城市轨道交通网络运营安全监控体系研究-成果小结.doc

城市轨道交通网络运营安全监控体系研究主要研究单位：上海轨道交通技术研究中心上海申通轨道交通研究咨询有限公司主要研究人员：宋键、刘加华、陈菁菁、张琦、张琼燕、洪翔、周巧莲、张立东、胡少峰、刘扬、白涛、邓奇、金碧筠 一、研究背景城市轨道交通系统在通过各专业系统的协同运作进行运转过程中，各专业系统自身以及专业系统之间均会产生导致事故故障的风险源，成为影响系统安全可靠运转的重要因素。网络化运营阶段，由于系统运行关联程度高，往往会产生多线多工况多系统的风险，对风险监控能力提出新的要求，需要能够对各类风险进行全面梳理，构建运营安全监控体系，结合人工和设备自动化监控以及在线和离线检（监）测等方式，实现对各系统以及网络各类风险的全覆盖监控，为日常的运营维护和突发情况下的应急处置及时提供预警报警信息，提升网络化运营管理的风险监控水平。而目前，上海轨道交通已经针对基础设施、公共安全、运营设施等设施设备以及人员配置有安全监控系统，但对于关键岗位人员状态、隧道结构状态、车辆等方面的安全监控水平则较为薄弱，需要在网络化运营阶段进一步加强监测监控水平。因此，本研究通过系统性分析，重点明确所需检测、监测和预报的内容，构建网络运营安全监控体系的基本框架，理顺运营安全监控体系与运营、维护业务管理系统的关系，梳理下一阶段需要重点补充和完善的监控手段，对下一步进行系统设计与开发提供参考依据和指导性意见，运营安全监控体系的不断完善，从而建设一个全方位多系统监测的运营安全监控体系，实现对各类风险的全覆盖监控，及时提供准确的预警报警信息，变“被动防御”为“主动预防”，有力保障运营维护和应急管理业务的顺畅运作。本研究被列为企业级科研项目。二、主要研究内容本研究针对国内外概况、城市轨道交通安全监控发展需求、运营安全监控体系构成以及运营安全预警装备等4项内容开展研究，研究成果符合项目建议书的各项考核目标。（一）国内外概况通过对北京、广州、深圳、香港、高雄、上海、新加坡、纽伦堡、东京等国内外城市轨道交通安全监控现状的分析，目前安全监控系统呈现出“构建集成化、管理层次化、覆盖全面化”的主要特点。（二）需求分析上海轨道交通需要能够对影响正常运营的内外部风险隐患进行有效监控。1.外部风险隐患外部风险隐患主要包括自然灾害、公共安全和公共卫生，此类风险隐患一般难以避免，主要通过借助社会专业性预警系统进行实时监视和在线监测。对于自然灾害，大风和地震仅依靠社会专业性预警系统难以完全满足城市轨道交通系统运营需要，存在进一步完善预警设备的必要性。对于公共安全，车站、控制中心、列车、车辆基地等重要的场所需要配置视频监控系统、入侵报警系统、危险品检测、毒气检测、烟气检测以及人体识别方面的预警设备，纳入到城市轨道交通安全监控体系之中。对于公共卫生，依靠社会专业性预警系统能够较好的满足安全监控与预警要求。2.内部风险隐患内部风险隐患主要包括运营设施设备、基础设施设备、关键岗位人员等。城市轨道交通系统中运营设施设备中的环控设备、通信设备、供电设备、车站设备以及车辆基地车站设备等均已配置有BAS、FAS、SCADA等专业监控系统进行实时监控，并辅以人工巡检，能够较好的满足运营需要，对于线路客流也配置有TOSS系统进行监控预警，而车辆和信号系统中的轨旁设备进行实时监测具有较大难度，将作为下一阶段安全监控需要重点关注的对象。城市轨道交通系统基础设施主要包括桥梁、隧道、轨道、路基等，需要采取有效且多样化的手段，实现实时监测和及时预警。轨道交通运营相关的关键岗位主要有列车司机、行车调度、车站值班员、车辆段值班员、车站工作人员和维护巡检员，需要对这些关键岗位人员进行有效的监控，能够及时预警，以提升运营的安全可靠性。（三）体系构成1.总体目标上海轨道交通运营安全监控体系的建设目标为“多式融合、实时监视、在线检测、准确判别、及时预报”。2.建设要求上海轨道交通运营安全监控体系的建设要求为“突出重点，全面覆盖”、“高度灵敏、智能诊断”和“适应性强、及时预报”。3.功能定位运营安全监控体系将地域上分散、组织管理上松散的各个设施设备监测检测系统有机组合起来，以预防、预报、预警的方式将事件或事故消灭在萌芽状态为目标，建立集监测、评估和预警为一体的，能够对城市轨道交通的通信信号设备、电力设备、环境、站段设备、车辆状态、线路状态等进行综合监控，通过数据共享平台对相关监控信息进行统一管理，在实现数据共享的基础上，为各类运营维修以及应急处置决策提供支持，以便充分保障城市轨道交通运营的安全，主要包括现场监测、数据交互、分析认证、预（报）警与反馈四方面功能。4.体系框架运营安全监控体系由城市轨道交通系统应对各类危害因素和突发事件建立而成，具有“监、测、报”功能，主要包括运营设施设备状态监测预警系统、基础设施状态监测预警系统、综合监控系统、公共安全监控预警系统、在线人员工作状态监督预警系统、社会联动响应预警系统等6项子系统。图1 城市轨道交通运营安全监控体系的基本框架5.运转机制运营安全监控体系主要按照“监测分析预警继续监测”的流程进行循环运作，直至现场应急处置完毕，恢复到正常运营状态。风险监测主要对风险数据和信息进行采集，与设定的预警指标进行安全对比，当超过指标阈值时，将相关信息传递至分析系统；当不超过指标阈值时，作为历史数据进行储存。 超过指标阈值的信息，根据预设目标进行风险分析评估，当超过预设目标值时，触发预警，完成预警报警；当不超过预设目标值时，作为重点关注信息，实时关注其发展动向，暂不进行预警报警。当进行预警报警时，需要根据突发事件的危害程度、发生场所、影响范围等因素，设定不同的预警级别，便于统筹应急资源，更具针对性地开展最为有效的养护维修与应急处置作业。同时，针对现场的状态继续依托监测系统进行实时监视和在线检测，对新衍生出的风险进行监控。 风险监测风险分析风险评估现场监测手段异常情况安全对比预警指标预设目标分级预警现实状态在线监控系统图2 运营安全监控体系的运转机制图6.相互关系运营安全监控体系在采集各类监测检测数据信息的基础上，通过建立评价指标体系，明确不同的预警等级标准。对于不直接影响到正常运营的一般性预警类信息主要传递至运营管理业务体系和维护保障业务体系，采取相应的措施进行日常的运营服务优化以及养护维修作业；对于直接影响到正常运营、需要立即进行应急抢修或救援的应急性预警类信息传递至应急管理业务体系，触发相应的应急预案进行应急处置。图3 与运营管理、维护保障和应急管理体系的关系示意图（四）安全预警装备针对隧道与桥梁的安全风险监控，建议在既有光学水准仪、全站仪、普通量具以及GRP5000型激光扫描设备的基础上，后续配置超声回弹仪、超声脉冲仪或地探雷达扫描仪以及增购GRP5000型激光扫描设备，并研究GRP5000型设备置于列车进行高速检测和测缝计初期进行埋设方案的可行性。同时，跟踪非线性阻尼探质技术、新型光纤传感技术、近景摄影技术，在条件成熟时，适时配置，提升检测效率和准确性。针对轨道及路基的安全风险监控，建议重点针对钢轨内应力、轨脚伤损、路基和钢轨绝缘性进一步开展实时监测技术的研究，配置相应的在线预警设备，提升安全监控水平。针对车辆系统的安全风险监控，建议对既有车辆增设火灾预警系统，并实现对空调机组的运行状态的监测，提供温度报警信息。此外，重点针对导致列车脱轨的风险以及牵引系统、辅助系统、车门、关键继电器等系统部件进一步跟踪预警技术的发展情况，在条件成熟时，适时应用，配置相应的预警设备。针对信号系统的安全风险监控，重点加强对车辆基地轨道电路电压异常、液压转辙机的自动化诊断预警技术的研究，通过对车辆基地轨道电路运行数据和转辙机运行数据进行长期监测，积累故障判断经验数据，进一步形成自动化诊断预警的专家系统。同时，建议对网络流量过载、丢失网络节点等关键事件实现监测预警。针对公共安全的风险监控，建议增加客流密集度的预报功能以及探测毒气、生化物品的设备，并跟踪智能视频分析技术的发展情况，在条件成熟时，适时应用。针对人员工作状态的风险监控，建议在列车司机室、控制中心等处增设视频监控设备，并通过与人脸识别系统等分析软件的融合，优化完善专用无线通信系统的相关模块，有效对关键岗位人员状态进行在线监测与预警。同时，研究并开发适用于上海轨道交通的在线传感器系统，对列车司机、行车调度等运营关键岗位人员状态进行在线实时监测预警。针对自然灾害的风险监控，建议在高架区段安装风速仪等监测设备，提升轨道交通沿线的气象监控预警能力；并借鉴日本轨道交通经验，开展建立专属于上海轨道交通地震监测系统的可行性研究；同时，进一步挖掘地铁热线和网络安全保卫总队的预警作用，并积极开展生物识别技术和智能视频监控技术的应用研究；此外，建议尽快进行网络与信息安全的统一规划和安全设计，进一步强化与国家与上海市网络信息安全预警系统的接口关系和响应机制，提升上海轨道交通的信息安全预警能力。三、创新特色1. 前瞻性强，国内首次提出城市轨道交通网络运营安全监控体系的框架通过分析城市轨道交通安全监控发展趋势，全面梳理外部和内部风险隐患，在国内城市轨道交通行业内首次提出一个全方位多系统多方式的运营安全监控体系，能够为日常运营维护和应急处置提供信息支持，也可为全国城市轨道交通进行安全风险监控管理提供值得借鉴的依据和经验。2. 系统性强，采用系统工程理念针对运营安全风险梳理运营安全监控体系结合安全风险隐患的发生机理和规律，按照系统工程的理念，划分运营设施设备、基础设施设备、综合监控、公共安全、社会联动等6块内容，梳理形成运营安全监控体系的整体框架，能够全面覆盖各类安全风险隐患。同时，从总体目标、建设要求、功能定位、体系框架、运转机制、相互关系等方面，系统性提出构建运营安全监控体系的核心要素，能够保证运营安全监控体系的良性运转。3. 实用性强，借鉴国内外经验，结合上海实际，提出预警装备的发展重点在借鉴国内外城市轨道交通安全监控的应用经验，充分结合上海实际情况，针对性的明确需要下一阶段重点发展的安全预警装备，确保有的放矢，能够紧密贴合实际需求，确保研究成果能够对实际应用起到良好的指导作用。四、应用范围本研究成果从保障城市轨道交通网络体系安全运转的思路出发，建立集监测、评估和预警为一体的网络运营安全监控体系，作为城市轨道交通网络运转安全保障体系的重要组成部分，