数字孪生在轨交安保立体防控中的应用.pdf
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1、公共安全领域数字李生技术应用实践探析数字李生在轨交安保立体防控中的应用李胜广高彬李刚公安部第一研究所摘要:以三维地理信息为基础支撑,利用数字李生技术构建三维模型,融合虚拟模型和实际物理场景,虚实互动,构建轨交安保实战应用平台,提供轨道交通立体防控的全景视角,实现整体态势、客流统计、监测预警、安保指挥等多维度业务功能,完成突发事件应急反应、全域协调联动、就近调度资源,最终提升轨道交通立体防控安保创新,保障城市轨道交通的安全运行。关键词:数字李生轨交安保立体防控虚实互动图2 轨交传统安防监控画面针对轨道交通地铁站内安保立体防控业务需求,安保实战痛点主要表现在如下多个方面:地铁运行线路长、站点多,站
2、内环境、人员态势、报警事件等数据无法直观掌控。地铁站内监控视频资源多,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。轨道交通传统安防监控通常以视频墙的方式进行展现,缺点体现在二维平面不直观、画面割裂看不懂、数据分散难管理、业务众多难应用。安保人员位置、安保装备部署等安保力量分配情况不明确,无法Modeling)技术,对各类重要部位进行视频图像与三维地理引言信息场景融合,集成三维地理信息视频融合系统,以二维、截至2 0 2 2 年底,中国大陆地区共有55个城市开通城市三维等多种地图展现,采用三维地理信息系统与BIM相结合轨道交通(地铁、市域快轨、跨座式单轨、有轨电车、导轨的方式实现。
3、式胶轮系统、电子导向胶轮系统、轻轨、磁浮交通),运营线路30 8 条,运营线路总长度突破1万公里,达到10287.45公里,同比增长11.9 1%。客流量方面,2 0 2 2 年全年累计完成客运量19 3.0 2 亿人次,城轨交通客运量占公共交通客运总量的分担比率为45.8 2%。随着疫情防控政策的放开,城市交通主动脉轨道交通又恢复了往日的热闹。图1地铁站点大客流场景中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要提出:实现车站的全息感知、自动运行、全景监控、自主服务及其与周边商业、公共服务设施的一体化信息共享及联动的应用。建立车站智能公共突发事件应急响应管控体系,完善公共突发事件(含卫生安全等)应急预案,在
4、线网应急指挥中心的组织协调下妥善应急处置。GB51151-2016城市轨道交通公共安全防范系统工程技术规范实施指南中提出:在安防集成平台的应用上,建议结合建筑信息模型(BIM,Bu ild in g I n f o r m a t io n形成可视化宏观掌控场景。多业务监测数据独立运行,位置来源不清晰,不能形成一个可视化应用。面对这些业务问题,本文旨在研究如何利用数字李生技术,通过三维地理信息叠加安防感知数据,实现整体态势一张图的轨交安保实战应用平台,以满足轨道交通安保立体防控应用。一、数字李生的要素特征数字李生(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,
5、通过在实体世界,以及数PoliceTechnology2023年第4期 2 7专题字虚拟空间中,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。数字李生的五大要素:物理实体、虚拟李生体、数据、关联、服务。物理实体包含物理世界中的各个物件、系统以及传感设备。其中,传感设备由于实时收集物件和系统的状态与相应数据。虚拟空间等价李生体可以理解为数字李生体,用于在数字空间中表征对应的物理实体,包括实体的属性、特征等各维度参数。数据既包括直接获取得到的物理实体的数据也包含数字空间中生成的数据。关联代表各部分之间的实时联系,物理数据被传输到数字模型中,数字李生生成的数据反
6、馈给物理实体便于调整与优化。服务则代表数字李生整个系统产出的结果与对现实的意义。数字李生的三大核心特征:实时闭环、数据支撑、高保真与交互性。数字李生基于计算机软件对随时间变化的物理实体进行实时状态表征、同时通过仿真、模拟等操作进行反馈、优化物理实体,具备实时性与闭环性。数据驱动反应了数字李生的特征与本质,以数据流通与高效利用实现协助优化物理世界。数字李生的出现根本在于感知、网络、大数据、人工智能、控制、建模等技术的广泛应用。二、轨交安保实战应用平台轨道交通安保中数字李生应用指利用物联网技术、地理信息技术以及智能建筑城市模型等将物理轨道交通相关设施转化为虚拟数字轨道交通模型,构建地铁站承载底座,
7、结合站点建筑信息模型、视频监控系统、智能分析系统及物联感知系统,实现地铁监测及运行数据时间、空间一体化呈现,应用时空位置智能算法,实现地铁站点、站线、站网一张图监测感知、事件联动及运营调度应用。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,利用视频监控、人脸识别、三维地理、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“李生”的数字轨道交通。轨交安保实战应用平台,是以数字李生和虚实融合技术打造的数字李生平台,集成人工智能和物联网数据,构建出实
8、时更新、现场感极强的轨道交通实景一张图,从而支撑安保指挥决策。(一)系统架构轨交安保实战应用平台架构参见图3。轨交安保实战应用平台关键核心是三维地理信息数字李生服务模块,该模块采用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、安保装备数据、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。通过虚实融合技术,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,36 0 全方位有效直观管理地铁站点场景内的离散视频、监测数据及安保装备分布位置,做到有序管控和指挥调度。多把端眼示e图3轨交安保实战应用平台架构图三维地理信息数字李生服务模块通过三维实景
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