量大都是城市軌道交通安全的影響因素，給行車安全和乘車安全都造成間接或者直接的影響。自然環(huán)境指的是地震、水災(zāi)、強風(fēng)等，也會對城市軌道的交通安全造成嚴重的影響。對外部環(huán)境影響因素要做好提前預(yù)案，災(zāi)害發(fā)生時，就會采取相應(yīng)的措施，預(yù)防行車事故。（四）安全管理 工作人員的安全監(jiān)管方法落后或者是工作疏忽等都可能引發(fā)安全事故。對于城市軌道交通安全來講，安全管理尤為重要。安全管理問題的解決能夠促使城市軌道交通向著可控、有序和安全的方向發(fā)展，能夠減少

11、或避免工作人員因為違規(guī)操作、安全意識薄弱而導(dǎo)致安全問題。安全管理不能落實會嚴重威脅人類的生命健康和財產(chǎn)安全。二、物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用模型 （一）構(gòu)建模型的目標(biāo)城市軌道的交通安全應(yīng)急領(lǐng)域建立網(wǎng)絡(luò)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主導(dǎo)，在應(yīng)急領(lǐng)域中融入數(shù)據(jù)傳輸、信息感知和智能處理等，預(yù)防城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的安全隱患，真正實現(xiàn)智能處理、智能感知、智能聯(lián)動和智能決策，提升應(yīng)急響應(yīng)的效率，加大安全監(jiān)控的力度。（二）應(yīng)急領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)功能模型1、總體功能城市軌道的交通安全應(yīng)急領(lǐng)域按照業(yè)務(wù)特點，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下分成應(yīng)急指揮、安全監(jiān)控、應(yīng)急管理等模塊。2、應(yīng)急指揮應(yīng)急指揮對于突發(fā)事件負責(zé)應(yīng)急指揮和接警等救援

12、工作。軌道交通相關(guān)數(shù)據(jù)繁多、復(fù)雜龐大、環(huán)境封閉、人員流動量大、救援時間比較緊急所以對于應(yīng)急指揮來講提出更好要求。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于應(yīng)急指揮工作，對數(shù)據(jù)、決策支持等提供智能化服務(wù)，促使救援力量能夠反映迅速，通信網(wǎng)絡(luò)也更加穩(wěn)定、高效。應(yīng)急指揮物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的工作內(nèi)容是：應(yīng)急受理子系統(tǒng)接受報警信息，還能夠?qū)缶畔⒆詣影l(fā)送給受理手機。應(yīng)急處置子系統(tǒng)按照明確路徑對應(yīng)急信號進行響應(yīng)，保證應(yīng)急指揮工作的規(guī)范與協(xié)調(diào)性。災(zāi)害等級識別子系統(tǒng)對應(yīng)急信號進行智能分析，然后作出鏈接相關(guān)預(yù)案。智能決策子系統(tǒng)采用挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)融合、案例推理等技術(shù)，融合案例庫、預(yù)案庫、現(xiàn)場事故的參數(shù)特征，利用推理模型計算，并且對方案不斷進行修正

13、，以給出相應(yīng)的應(yīng)急方案。現(xiàn)場指揮子系統(tǒng)對現(xiàn)場突發(fā)事件進行指揮管理，接收到中心指令之后就會在現(xiàn)場負責(zé)指揮和組織，和現(xiàn)場的工作人員之間建立數(shù)據(jù)通信，把現(xiàn)場的實際數(shù)據(jù)發(fā)送給指揮中心。視頻會商子系統(tǒng)、應(yīng)急通訊子系統(tǒng)、GIS子系統(tǒng)、綜合信息的查詢子系統(tǒng)是支撐系統(tǒng)，通過多種傳輸信息渠道和通信方法保證應(yīng)急領(lǐng)域的穩(wěn)定發(fā)展。3、安全監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)壍赖慕煌ò踩M行全面感知，并且及時獲得現(xiàn)場信息，是安全應(yīng)急領(lǐng)域的感官器。一旦發(fā)生突發(fā)事故，安全監(jiān)控系統(tǒng)就會控制所有有關(guān)的機電設(shè)備，安全監(jiān)控系統(tǒng)是一個集成平臺，對原有專業(yè)系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)和集成，促使安全監(jiān)控系統(tǒng)可以從多專業(yè)系統(tǒng)中得到數(shù)據(jù)，建設(shè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺

14、，預(yù)防信息孤島。突發(fā)事故發(fā)生時，安全監(jiān)控系統(tǒng)會將現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)和畫面源源不斷地輸送給指揮中心，執(zhí)行指揮中心接受到控制命令后參與指揮和策劃，現(xiàn)在軌道交通安全系統(tǒng)正逐漸實現(xiàn)集成化，很多線路也已經(jīng)實現(xiàn)了綜合監(jiān)控。在具備綜合監(jiān)控的狀態(tài)下，安全監(jiān)控系統(tǒng)是一項綜合智能，專門對日常生活中的報警處理和安全監(jiān)控負責(zé)。4、應(yīng)急管理應(yīng)急管理系統(tǒng)保障日常應(yīng)急工作順利進行，維護應(yīng)急資源的信息，對應(yīng)急預(yù)案進行更新和完善。其中包括應(yīng)急預(yù)案管理、事件等級、培訓(xùn)演練、資源管理、案例庫管理等。應(yīng)急管理系統(tǒng)指的是應(yīng)急處置知識庫，該知識庫還支持人工檢索，也支持對應(yīng)系統(tǒng)進行自動化檢索。三、應(yīng)用方案以火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)為例城市軌道交通

15、安全應(yīng)急領(lǐng)域中的災(zāi)害事故有很多，而物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也十分廣泛，筆者在本文中就以最為普遍的火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)為例，探討物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的應(yīng)用方案。（一）火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)場火災(zāi)發(fā)生時，周圍環(huán)境中很多物理量都會隨之改變，在燃燒的過程中也會出現(xiàn)各種煙、氣體、熱、光等的化學(xué)和物理參量，利用對煙、光、熱一些敏感元器件收集的信號，并把其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，綜合進行分析并處理，就會判斷出火災(zāi)是否發(fā)生。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)境下，火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成有車站級、中央級、現(xiàn)場級三種。 1、車站級車站級火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)指的是車站安全監(jiān)控方面的一部分，能夠?qū)φ麄€火災(zāi)進行報警和監(jiān)測。OCC給予授權(quán)，

16、在特殊事件發(fā)生時會對所在車站、停車場、車輛段區(qū)域設(shè)備進行控制和監(jiān)視。車站級系統(tǒng)包括火災(zāi)報警控制器、智能分析、效仿廣播、聯(lián)動控制器、效仿專用電話等，而火災(zāi)報警控制器最為重要，不僅能夠接收報警信息，還能夠通過火災(zāi)視頻識別技術(shù)對火災(zāi)報警信息進行準(zhǔn)確探測，對火災(zāi)位置進行準(zhǔn)確判斷，最后啟動消防設(shè)備。它還能夠針對隧道區(qū)間線性感溫光纖設(shè)計感溫光纖控制器，對感溫光纖報警進行控制。聯(lián)動控制器能夠按照報警點地理特性、火災(zāi)特性等啟動消防設(shè)備，及時進行人員疏散和應(yīng)急消防。2、中央級中央級火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)實際上就是一個信號指揮和控制中心，對系統(tǒng)管理、設(shè)備等進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，能夠?qū)β?lián)動設(shè)備和全線系統(tǒng)進行全面控制和監(jiān)視。系統(tǒng)

17、的組成有智能分析、報警、聯(lián)動控制和中央級控制器等等。系統(tǒng)接收列車以及車站的火災(zāi)報警信息，利用GIS系統(tǒng)，查閱火災(zāi)報警點和地理信息，集成視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對報警點的監(jiān)控信息進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)實時監(jiān)控。系統(tǒng)還能夠?qū)ΜF(xiàn)場物理傳感數(shù)據(jù)進行分析和處理，準(zhǔn)確判斷是否存在安全隱患，并且對火勢或火災(zāi)進展進行動態(tài)監(jiān)測和分析，按照火災(zāi)點的地理位置和特征啟動聯(lián)動控制器，采取排煙、通風(fēng)、疏散和照明應(yīng)急預(yù)案。3、現(xiàn)場級 現(xiàn)場級的設(shè)備主要有各種火災(zāi)探測器、控制和監(jiān)測模塊、聲光和警鈴報警器、手動火災(zāi)的報警按鈕、消防電話的插孔和分機等。探測器對現(xiàn)場或在進行實時探測，一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)就會立即報警；控制和監(jiān)測模塊對各種設(shè)備的運行狀態(tài)進行

18、報警檢測、控制各種消防設(shè)備等；消防電話主要給現(xiàn)場所有工作人員進行就消防進行通信，實現(xiàn)人工報警和處理；報警器就是在火情發(fā)生時進行火災(zāi)報警。（二）火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)的智能方案處理1、火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)處理火災(zāi)信號探測器發(fā)出信號之后就會利用數(shù)據(jù)進行具體分析，判斷火災(zāi)是否發(fā)生和情勢，火災(zāi)信號一般會具有趨勢性、頻率性和持續(xù)性特征，所以火災(zāi)處理算法一般是計算機、信號處理和自動化技術(shù)相結(jié)合，日常生活中我們所認識的信號處理算法主要是三類，類比判斷法、閥值比較法、分布智能法等。類比判斷法指的是把火災(zāi)監(jiān)測數(shù)據(jù)和信號特征用完整數(shù)學(xué)知識來表述，火災(zāi)信號的波形斜率大小和火災(zāi)信號趨勢性特征都能夠把火災(zāi)信號轉(zhuǎn)化成隨報警變化

19、而變化的模擬信號，這樣就能夠?qū)馂?zāi)發(fā)展趨勢進行判斷。例如：趨勢算法中輸出信號可以代表濃度或者煙霧伴隨時間變化而變化的狀況，利用信號能夠反映火災(zāi)發(fā)展趨勢。閥值比較法指的是傳感器輸出信號的幅值要和預(yù)先設(shè)定信號閥值做對比，一旦信號幅值與預(yù)定閥值差距較大，那么就代表火災(zāi)發(fā)生。但是這種計算方法效果有限，只能判斷火災(zāi)的發(fā)生不能實時監(jiān)測火情趨勢。分布智能法指的是把模糊數(shù)據(jù)處理技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在火災(zāi)參數(shù)監(jiān)測處理時應(yīng)用，通過多參數(shù)符合探測法和模式識別就能夠提升可靠性，降低誤報率，還能夠加速探測。分布智能法因為環(huán)境適應(yīng)能力強，自主學(xué)習(xí)能力比較強，并行處理能力比較強而成為火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)研究領(lǐng)域熱點。2、火災(zāi)報

20、警和監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動處理應(yīng)急領(lǐng)域安全隱患現(xiàn)在日常生活中較為普遍的設(shè)備聯(lián)動就是FAS系統(tǒng)對各種專業(yè)系統(tǒng)傳遞模式指令。一旦發(fā)生火災(zāi)，F(xiàn)AS系統(tǒng)能夠利用RS-485接口對BAS系統(tǒng)下達火災(zāi)模式的指令，BAS系統(tǒng)就會把監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)為預(yù)訂火災(zāi)預(yù)案模式。FAS系統(tǒng)利用模塊就會給SCADA系統(tǒng)傳遞干觸點的信號。FAS系統(tǒng)和其他設(shè)備聯(lián)動更需要連接對應(yīng)接口。本文以上海軌道交通的九號線為例，通過聯(lián)動控制系統(tǒng)增加對聯(lián)動進行統(tǒng)一控制。聯(lián)動控制系統(tǒng)在各個專業(yè)系統(tǒng)的聯(lián)動控制中應(yīng)用，聯(lián)動控制器和火災(zāi)報警、監(jiān)測系統(tǒng)主機RS-232相連接，利用PROFIBUS和MODBUS的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議和BAS系統(tǒng)的控制主機進行鏈接?；馂?zāi)發(fā)生時

21、，火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)就會給聯(lián)動控制器傳遞火災(zāi)信息，車站級聯(lián)動控制器和SCADA系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)進行通信，對對應(yīng)設(shè)備進行控制?；馂?zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)只要求對少數(shù)消防設(shè)備進行直接聯(lián)動，大多數(shù)的設(shè)備還是依賴聯(lián)動控制器進行集中管理。一旦確認火災(zāi)，火災(zāi)報警和監(jiān)測系統(tǒng)車站級控制器就會主動、自動與報警點的消防設(shè)備進行聯(lián)動滅火，控制火情，而利用車站級聯(lián)動控制器能夠?qū)ζ渌O(shè)備進行自動控制，控制中心監(jiān)控站能夠傳遞控制指令并且實現(xiàn)手動或者是自動干預(yù)控制。結(jié)束語： 綜上所述，本文針對城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的特點以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在傳輸、感知和計算方面的特點，探討了城市軌道交通安全應(yīng)急領(lǐng)域安全隱患的影響因素；還建設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)在城市軌道交通安全應(yīng)