基于網(wǎng)絡(luò)化集中判圖的城市軌道交通新安檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

張 森 于 敏

(1.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司， 510010， 廣州； 2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所， 510610，廣州∥第一作者， 高級(jí)工程師)

為確保城市軌道交通的公共安全，落實(shí)防恐反恐工作，各城市均在軌道交通車站內(nèi)設(shè)置了安全檢查設(shè)施[1-2]。

目前，廣州地鐵車站每個(gè)安檢點(diǎn)都配備專值人員進(jìn)行X光機(jī)判圖工作，除個(gè)別大客流車站外，大部分的安檢員工作處于非飽滿狀態(tài)。特別是郊區(qū)線路平低峰時(shí)段，進(jìn)站乘客很少，安檢員長時(shí)間空閑，造成人力資源的極大浪費(fèi)。而另一方面，安檢隊(duì)伍已經(jīng)逐步成為城市軌道交通中最龐大的運(yùn)營人員隊(duì)伍。以廣州地鐵為例，目前安檢人員已過萬人，隨著“十三五”期間新線的陸續(xù)開通，預(yù)計(jì)2023年廣州地鐵線網(wǎng)的安檢人員將突破2萬人。按目前安檢人員平均人工成本，考慮一定的正常工資漲幅，預(yù)計(jì)2023年廣州地鐵全網(wǎng)安檢人員的年人工成本將超過15億元，這將給政府和企業(yè)造成極大的經(jīng)濟(jì)成本壓力。

在不降低城市軌道交通車站安檢水平的同時(shí)，如何提高安檢人員的工作效率及工作飽滿度，降低人力成本，成為迫切需要解決的難題。本文在城市軌道交通安檢系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，首次提出應(yīng)用集中判圖功能的新安檢系統(tǒng)。

1 安檢系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)

城市軌道交通安檢系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)集中判圖功能的基礎(chǔ)條件，隨著GB 51151—2016《城市軌道交通公共安全防范系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的實(shí)施，安檢系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化設(shè)置[3-4]已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的必由選擇，也為實(shí)施符合城市軌道交通運(yùn)營特點(diǎn)的新型安檢模式提供了必要的時(shí)空條件。

廣州地鐵新建的安檢系統(tǒng)按線網(wǎng)與車站2級(jí)管理進(jìn)行建設(shè)，按線網(wǎng)、車站和現(xiàn)場3級(jí)控制的架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。該安檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為3層，其中：線網(wǎng)層實(shí)現(xiàn)對(duì)線網(wǎng)所有安檢設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成各種報(bào)表；車站層實(shí)現(xiàn)對(duì)本站安檢設(shè)備的監(jiān)控，采集相應(yīng)的系統(tǒng)事件數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，自動(dòng)生成各種報(bào)表；就地層實(shí)現(xiàn)對(duì)指定區(qū)域或出入口的安檢出入控制。車站現(xiàn)場的安檢設(shè)備主要包括通道式X光機(jī)、安檢門、臺(tái)式液體探測儀、爆炸物探測儀、分類安檢通道門、手持式金屬探測器、現(xiàn)場取證記錄儀、防爆器材、開包查驗(yàn)站及安檢輔助器材等。

2 集中判圖功能設(shè)計(jì)

2.1 線網(wǎng)層系統(tǒng)集中判圖功能設(shè)計(jì)

線網(wǎng)層安檢系統(tǒng)由服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及多個(gè)判圖座席組成，其集中判圖功能設(shè)計(jì)為：

1) 實(shí)時(shí)接收各車站安檢點(diǎn)上傳的行李X光掃描圖像及行李外觀照片，并根據(jù)各個(gè)判圖坐席的當(dāng)前工作狀態(tài)及空閑狀態(tài)，計(jì)算空閑時(shí)間最長的判圖坐席。

2) 將接收到某安檢點(diǎn)的行李X光掃描圖像及行李外觀照片分配給當(dāng)前空閑時(shí)間最長的判圖坐席來進(jìn)行判圖工作。

3) 判圖坐席進(jìn)入工作狀態(tài)，判圖員根據(jù)行李X光掃描圖像及行李外觀照片判斷是否存在疑似危險(xiǎn)物。若存在疑似危險(xiǎn)物，則在行李X光掃描圖像上疑似區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注；若有多個(gè)行李則將疑似行李進(jìn)行標(biāo)注，并將標(biāo)注后的判圖結(jié)果實(shí)時(shí)下傳至各車站安檢點(diǎn)主機(jī)，以輔助現(xiàn)場安檢員在眾多行李中快速準(zhǔn)確找出疑似行李。

4) 該判圖座席進(jìn)入空閑狀態(tài)，接收下一項(xiàng)判圖工作。

2.2 終端設(shè)備集中判圖功能設(shè)計(jì)

圖1為安檢點(diǎn)終端設(shè)備示意圖。圖1中，將乘客進(jìn)站行走方向依次分為6個(gè)空間區(qū)域，進(jìn)站安檢的過程為：

a) 俯視圖

b) 側(cè)視圖

1) 乘客進(jìn)入?yún)^(qū)域1后，將行李放置在安檢傳送履帶上，乘客可能為多人，行李可能為多個(gè)。X光機(jī)在區(qū)域1前端自帶光柵探測，從探測到行李開始，至在規(guī)定間隔內(nèi)(如5 s)沒有到探測行李，作為1個(gè)判圖任務(wù)。

2) 行李進(jìn)入?yún)^(qū)域2的傳送履帶中，框架的下部為傳送履帶，框架的上部采用透明材質(zhì)將行李整體覆蓋，避免乘客移動(dòng)行李。傳送履帶上部框架的頂部內(nèi)置了行李照像機(jī)，用于拍攝行李照片，行李照片傳送至安檢點(diǎn)主機(jī)。

3) 行李進(jìn)入?yún)^(qū)域3，X光機(jī)對(duì)其進(jìn)行掃描，得到圖像。X光機(jī)若采用雙源雙視角配置，可以得到垂直和水平2張X光掃描圖像，以輔助判圖員更迅速、準(zhǔn)確地判圖。安檢點(diǎn)主機(jī)將行李照片及其X光圖像實(shí)時(shí)上傳至線網(wǎng)內(nèi)的集中判圖中心系統(tǒng)。

4) 行李隨傳送履帶轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入?yún)^(qū)域4。傳送履帶的框架采用透明材質(zhì)，可將行李整體覆蓋，避免乘客移動(dòng)行李。當(dāng)有疑似行李時(shí)，線網(wǎng)集中判圖中心將疑似行李X光圖像及照片下傳至安檢點(diǎn)主機(jī)，并標(biāo)注顯示在顯示器上。傳送履帶設(shè)有指示燈帶，指示燈帶可采用發(fā)光二極管燈并接受安檢點(diǎn)主機(jī)控制，疑似行李通過時(shí)指示燈帶行李位置亮燈，隨著行李的移動(dòng),燈帶的亮燈部位也同時(shí)移動(dòng)，以輔助安檢員快速準(zhǔn)確判斷疑似行李。此外，顯示器及鍵盤可靈活布置在區(qū)域4～6中，以方便安檢員操作及看圖。

5) 區(qū)域5為行李提取區(qū)域。若為安全行李，則乘客直接提取行李后通過安檢；若為疑似行李，則安檢員需將行李提至區(qū)域6進(jìn)行復(fù)檢。

6) 區(qū)域6為行李復(fù)檢臺(tái)。根據(jù)顯示器顯示的疑似行李的X光圖像及標(biāo)注區(qū)域，安檢員對(duì)行李進(jìn)行疑似危險(xiǎn)物復(fù)檢，并將復(fù)檢結(jié)果上報(bào)至線網(wǎng)集中判圖中心系統(tǒng)。

2.3 集中判圖功能的邏輯流程設(shè)計(jì)

1) 乘客將隨身攜帶的行李放置在傳送履帶上，行李進(jìn)入傳送履帶中。行李照像機(jī)拍攝乘客行李外觀照片，并上傳至安檢點(diǎn)主機(jī)。

2) 行李進(jìn)入X光機(jī)中，X光機(jī)對(duì)行李進(jìn)行X光掃描，得到掃描列像素，并將掃描圖像實(shí)時(shí)上傳至安檢點(diǎn)主機(jī)。

3) 安檢點(diǎn)主機(jī)根據(jù)履帶傳輸速度、傳輸距離自動(dòng)計(jì)算時(shí)間差，將同一個(gè)行李的X光掃描列像素及外觀照片在時(shí)間上進(jìn)行匹配后，實(shí)時(shí)上傳至線網(wǎng)集中判圖中心系統(tǒng)。

4) 線網(wǎng)集中判圖中心系統(tǒng)自動(dòng)將當(dāng)前接收到的行李列像素及照片分配至空閑時(shí)間最長的判圖坐席進(jìn)行判圖作業(yè)。

5) 線網(wǎng)集中判圖中心的判圖員對(duì)行李進(jìn)行專業(yè)判圖。為避免客流高峰時(shí)段行李連綿不絕導(dǎo)致判圖任務(wù)超長，系統(tǒng)具備將長任務(wù)切割的功能，即將長任務(wù)切割為多個(gè)1～2 m的短任務(wù)，短任務(wù)之間有一定的交叉距離，避免將1個(gè)行李切割在2個(gè)短任務(wù)中。

6) 若行李中存在疑似危險(xiǎn)物，判圖員在X光圖像和照片上進(jìn)行標(biāo)注，并將標(biāo)注過的圖像及照片實(shí)時(shí)下發(fā)至當(dāng)前安檢點(diǎn)主機(jī)上。

7) 對(duì)于標(biāo)注過的可疑行李的X光圖像及照片，現(xiàn)場安檢點(diǎn)顯示器顯示為可疑報(bào)警狀態(tài)(如圖標(biāo)閃爍等)，用于提醒并輔助現(xiàn)場安檢員快速準(zhǔn)確地確認(rèn)。

8) 現(xiàn)場安檢點(diǎn)主機(jī)根據(jù)履帶速度自動(dòng)計(jì)算出可疑行李的位置，并控制指示燈帶進(jìn)行跟蹤，以輔助安檢員快速準(zhǔn)確找出可疑行李。

9) 安檢員在復(fù)檢臺(tái)上對(duì)可疑行李進(jìn)行復(fù)檢。

10) 若存在危險(xiǎn)物，安檢員通過操作上報(bào)復(fù)檢結(jié)果為“危險(xiǎn)”，并啟動(dòng)相應(yīng)的安檢后續(xù)措施，如勸離乘客、控制乘客、報(bào)警等；若不存在危險(xiǎn)物，則進(jìn)入下一步驟。

11) 安檢員通過操作上報(bào)復(fù)檢結(jié)果為“安全”，取消安檢點(diǎn)可疑報(bào)警狀態(tài)。

3 廣州地鐵廣州塔站安檢新系統(tǒng)運(yùn)營實(shí)踐

2019年4月，在廣州城市軌道交通產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)上，廣州地鐵發(fā)布了《新時(shí)代城市軌道交通創(chuàng)新與發(fā)展(廣州2019)》的戰(zhàn)略規(guī)劃，并于同年9月在中國城軌交通業(yè)主領(lǐng)導(dǎo)人峰會(huì)期間，推出了智慧地鐵示范車站成果展示，廣州塔站的安檢新系統(tǒng)是其中的重要成果之一。

廣州塔站安檢新系統(tǒng)對(duì)該站5個(gè)安檢點(diǎn)的X光機(jī)(見圖2 a))等設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化連接，在車站設(shè)置了集中判圖室(見圖2 b))進(jìn)行集中判圖作業(yè)。其設(shè)備運(yùn)行的主要指標(biāo)完成情況如下：

1) 在客流高峰時(shí)段，每臺(tái)X光機(jī)的判圖任務(wù)通行率約為800個(gè)/h，其中：每個(gè)判圖任務(wù)長度約為0.8 m，包含1～3個(gè)行李。

2) 應(yīng)用智能判圖AI(人工智能)識(shí)別技術(shù)[6]輔助判圖員工作，早晚高峰時(shí)段每個(gè)行李的平均判圖時(shí)間約為2.6 s。

3) 在早晚高峰時(shí)段，集中判圖室配3～4名判圖員，平峰時(shí)段判圖配員2～3人。相較傳統(tǒng)安檢模式，新安檢系統(tǒng)判圖人力資源可平均節(jié)約40%。

4) 從現(xiàn)場安檢點(diǎn)X光機(jī)列像素開始生成到判圖員看到第1張列像素圖片，平均傳輸時(shí)間為150 ms。

5) 從后臺(tái)判圖員標(biāo)注出疑似危險(xiǎn)物區(qū)域到現(xiàn)場安檢員看到屏幕報(bào)警顯示，平均傳輸時(shí)間為150 ms。

6) 新安檢系統(tǒng)運(yùn)行無故障時(shí)間大于30 000 h，故障的平均修復(fù)時(shí)間小于30 min。

a) 安檢終端

另外，由于采用了集中判圖，現(xiàn)場安檢點(diǎn)取消了判圖工作站，因此安檢門可以布置在X光機(jī)兩邊，乘客放置和等候行李更為便利；由于判圖時(shí)間的縮短，X光機(jī)的履帶轉(zhuǎn)速由原先的0.2 m/s增加至0.3 m/s，大幅提升了乘客的安檢通行速率[7]。

廣州地鐵“十三五”期間線路擬實(shí)施安檢新系統(tǒng)，廣州塔站示范工程為大規(guī)模推廣安檢的新系統(tǒng)和新設(shè)備積累了寶貴的運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。

4 新安檢系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)效益分析

本文以國內(nèi)某城市軌道交通線網(wǎng)為例進(jìn)行說明。該線網(wǎng)的客運(yùn)量約為500.0萬人次/日，設(shè)乘客的帶包率為70%，則通過X光機(jī)的乘客為350.0萬人次/日，其中：早高峰時(shí)段客流占比約為19.61%(約68.6萬人次)；晚高峰時(shí)段客流占比約為18.81%(約65.8萬人次)；平峰時(shí)段客流占比約為61.58%(約215.5萬人次)。該線網(wǎng)約有700個(gè)安檢點(diǎn)，X光機(jī)的通行速度及人工判圖速度按每小時(shí)服務(wù)1 200個(gè)人或行李予以估算。經(jīng)計(jì)算，在傳統(tǒng)安檢模式下，不同運(yùn)營時(shí)段安檢點(diǎn)判圖員的工作飽滿率分別為：早高峰段40.8%，晚高峰段39.2%，平峰段18.3%，全天平均為23.1%。

傳統(tǒng)安檢模式下，各安檢點(diǎn)的判圖工作均獨(dú)立進(jìn)行。設(shè)線網(wǎng)每天的運(yùn)營時(shí)長為18 h，按每臺(tái)X光機(jī)配1名判圖人員及三班兩運(yùn)轉(zhuǎn)工作制計(jì)算，則需判圖人員約2 100人。

若采用基于網(wǎng)絡(luò)化集中判圖技術(shù)的新安檢系統(tǒng)，分2種班制進(jìn)行排班：①高峰時(shí)段班制，在工作日的6：00—10：00及15：00—19：00安排1個(gè)人工班次，每日工作時(shí)間8 h。該班制人員4天工作、3天休息，并按40%安檢點(diǎn)計(jì)人數(shù)，則需人員392人；②平峰時(shí)段班制，安排1個(gè)班次人工負(fù)責(zé)其余運(yùn)營時(shí)段判圖，每天工作時(shí)間為10 h。該班制人員4天工作、3天休息，并按20%安檢點(diǎn)計(jì)人數(shù)，則需人員245人。由此，新安檢系統(tǒng)下該線網(wǎng)合計(jì)共需判圖人員約637人。

綜上，采用集中判圖后可節(jié)約人力1 463人，節(jié)約率為69.7%。若按每人每年10萬元的人力成本計(jì)，并考慮5%的漲幅，則新安檢系統(tǒng)在10年全壽命周期內(nèi)可節(jié)約安檢判圖人力成本約18.4億元。

5 結(jié)語

針對(duì)國內(nèi)大型城市軌道交通的安檢現(xiàn)狀，本文在GB/T 26718—2011和GB 51151—2016 2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上提出在城市軌道交通安檢系統(tǒng)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化集中判圖功能，通過X光機(jī)圖像實(shí)時(shí)傳輸、判圖任務(wù)綜合調(diào)度、座席任務(wù)均衡及分布式集成等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安檢的實(shí)時(shí)判圖、遠(yuǎn)程判圖和集中判圖。同時(shí)，隨著智能圖像AI識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，通過AI技術(shù)可自動(dòng)快速識(shí)別潛在的危險(xiǎn)物體，輔助判圖員更快速、更精準(zhǔn)判圖，進(jìn)一步減少判圖時(shí)間，達(dá)到安檢判圖減員增效的目的。