1、第第 三三 章章城市轨道交通运营安全保障技术城市轨道交通运营安全保障技术本章学习重点本章学习重点v1.地理信息系统（地理信息系统（GIS）技术；）技术；v2.智能视频监控技术；智能视频监控技术；v3.仿真技术的特点；仿真技术的特点；v4.计算机仿真的适用范围；计算机仿真的适用范围；v5.计算机仿真技术的一般步骤。计算机仿真技术的一般步骤。3.1 安全保障技术基础安全保障技术基础 城市轨道交通作为城市中旅客运输的主要载体，其安全一直是人们所关注的焦点，但城市轨道交通作为城市中旅客运输的主要载体，其安全一直是人们所关注的焦点，但安全事故仍时有发生，根据城市轨道交通的特点来分析，容易引发城市轨道交通
2、安全安全事故仍时有发生，根据城市轨道交通的特点来分析，容易引发城市轨道交通安全问题的情况有以下几个方面：问题的情况有以下几个方面：1.列车开行密度大，导致列车相撞等运行事故发生的几率也增大列车开行密度大，导致列车相撞等运行事故发生的几率也增大；（罗马地铁追撞事故）；（罗马地铁追撞事故）2.车站及列车内旅客密度大，旅客流通量大容易引发旅客人身安全问题车站及列车内旅客密度大，旅客流通量大容易引发旅客人身安全问题 （1）过于拥挤，旅客与列车体等接触容易烫伤、触电；）过于拥挤，旅客与列车体等接触容易烫伤、触电；（2）旅客密度大，上下车拥挤易发生踩伤或挤伤旅客（）旅客密度大，上下车拥挤易发生踩伤或挤伤旅
3、客（2013.2.26湖北老河口小学生踩踏事件）（3）人多导致车内空气流通差弱体质旅客容易窒息，容易传播疾病；）人多导致车内空气流通差弱体质旅客容易窒息，容易传播疾病；（4）客密度大，导致治安问题的出现。盗窃、性骚扰；）客密度大，导致治安问题的出现。盗窃、性骚扰；（5）人群密集容易成为恐怖分子袭击的目标。（韩国大邱地铁纵火案视频）人群密集容易成为恐怖分子袭击的目标。（韩国大邱地铁纵火案视频）（6）自杀问题越来越严重，近年来城市轨道内自杀事件频繁发生。）自杀问题越来越严重，近年来城市轨道内自杀事件频繁发生。1995-2003年底上海轨道交通发生年底上海轨道交通发生65起自杀性伤亡事故，其中起自杀
4、性伤亡事故，其中17人被救起，人被救起，48人自人自杀身亡，也就是说，平均每年有杀身亡，也就是说，平均每年有8起地铁自杀性伤亡事故发生。（图示）起地铁自杀性伤亡事故发生。（图示）3.城市轨道交通特别的地理位置及封闭性的特点易产生的问题：城市轨道交通特别的地理位置及封闭性的特点易产生的问题：（1）恶略天气对城市轨道交通的影响较为严重，出现防风、防滑、排水问题；）恶略天气对城市轨道交通的影响较为严重，出现防风、防滑、排水问题；（2）由于它封闭性的特点加之基础设施不够完善，如部分车站没有卫生间造成伤亡事故）由于它封闭性的特点加之基础设施不够完善，如部分车站没有卫生间造成伤亡事故 由上述分析看，安全问
5、题的产生与繁重的旅客运输任务及城市轨道交通系统自身的由上述分析看，安全问题的产生与繁重的旅客运输任务及城市轨道交通系统自身的特点紧密相关，而这些又是无法改变的事实。因此，提高城市轨道交通的安全性应以特点紧密相关，而这些又是无法改变的事实。因此，提高城市轨道交通的安全性应以安全事故为对象，从事故的防范、监控、处理三方面全面入手，充分采用安全事故为对象，从事故的防范、监控、处理三方面全面入手，充分采用GIS、状态获、状态获取、；客流预测、列车绝对定位，仿真等技术建立起完善的安全保障技术体系。取、；客流预测、列车绝对定位，仿真等技术建立起完善的安全保障技术体系。原因：原因：事后罗马地铁立即展开了调查
6、，有关调查事后罗马地铁立即展开了调查，有关调查结果及事故原因分析如下：结果及事故原因分析如下：受损两列车皆为上线不到一年的新车，目前尚无受损两列车皆为上线不到一年的新车，目前尚无机件故障迹象。基本排除车辆故障原因导致事故机件故障迹象。基本排除车辆故障原因导致事故的发生。的发生。根据肇事列车司机员与行控中心的通联记录与根据肇事列车司机员与行控中心的通联记录与地铁公司人员表示，司机是接获行控中心指示越地铁公司人员表示，司机是接获行控中心指示越过红灯继续前进（当运量较大时，过红灯继续前进（当运量较大时，类此调度命令类此调度命令可被接受）。司机员被授权的命令是保持警觉以可被接受）。司机员被授权的命令是
7、保持警觉以最大时速最大时速15公里行进，公里行进，事故后经调查证明列车追事故后经调查证明列车追撞时之时速度约撞时之时速度约30公里）公里）该国运输部已成立项目委员会深入调查。首要之该国运输部已成立项目委员会深入调查。首要之务则为务则为 解读肇事列车之行车纪录器数据（黑匣子）解读肇事列车之行车纪录器数据（黑匣子）2013.2.26湖北老河口小学生踩踏事件湖北老河口小学生踩踏事件2012.8.26上海轨交上海轨交6号线一男号线一男子跳轨子跳轨 遭列车撞击手臂被遭列车撞击手臂被碾碾 2013.3.6晚晚8点左右，上海轨道点左右，上海轨道交通交通2号线陆家嘴站发生乘号线陆家嘴站发生乘客跳轨事件，一名男
8、子当场客跳轨事件，一名男子当场身亡，地铁运行受到短时影身亡，地铁运行受到短时影响。响。类似的事件在年初五也类似的事件在年初五也曾发生，一名女子跳轨当场曾发生，一名女子跳轨当场身亡。身亡。事发后，网友纷纷发帖事发后，网友纷纷发帖呼吁，地铁方面加快半封闭呼吁，地铁方面加快半封闭站台改造为全封闭的屏蔽门，站台改造为全封闭的屏蔽门，从技术上杜绝跳轨自杀事件从技术上杜绝跳轨自杀事件的发生。来源东方网的发生。来源东方网)3.2 地理信息系统（地理信息系统（GIS）技术）技术v3.2.1 地理信息技术的概念地理信息技术的概念v地理信息技术是一门及计算机科学、地理学、环地理信息技术是一门及计算机科学、地理学、
9、环境科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体境科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体的新兴的边缘学科又称为资源环境信息系统。的新兴的边缘学科又称为资源环境信息系统。v 是在计算机硬件、软件系统的支持下以地理是在计算机硬件、软件系统的支持下以地理数据库为基础采集、存储、管理、分析和描述整数据库为基础采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据，个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据，为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。为地理研究和地理决策服务的空间信息系统。v1.地理信息技术：地理信息技术：指获取、管理、分析和应用地指获取、管理、分析和应用地理空间信息的现代
10、技术的总称。理空间信息的现代技术的总称。v2.地理信息系统：地理信息系统：就是综合处理和分析地理空间就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。数据的一种技术系统。人人造造卫卫星星上上天天GIS 用用于于城城市市居居民民服服务务GIS 在在城城市市管管理理中中的的应应用用GIS 在城市管理中的应用在城市管理中的应用GIS 用用于于道道路路交交通通管管理理3.2.2 地理信息系统的组成地理信息系统的组成作用：作用：1.硬件和软件为地硬件和软件为地理信息系统建理信息系统建设提供环境；设提供环境；2.数据是数据是GIS的重的重要内容；要内容；3.方法是为方法是为GIS建建设提供解决方设提供解决方案
11、；案；4.人员是系统建设人员是系统建设中的关键和能中的关键和能动性因素，直动性因素，直接影响和协调接影响和协调其他几个组成其他几个组成部分。部分。v1.数据输入数据输入：是指将地图数据、物化遥感数据、统计数据和是指将地图数据、物化遥感数据、统计数据和文字报告等输入、转换成计算机可处理的数字形式的各种功文字报告等输入、转换成计算机可处理的数字形式的各种功能。能。v2.数据编辑与处理：数据编辑与处理：主要包括图形编辑和属性编辑。属性编主要包括图形编辑和属性编辑。属性编辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓辑主要与数据库管理结合在一起完成，图形编辑主要包括拓扑关系的建立、图形编辑、图形
12、整理、图幅拼界、图形变换、扑关系的建立、图形编辑、图形整理、图幅拼界、图形变换、投影变换、误差校正等功能。投影变换、误差校正等功能。v3.数据的有效组织与管理，数据的有效组织与管理，是是GIS系统应用成功与否的关键，系统应用成功与否的关键，主要提供空间与非空间数据的存储、查询检索、修改和更新主要提供空间与非空间数据的存储、查询检索、修改和更新的能力。数据结构确定后，在空间数据的存储与管理中，关的能力。数据结构确定后，在空间数据的存储与管理中，关键是确定应用系统空间与属性数据库的结构以及空间与属性键是确定应用系统空间与属性数据库的结构以及空间与属性数据的连接。数据的连接。v4，空间查询与分析：，
13、空间查询与分析：是是GIS最具魅力的功能，也是最具魅力的功能，也是GIS有别有别于其他信息系统的本质特征。于其他信息系统的本质特征。GIS的空间分析可分为三个层的空间分析可分为三个层次的内容：空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模型分析。次的内容：空间检索、空间拓扑叠加分析、空间模型分析。v5.可视化表达与输出可视化表达与输出：中间处理过程和最终结果的可视化表中间处理过程和最终结果的可视化表以人机交互的方式选择显示的对象与形式。以人机交互的方式选择显示的对象与形式。v*除以上五大功能外，还有用户接口模块，用于接收用户的除以上五大功能外，还有用户接口模块，用于接收用户的指令、程序、或数据，是用户和系
14、统交互的工具。指令、程序、或数据，是用户和系统交互的工具。3.3 智能视频监控技术智能视频监控技术v1.智能监控技术的来源智能监控技术的来源 来源于计算机视觉技术，作为人工智能研究的一个分支，是一项新兴的安防技术，有着广阔的发展前景。v2.智能监控技术智能监控技术v 是指利用计算机视觉的方法，在不需要人为干预的情况下，通过对视频顺序列进行实时自动分析，实现对目标的定位、识别和跟踪，并在此基础上进行行为分析，以达到完成日常管理和对异常情况预警的目的。v3.基本智能监控系统的组成基本智能监控系统的组成v主要由视频数据采集、视频数据编码、视频数据传输机数据分析处理和异常行为报警等部分组成。3.3.1
15、 智能视频监控技术的产生智能视频监控技术的产生为什么需要智能视频监控为什么需要智能视频监控n“在传统的闭路电视监控模式下，保安人员需要监视太多的视频画面，太多的视频画面，远远超出人的接受能力远远超出人的接受能力，导致实际监控效果低下。实验结果表明，在盯着视频画面仅仅仅仅22 22 分钟分钟之后，人眼将对视频画面里95%95%以上以上的活动信息视而不见视而不见。因此我们需要智能视觉监控来改善监控效果，同时减轻保安人员的负担。”3.3.1 智能视频监控技术的产生智能视频监控技术的产生v 传统的视频监控系统与设备虽然在功能和性能上得到了极大的提高，但是仍然受到了传统的视频监控系统与设备虽然在功能和性
16、能上得到了极大的提高，但是仍然受到了些固有因素的限制，从而导致整个系统在安全性和实用性方面仍然没有达到人们期望，具些固有因素的限制，从而导致整个系统在安全性和实用性方面仍然没有达到人们期望，具有的制约因素如下：有的制约因素如下：v1.1.人类自身的弱点人类自身的弱点v 在很多情况下，人类并非是一个可以完全信赖的观察者，无论是观看实时的视频流在很多情况下，人类并非是一个可以完全信赖的观察者，无论是观看实时的视频流还是观看录像回放，由于自身生理上的弱点，人类经常无法察觉安全威胁，从而导致漏报还是观看录像回放，由于自身生理上的弱点，人类经常无法察觉安全威胁，从而导致漏报想象的发生。想象的发生。v2.
17、2.监控时间监控时间v 视频监控不能系统很少会按照视频监控不能系统很少会按照1:11:1的比例为监控摄像机配置监视器，这意味着对于那的比例为监控摄像机配置监视器，这意味着对于那些机场、地铁等大型的视频监控系统来讲，各个监控点并非时刻处于监控当中。些机场、地铁等大型的视频监控系统来讲，各个监控点并非时刻处于监控当中。v3.3.误报和漏报误报和漏报v误报和漏报是目前视频监视系统中最常见的两大问题。漏报是指在安全点发生了某种安全误报和漏报是目前视频监视系统中最常见的两大问题。漏报是指在安全点发生了某种安全威胁，但该威胁并没有被监控系统或安全人员发现。误报是指位于监控点的安全活动被误威胁，但该威胁并没
18、有被监控系统或安全人员发现。误报是指位于监控点的安全活动被误认为安全威胁，从而产生错误的报警。漏报会产生非常危险的后果，而误报会浪费人力物认为安全威胁，从而产生错误的报警。漏报会产生非常危险的后果，而误报会浪费人力物力，这两种问题都会降低人们对监控系统的信任，从而降低监控系统的应用价值。力，这两种问题都会降低人们对监控系统的信任，从而降低监控系统的应用价值。v4.4.数据与分析困难数据与分析困难v报警发生后要对监控录像进行分析，而漏报和误报更加重了进行数据分析的工作负担。另报警发生后要对监控录像进行分析，而漏报和误报更加重了进行数据分析的工作负担。另外安全人员经常被要求找出与报警事件相关的录像
19、资料，找到肇事者、确定责任或评估该外安全人员经常被要求找出与报警事件相关的录像资料，找到肇事者、确定责任或评估该事件的安全威胁程度。传统视频监控缺乏智能因素，录像数据无法被有效的分类存储更不事件的安全威胁程度。传统视频监控缺乏智能因素，录像数据无法被有效的分类存储更不要说是智能分析，因此数据分析及其耗时。要说是智能分析，因此数据分析及其耗时。v5.5.响应时间长响应时间长 v由于传统的视频监控系统通常在安全威胁发生时做出的响应和处理都比较慢，很多情况由于传统的视频监控系统通常在安全威胁发生时做出的响应和处理都比较慢，很多情况下会影响到多个安全相关的部门在最短的时间内协调配合，共同处理危机。这时
20、监控系统下会影响到多个安全相关的部门在最短的时间内协调配合，共同处理危机。这时监控系统的响应速度将直接关系到用户的人身或财产的损失情况。的响应速度将直接关系到用户的人身或财产的损失情况。为了解决上述导致视频监控效率低下的问题，人们尝试把计算机视觉中的相关技术为了解决上述导致视频监控效率低下的问题，人们尝试把计算机视觉中的相关技术引入到视频监控中，从而发展起来的新型视频监控技术引入到视频监控中，从而发展起来的新型视频监控技术智能视频监控。智能视频监控。3.3.2 智能视频监控的关键技术及优势智能视频监控的关键技术及优势 所谓智能视频监控，就是指采用智能视频分析算法，利用计所谓智能视频监控，就是指
21、采用智能视频分析算法，利用计算机视觉技术对视野范围内的目标进行行为分析和内容提取，算机视觉技术对视野范围内的目标进行行为分析和内容提取，当发现符合某种规则的行为（如越界、游荡、滞留等）发生时，当发现符合某种规则的行为（如越界、游荡、滞留等）发生时，自动发出提示信号，采取特定的对应措施（如声光报警、移动自动发出提示信号，采取特定的对应措施（如声光报警、移动监测并记录）或通知监控人员进行人工干预等。监测并记录）或通知监控人员进行人工干预等。v 智能视频分析技术（智能视频监控的关键技术）分为五部分：智能视频分析技术（智能视频监控的关键技术）分为五部分：v1.1.动态视频目标检测定位动态视频目标检测定
22、位v2.2.动态视频目标跟踪动态视频目标跟踪 v3.3.动态视频目标分类识别动态视频目标分类识别 v4.4.行为理解与描述行为理解与描述 v5.5.异常事件分析异常事件分析 智能视频监控系统较以往的视频监控系统有很大的区别，在智能视频监控系统较以往的视频监控系统有很大的区别，在很大程度上弥补了普通视频监控的缺陷，变被动的监控为主动很大程度上弥补了普通视频监控的缺陷，变被动的监控为主动识别。全天候可靠监控，减少了误报漏报，将监控人员从识别。全天候可靠监控，减少了误报漏报，将监控人员从“目目不转睛不转睛”和主观的分析判断中解放出来。和主观的分析判断中解放出来。（见图示）（见图示）3.3.3 智能视
23、频监控的应用与发展智能视频监控的应用与发展 智能视频监控系统的应用主要分为两大类：智能视频监控系统的应用主要分为两大类：v1.1.安全相关类应用安全相关类应用 安全相关类的应用主要包括：高级视频移安全相关类的应用主要包括：高级视频移动侦查、物体追踪、人脸识别、车辆识别、非动侦查、物体追踪、人脸识别、车辆识别、非法滞留等。目前，智能视频监控系统已经在高法滞留等。目前，智能视频监控系统已经在高端的安防市场有了多年应用，如地铁、机场、端的安防市场有了多年应用，如地铁、机场、监狱、军事基地和其他大型基础设施中。监狱、军事基地和其他大型基础设施中。v2.2.非安全相关类应用非安全相关类应用 这类应用主要
24、有：人数计算、人群控制、这类应用主要有：人数计算、人群控制、注意力控制和交通流量控制等。注意力控制和交通流量控制等。v智智能能视视频频监监控控的的应应用用与与发发展展3.4 仿真技术仿真技术v一、仿真的概念一、仿真的概念v仿真仿真：是利用模型实现系统中发生的本质过程，并：是利用模型实现系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。又称之为模拟。统。又称之为模拟。v仿真的基本思想：仿真的基本思想：是利用物理的或数学的模型来类是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求对真实过程的认识。它所比模仿现实过程，以寻求对真实过程
25、的认识。它所遵循的基本原则是相似性原理遵循的基本原则是相似性原理v计算机仿真技术：计算机仿真技术：是利用计算机科学和技术的成果是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真的系统模型，并在某些实验条件下对模建立被仿真的系统模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。型进行动态实验的一门综合性技术。仿仿真真技技术术用用于于军军事事研研究究北北京京奥奥运运会会开开幕幕式式智智能能模模拟拟仿仿真真3.4.1 仿真技术的特点仿真技术的特点v1.便于重复进行试验；便于控制参数；时间短、代价小。便于重复进行试验；便于控制参数；时间短、代价小。v2.可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效果，从而可
26、可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效果，从而可以从不同结构或不同参数的模型结果中选择最佳模型。以从不同结构或不同参数的模型结果中选择最佳模型。v3.对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但无法精确求对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但无法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统运行的数值结果。解的系统，可以通过仿真获得系统运行的数值结果。v4.对于随机性系统，可以通过大量的重复试验，获得其平均对于随机性系统，可以通过大量的重复试验，获得其平均意义上的特性指标。意义上的特性指标。正是由于计算机仿真技术具备以上特点，计算机仿真技正是由于计算机仿真技术具备以上特点，计算机仿真技术被广泛的应用于城
27、市轨道交通车务、机务、公务、电务等术被广泛的应用于城市轨道交通车务、机务、公务、电务等各个领域。各个领域。3.4.2 计算机仿真的适用范围计算机仿真的适用范围 计算机仿真技术适用于解决以下问题：计算机仿真技术适用于解决以下问题：v1.难以用数学公式表示的系统，或没有建立和求解数学模型难以用数学公式表示的系统，或没有建立和求解数学模型 的有效方法。的有效方法。v2.虽然可以用解析的方法解决问题，但数字的分析与计算过虽然可以用解析的方法解决问题，但数字的分析与计算过于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方法。于复杂，这时计算机仿真可能提供简单可行的求解方法。v3.希望能在短时间内观察到系统发
28、展的全过程，以估计某些希望能在短时间内观察到系统发展的全过程，以估计某些参数对系统行为的影响。参数对系统行为的影响。v4.难以在实际环境中进行试验和观察时，计算机仿真是唯一难以在实际环境中进行试验和观察时，计算机仿真是唯一可行的方法，例如地铁脱轨的研究。可行的方法，例如地铁脱轨的研究。v5.需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻找需要对系统或过程进行长期运行比较，从大量方案中寻找最优方案。最优方案。本章小结本章小结 本章介绍了地理信息系统技术、智能视频监控技术及计本章介绍了地理信息系统技术、智能视频监控技术及计算机仿真技术的功能及应用。这些技术已广泛应用于各行算机仿真技术的功能及应用
29、。这些技术已广泛应用于各行业，同时也是城市轨道交通运营安全保障的技术基础。业，同时也是城市轨道交通运营安全保障的技术基础。思考题：思考题：1.查阅资料，分析智能视频监控的应用与发展。查阅资料，分析智能视频监控的应用与发展。2.仿真技术的特点是什么？仿真技术的特点是什么？3.计算机仿真适应的范围。计算机仿真适应的范围。作业题：作业题：1.地理信息系统的主要功能是什么？地理信息系统的主要功能是什么？2.城市轨道交通运营安全保障的技术基础有哪些？城市轨道交通运营安全保障的技术基础有哪些？3.计算机仿真技术的一般步骤有哪些？计算机仿真技术的一般步骤有哪些？4.地理信息系统的组成部分有哪些？地理信息系统的组成部分有哪些？
