一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统

摘要

本发明公开了一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统，用于及时发现地铁运营中的安全问题和安全隐患，包括：传感器子系统，数据传输子系统，服务器和用户端，其中，服务器上设有数据库子系统，数据处理子系统，应用子系统；传感器子系统将获取的数据通过数据传输子系统写入数据库子系统，管理人员使用用户端通过数据传输子系统连接到服务器后选取所要使用的应用，应用子系统根据管理人员选取的应用选择数据库子系统中的相应的环境信息和预设的判断信息并将其发送给数据处理子系统，并由数据处理子系统进行数据分析与处理，并将分析的数据结果返回给相应的应用单元，由相应的应用单元通过可视化展示管理单元将分析的数据结果进行可视化展示。

说明书

技术领域

本发明涉及地铁安全技术领域，特别涉及一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统。

背景技术

地铁因其具备节省土地，减少噪音，节约能源，减少污染，运输量大，占用地上面积少，运输速度快等特点，正越来越受到大众的青睐。当前，地铁已成为全球范围内大中城市人民出行必不可少的交通工具，在世界各地得到了长足的发展。目前，全球建设有地铁的城市已达120多座，并保持着每年新增2 座城市的速度快速发展。

我国第一条地铁建设于1971年1月，到2014年我国投入运营地铁的城市已增至22座，共有95条地铁投入运营。近几年，随着地铁建设技术的不断完善，我国地铁的通车里程处于高速的增长趋势。

随着地铁的高速发展和建设，地铁建设和运营过程中，尤其是运营中的安全问题，由于其所处空间以及人员密集、影响广泛等特殊性，也越来越多的得到人们乃至整个社会的重视。

如何高效、准确的监测地铁日常运营中地下运营空间的安全状态，从而及时发现安全问题和安全隐患，保证人民出行安全，准确的应对即将、甚至是已经发生的安全事故，成为了地铁运营过程中的重要问题。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统，主要针对地铁地下运营空间，例如地下车站、通道等，集空间环境、消防和安防设备状态、运输设施、客流人员等核心要素，实现实时监测、分析预警、排查治理、应急响应于一体的智能化管控平台，电子化、智能化、全天候的监控各种运营细节和设施状态，通过创新的集成技术以及大数据分析功能，将地铁运营中的各种安全风险和隐患降到最低，甚至防患于未然，确保地铁运营过程中人身和财产安全，有力的保障地铁的安全运营。

本发明提供的一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统，包括：

传感器子系统，数据传输子系统，服务器和用户端，其中，服务器上设有数据库子系统，数据处理子系统，应用子系统；

所述传感器子系统用于对环境信息进行感知，包括摄像头、烟雾传感器、有毒气体传感器、PM2.5检测器中的一种或多种；

所述数据传输子系统用于传感器子系统和服务器之间，以及用户端和服务器之间的数据传输；

所述数据库子系统用于存储地铁地下运营空间的环境信息、预警信息以及预设的判断信息，包括环境监测及预警数据库、消防监测及预警数据、监控视频数据库、GIS列车动态运行数据库、风险源数据库和应急响应数据库中的一种或多种；

所述数据处理子系统用于对数据库子系统中的数据进行分析处理，包括数据预处理单元、数据分析单元和数据统计单元；

所述应用子系统用于根据不同的应用单元选择相应的环境信息和预设的判断信息发送给数据处理子系统，并由数据处理子系统进行数据分析与处理，并将分析的数据结果返回给相应的应用单元；包括环境预警单元、火灾消防预警单元、安防监控与联动管理单元、智能视频分析与报警单元、风险源信息管理单元、设备及信息数据采集管理单元、GIS信息管理单元中的一种或多种以及数据可视化展示管理单元；所述分析的数据结果包括预警级别；

所述用户端用于选取、使用应用，显示应用内容；包括电脑端、智能手机端和平板电脑端中的一种或多种；所述应用内容包括预警消息；

传感器子系统将获取的数据通过数据传输子系统写入数据库子系统，管理人员使用用户端通过数据传输子系统连接到服务器后选取所要使用的应用，应用子系统根据管理人员选取的应用选择数据库子系统中的相应的环境信息和预设的判断信息并将其发送给数据处理子系统，并由数据处理子系统进行数据分析与处理，并将分析的数据结果返回给相应的应用单元，由相应的应用单元通过可视化展示管理单元将分析的数据结果通过用户端对管理人员进行可视化展示。

优选的，所述数据传输子系统，使用异步传输技术，在传送资料时，数据传输子系统将数位资料切割成多个固定长度的封包之后利用光纤或DS1/DS3 传送，到达传送目标后再重新组合。

优选的，

所述传感器子系统，还用于在增加传感器时，实时将所增加的传感器的信息发送给数据处理子系统，所述传感器的信息包括传感器的用途、使用位置以及传感器的可靠性；

所述数据处理子系统，还用于实时分析所述传感器子系统的可靠性，所述可靠性以传感器子系统的正常使用率表示，所述传感器子系统的正常使用率由正常使用率由系统正常使用率计算公式得到，所述系统正常使用率计算公式为：

其中，

其中，S(t)为传感器子系统的系统正常使用率，m为传感器子系统中所测量信息的种类的数量，n为用于测量该种类的独立的传感器的数量，Q(t)为传感器的正常使用率，t为传感器的使用时间，μ(t)为传感器的故障恢复率，λ(t)为传感器的故障率；

当传感器子系统的正常使用率小于预设的警戒值时，数据处理子系统向数据库子系统写入预警信息，并向用户端发送预警信息。

优选的，

所述传感器子系统包括有毒有害气体传感器、PM2.5传感器、CO2浓度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器、噪声强度传感器，感温光纤；

所述环境预警单元，

其对应的环境信息包括：有毒有害气体信息，PM2.5信息，CO2浓度信息，空气湿度信息，空气温度信息，噪声强度信息，通风及空调设备的空间位置、型号、维修检测和运行信息；

其对应的预设的判断信息包括：危险源判断信息、隐患级别判断信息、监测点判断信息、影响等级判断信息、预警判断信息。

优选的，

所述传感器子系统包括烟雾传感器、空气温度传感器、声光传感器；

所述火灾消防预警单元，

其对应的环境信息包括：烟雾信息、空气温度信息、声光信息、消防报警设备报警信息、播音器的空间位置、型号、维修检测和运行信息、消防主机和水系统设施的空间位置、型号、维修检测和运行信息，包括水系统设施的压力、液位信息；

其对应的预设的判断信息包括：危险源判断信息、隐患级别判断信息、监测点判断信息、影响等级判断信息、预警判断信息。

优选的，

所述传感器子系统包括摄像头；

所述安防监控与联动管理单元，

其对应的环境信息包括：电子地图信息、设备流程联动管理设备的运行信息和安防设备的空间位置、型号、维修检测和运行信息；所述安防设备包括震动光缆设备、红外对射报警设备、摄像头、门禁管理设备、电梯状态监测与控制管理设备、广播及远程语音管理设备；

其对应的预设的判断信息包括：入侵判断信息、入侵点判断信息、入侵等级判断信息、预警判断信息。

优选的，

所述应用子系统包括环境预警单元、火灾消防预警单元、安防监控与联动管理单元、智能视频分析与报警单元、风险源信息管理单元、设备及信息数据采集管理单元、GIS信息管理单元以及数据可视化展示管理单元；

所述数据可视化展示管理单元，用于对数据库子系统中的数据进行实时可视化展示，以及对环境预警单元、火灾消防预警单元、安防监控与联动管理单元、智能视频分析与报警单元、风险源信息管理单元、设备及信息数据采集管理单元、GIS信息管理单元中的数据进行实时可视化展示；所述可视化展示包括：对数据和信息的可视化渲染和展示，对数据和信息以多维的图标、曲线态势图的形式进行展示，对数据图表的叠加、数据推演的可视化展示。

优选的，

所述应用子系统选择与火灾消防预警单元相应的环境信息和预设的判断信息发送给数据处理子系统，所述相应的环境信息包括烟雾信息、空气温度信息、声光信息、消防报警设备报警信息，所述预设的判断信息包括危险源判断信息；

数据处理子系统根据所述相应的环境信息和所述预设的判断信息进行数据分析与处理得到判断结果，所述判断结果包括危险源判断结果；

所述危险源判断结果由以下方法得到：

将地铁地下运营空间依据检测难度和逃离难度的不同分为不同检测区域，所述不同区域包括运行封闭区、候车区、站内步行区、站外区；

所述不同的环境信息均包括环境信息数值、检测区域、传感器的检测概率以及传感器正常工作的概率、虚报的概率和漏检的概率，所述不同的环境信息包括烟雾信息、空气温度信息、声光信息、消防报警设备报警信息；

当一个或多个环境信息数值超过预设的阈值时，将由第一公式得到的位置确定为危险源的位置，并作为危险源判断结果，所述第一公式为：

其中，L为危险源可能的位置，i为检测到环境信息数值超过预设的阈值的传感器；P_i为当L处出现危险源时，第i个传感器应该检测到的概率，对于同一类传感器，不同的检测区域，其概率值不同；j为检测到环境信息数值不超过预设的阈值的传感器；P_j为当L处出现危险源时，第j个传感器应该检测到的概率，对于同一类传感器，不同的检测区域，其概率值不同；P_wi和P_ei分别为第i个传感器的正常工作的概率和虚报的概率；P_wj和P_ej分别为第j个传感器的正常工作的概率和漏检的概率。

优选的，

所述数据处理子系统，还用于实时分析人群疏散时间，当所述疏散时间超过预设的疏散时限时，数据处理子系统向用户端发出预警信息；

所述分析人群疏散时间，为根据疏散公式或仿真得到；

所述疏散公式或仿真中的人数条件，包括站内人数和站外人数；

所述站内人数，为通过各车站的门禁系统和列车的位置得到；

所述站外人数，为通过对摄像头的拍摄数据进行分析得到。

优选的，

所述数据处理子系统，还用于在疏散人群时，发送人群疏散方案至客户端，所述人群疏散方案包括人群疏散指挥点的位置和每个指挥点对人流的指挥方向；

所述人群疏散方案为根据当前人群的数量和位置对疏散的时间进行优化得到，所述优化的约束条件为人群疏散指挥点的数量，所述当前人群的数量和位置为通过对摄像头的拍摄数据进行分析得到。

本发明的一些有益效果可以包括：

本发明提供的一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统，能解决地铁地下运行空间重点安全要素的监测实时化以及安全风险管控工作量大，细节处理不够全面和及时的问题，从而提升地铁地下空间中安全管理工作的大范围、全覆盖、全信息化的综合保障能力。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明实施例中一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统的示意图。如图1所示，本发明提供的一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统，包括：

传感器子系统，数据传输子系统，服务器和用户端，其中，服务器上设有数据库子系统，数据处理子系统，应用子系统；

所述传感器子系统用于对环境信息进行感知，包括摄像头、烟雾传感器、有毒气体传感器、PM2.5检测器中的一种或多种；

所述数据传输子系统用于传感器子系统和服务器之间，以及用户端和服务器之间的数据传输；

所述数据库子系统用于存储地铁地下运营空间的环境信息、预警信息以及预设的判断信息，包括环境监测及预警数据库、消防监测及预警数据、监控视频数据库、GIS列车动态运行数据库、风险源数据库和应急响应数据库中的一种或多种；

所述数据处理子系统用于对数据库子系统中的数据进行分析处理，包括数据预处理单元、数据分析单元和数据统计单元；

所述应用子系统用于根据不同的应用单元选择相应的环境信息和预设的判断信息发送给数据处理子系统，并由数据处理子系统进行数据分析与处理，并将分析的数据结果返回给相应的应用单元；包括环境预警单元、火灾消防预警单元、安防监控与联动管理单元、智能视频分析与报警单元、风险源信息管理单元、设备及信息数据采集管理单元、GIS信息管理单元中的一种或多种以及数据可视化展示管理单元；所述分析的数据结果包括预警级别；

所述用户端用于选取、使用应用，显示应用内容；包括电脑端、智能手机端和平板电脑端中的一种或多种；所述应用内容包括预警消息；

传感器子系统将获取的数据通过数据传输子系统写入数据库子系统，管理人员使用用户端通过数据传输子系统连接到服务器后选取所要使用的应用，应用子系统根据管理人员选取的应用选择数据库子系统中的相应的环境信息和预设的判断信息并将其发送给数据处理子系统，并由数据处理子系统进行数据分析与处理，并将分析的数据结果返回给相应的应用单元，由相应的应用单元通过可视化展示管理单元将分析的数据结果通过用户端对管理人员进行可视化展示。

由于系统中承载庞大的监测、预警等信息数据，且数据形式多样，包括数据图表、图形、视频图像、语音传输等多种模式，故在数据传输层面的安全性、速率上及网络传输环境上需要技术上的保障，为了实现各种QoS(服务质量)，在本发明的一个优选实施例中，所述数据传输子系统，使用异步传输技术，在传送资料时，数据传输子系统将数位资料切割成多个固定长度的封包之后利用光纤或DS1/DS3传送，到达传送目标后再重新组合。

为了防止传感器子系统出现故障，难以及时进行监测和预警，在本发明的一个实施例中，对传感器子系统的可靠性进行实时监控，

所述传感器子系统，还用于在增加传感器时，实时将所增加的传感器的信息发送给数据处理子系统，所述传感器的信息包括传感器的用途、使用位置以及传感器的可靠性；

所述数据处理子系统，还用于实时分析所述传感器子系统的可靠性，所述可靠性以传感器子系统的正常使用率表示，所述传感器子系统的正常使用率由正常使用率由系统正常使用率计算公式得到，所述系统正常使用率计算公式为：

其中，

其中，S(t)为传感器子系统的系统正常使用率，m为传感器子系统中所测量信息的种类的数量，n为用于测量该种类的独立的传感器的数量，Q(t)为传感器的正常使用率，t为传感器的使用时间，μ(t)为传感器的故障恢复率，λ(t)为传感器的故障率；

当传感器子系统的正常使用率小于预设的警戒值时，数据处理子系统向数据库子系统写入预警信息，并向用户端发送预警信息。

为了提供统一的空间环境监测及控制工作平台，实现对地铁地下空间环境质量包括有毒有害气体、PM2.5、CO2浓度、空气湿度等的监测以及重大危险源、隐患级别、监测要点、影响等级等信息的管理，支持空间质量监测信息的上报、审查、评估、分类、分析和处理功能。在本发明的一个优选实施例中，

所述传感器子系统包括有毒有害气体传感器、PM2.5传感器、CO2浓度传感器、空气湿度传感器、空气温度传感器、噪声强度传感器，感温光纤；

所述环境预警单元，

其对应的环境信息包括：有毒有害气体信息，PM2.5信息，CO2浓度信息，空气湿度信息，空气温度信息，噪声强度信息，通风及空调设备的空间位置、型号、维修检测和运行信息；

其对应的预设的判断信息包括：危险源判断信息、隐患级别判断信息、监测点判断信息、影响等级判断信息、预警判断信息。

这样不仅为实现环境质量及危险源监测、环境质量预警管理、通风及空调设备运行监测与控制管理、能耗及节能分析管理等的实现完成基础数据处理，还能简化处理流程，使相应管理功能的实现更加快速灵活。不仅可以对超过预设标准的情况及时发出预警通知，还能利用通风、空调设备达到对环境质量的控制管理的基本管理，同时还可利用大数据分析对这些控制设备能源消耗的用量进行管理，从而实现减少浪费、合理用能的目的。

为了实现实时监测消防设备的日常状态，消防日常监督。在出现异常情况时，系统可自动获取异常点位，并及时进行报警和通知，且能与联动功能配合，实现公共广播功能模块之间的联动控制。在本发明的一个优选实施例中，

所述传感器子系统包括烟雾传感器、空气温度传感器、声光传感器；

所述火灾消防预警单元，

其对应的环境信息包括：烟雾信息、空气温度信息、声光信息、消防报警设备报警信息、播音器的空间位置、型号、维修检测和运行信息、消防主机和水系统设施的空间位置、型号、维修检测和运行信息，包括水系统设施的压力、液位信息；

其对应的预设的判断信息包括：危险源判断信息、隐患级别判断信息、监测点判断信息、影响等级判断信息、预警判断信息。

为了提供丰富的预案和流程管理功能，方便根据实际业务流程的特点，制定各种自动、半自动的智能化联动模式。在本发明的一个优选实施例中，

所述传感器子系统包括摄像头；

所述安防监控与联动管理单元，

其对应的环境信息包括：电子地图信息、设备流程联动管理设备的运行信息和安防设备的空间位置、型号、维修检测和运行信息；所述安防设备包括震动光缆设备、红外对射报警设备、摄像头、门禁管理设备、电梯状态监测与控制管理设备、广播及远程语音管理设备；

其对应的预设的判断信息包括：入侵判断信息、入侵点判断信息、入侵等级判断信息、预警判断信息。

为了实现对地铁地下运营空间采集到的所有数据进行管理及实时快速查询、调取及展示，实现对地铁运营中的监测数据、基础信息数据等所有与地铁运行安全相关的数据进行对接及集成管理。尤其是对环境预警、火灾消防预警、安防监控与联动管理、智能视频分析与报警、风险源信息管理、设备及信息数据采集管理、GIS信息管理等数据的统一实时调取、归档、筛选、分析、导出及预警等的实现。在本发明的一个优选实施例中，

所述应用子系统包括环境预警单元、火灾消防预警单元、安防监控与联动管理单元、智能视频分析与报警单元、风险源信息管理单元、设备及信息数据采集管理单元、GIS信息管理单元以及数据可视化展示管理单元；

所述数据可视化展示管理单元，用于对数据库子系统中的数据进行实时可视化展示，以及对环境预警单元、火灾消防预警单元、安防监控与联动管理单元、智能视频分析与报警单元、风险源信息管理单元、设备及信息数据采集管理单元、GIS信息管理单元中的数据进行实时可视化展示；所述可视化展示包括：对数据和信息的可视化渲染和展示，对数据和信息以多维的图标、曲线态势图的形式进行展示，对数据图表的叠加、数据推演的可视化展示。

由于传感器有出现故障的可能，且即使正常工作情况下，也可能有虚报或者漏检的可能，为了更准确的判断危险源的位置，需要考虑这种可能性，因此，在本发明的一个优选实施例中，

所述应用子系统选择与火灾消防预警单元相应的环境信息和预设的判断信息发送给数据处理子系统，所述相应的环境信息包括烟雾信息、空气温度信息、声光信息、消防报警设备报警信息，所述预设的判断信息包括危险源判断信息；

数据处理子系统根据所述相应的环境信息和所述预设的判断信息进行数据分析与处理得到判断结果，所述判断结果包括危险源判断结果；

所述危险源判断结果由以下方法得到：

将地铁地下运营空间依据检测难度和逃离难度的不同分为不同检测区域，所述不同区域包括运行封闭区、候车区、站内步行区、站外区；

所述不同的环境信息均包括环境信息数值、检测区域、传感器的检测概率以及传感器正常工作的概率、虚报的概率和漏检的概率，所述不同的环境信息包括烟雾信息、空气温度信息、声光信息、消防报警设备报警信息；

当一个或多个环境信息数值超过预设的阈值时，将由第一公式得到的位置确定为危险源的位置，并作为危险源判断结果，所述第一公式为：

其中，L为危险源可能的位置，i为检测到环境信息数值超过预设的阈值的传感器；P_i为当L处出现危险源时，第i个传感器应该检测到的概率，对于同一类传感器，不同的检测区域，其概率值不同；j为检测到环境信息数值不超过预设的阈值的传感器；P_j为当L处出现危险源时，第j个传感器应该检测到的概率，对于同一类传感器，不同的检测区域，其概率值不同；P_wi和P_ei分别为第i个传感器的正常工作的概率和虚报的概率；P_wj和P_ej分别为第j个传感器的正常工作的概率和漏检的概率。

由于传感器有出现故障的可能，且即使正常工作情况下，也可能有虚报或者漏检的可能，为了更准确的做出预警判断，需要考虑这种可能性，因此，在本发明的一个进一步优选实施例中，对不同检测区域采用不同的预警设置，包括：

对于不同的预警信息，根据仪器设备正常工作的概率，得到不同类型的预警的准确率；

不同检测区域按照虚预警造成的损失和漏预警造成的损失设置不同的预警权重；

对不同预警权重的区域使用不同的预警准确率作为预警等级划分的标准值。

为了在发生危险时，能够及时进行人群疏散，需要时刻监控人群的疏散时间，从而针对性的开放某些区域增加人群疏散速度，在本发明的一个实施例中，

所述数据处理子系统，还用于实时分析人群疏散时间，当所述疏散时间超过预设的疏散时限时，数据处理子系统向用户端发出预警信息；

所述分析人群疏散时间，为根据疏散公式或仿真得到；

所述疏散公式或仿真中的人数条件，包括站内人数和站外人数；

所述站内人数，为通过各车站的门禁系统和列车的位置得到；

所述站外人数，为通过对摄像头的拍摄数据进行分析得到。

为了在发生危险时，能够及时进行人群疏散，需要优化疏散人群的指挥点和指挥信息，在本发明的一个实施例中，

所述数据处理子系统，还用于在疏散人群时，发送人群疏散方案至客户端，所述人群疏散方案包括人群疏散指挥点的位置和每个指挥点对人流的指挥方向；

所述人群疏散方案为根据当前人群的数量和位置对疏散的时间进行优化得到，所述优化的约束条件为人群疏散指挥点的数量，所述当前人群的数量和位置为通过对摄像头的拍摄数据进行分析得到。

本发明提供的一种地铁地下运营空间安全监测与预警系统，能解决地铁地下运行空间重点安全要素的监测实时化以及安全风险管控工作量大，细节处理不够全面和及时的问题，从而提升地铁地下空间中安全管理工作的大范围、全覆盖、全信息化的综合保障能力。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和 /或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/ 或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。