導(dǎo)語(yǔ)：智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為提高客運(yùn)服務(wù)人員智能化監(jiān)測(cè)與管理水平，文章基于超寬帶定位和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)面向城市軌道交通客運(yùn)服務(wù)人員的智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)的總體架構(gòu)、邏輯架構(gòu)、業(yè)務(wù)功能架構(gòu)等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，并從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度出發(fā)，提出定位基站和系統(tǒng)軟硬件部署方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員的定位、軌跡追蹤、健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急調(diào)度管理等功能，為提高車站運(yùn)營(yíng)管理效率和應(yīng)急指揮調(diào)度能力提供基礎(chǔ)支撐。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；客運(yùn)服務(wù)人員；智能監(jiān)測(cè)；實(shí)時(shí)定位；軌跡追蹤；調(diào)度管理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1概述

在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，客運(yùn)服務(wù)人員承擔(dān)著客流組織、客流疏導(dǎo)、站內(nèi)巡檢、應(yīng)急指揮等任務(wù)，對(duì)乘客出行安全、出行效率起著非常重要的作用。目前，城市軌道交通系統(tǒng)通過(guò)預(yù)先安排、對(duì)講機(jī)尋呼、現(xiàn)場(chǎng)廣播等方式對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員進(jìn)行指揮調(diào)度，對(duì)其實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和管理的智能化水平不足[1-4]。因此，如何實(shí)時(shí)獲取客運(yùn)服務(wù)人員的在崗狀態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)其進(jìn)行組織調(diào)度成為亟待解決的問(wèn)題。近幾年，各城市軌道交通單位和研究機(jī)構(gòu)都將客運(yùn)服務(wù)人員的智能監(jiān)測(cè)和客運(yùn)組織調(diào)度作為重要課題進(jìn)行研究，積極引進(jìn)人員定位和信息化管理技術(shù)，構(gòu)建智能化客運(yùn)組織管理體系[5-11]。目前，人員定位技術(shù)包括GPS定位、紅外線定位、藍(lán)牙定位、射頻定位、WiFi定位和超寬帶（UltraWideBand，UWB）定位等[12-14]。其中，超寬帶技術(shù)是一種無(wú)線載波通信技術(shù)，通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或納秒級(jí)以下的極窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)[15-17]。UWB定位技術(shù)與其他幾種技術(shù)相比，具有穿透力強(qiáng)、功耗低、抗多徑效應(yīng)效果好、安全性高、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于隧道、車站等室內(nèi)場(chǎng)景。本文針對(duì)城市軌道交通客運(yùn)服務(wù)人員智能化管理需求，基于UWB定位技術(shù)和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，研究設(shè)計(jì)出一種客運(yùn)服務(wù)人員智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員的精細(xì)化、智能化管理等，有效提升客運(yùn)安全水平、運(yùn)營(yíng)管理效率和旅客出行體驗(yàn)。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1關(guān)鍵技術(shù)。城市軌道交通客運(yùn)服務(wù)人員智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)”）主要采用UWB定位和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員實(shí)時(shí)位置和健康狀態(tài)的智能監(jiān)測(cè)。UWB定位技術(shù)的原理是通過(guò)測(cè)量定位標(biāo)簽和定位基站之間的UWB脈沖信號(hào)計(jì)算定位標(biāo)簽相對(duì)于定位基站的位置。定位算法包括基于接收信號(hào)強(qiáng)度法（RSSI）、基于到達(dá)角度定位法（AOA）、基于到達(dá)時(shí)間定位法（TOA）、基于到達(dá)時(shí)間差定位法（TDOA）等，其中TDOA定位算法精度較高，時(shí)間同步要求較低，成為目前主流的定位方法。在城市軌道交通中，還可根據(jù)不同空間的定位精度要求，結(jié)合不同的定位算法，滿足客運(yùn)服務(wù)人員實(shí)時(shí)定位的需求。健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)不同類型的傳感器如光學(xué)心率傳感器、溫度傳感器、三軸加速度傳感器等，測(cè)量客運(yùn)服務(wù)人員的心率、血壓、步數(shù)、體溫等身體狀態(tài)參數(shù)。在充分考慮客運(yùn)服務(wù)人員工作便捷性的基礎(chǔ)上，本文采用可穿戴手環(huán)為物理載體，集成定位標(biāo)簽和各類型傳感器，獲取其位置和身體狀態(tài)信息。2.2總體架構(gòu)。智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)總體架構(gòu)劃分為3個(gè)模塊：現(xiàn)場(chǎng)前端采集、數(shù)據(jù)傳輸和后端分析管理；同時(shí)，該系統(tǒng)配備與其他系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)接口，能夠與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)交互，為車站運(yùn)營(yíng)管理和指揮調(diào)度提供支持。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。（1）現(xiàn)場(chǎng)前端采集模塊。該模塊通過(guò)在車站不同區(qū)域部署定位基站、客運(yùn)服務(wù)人員佩戴健康定位手環(huán)的方式，實(shí)時(shí)采集客運(yùn)服務(wù)人員的位置、健康狀態(tài)信息及其觸發(fā)的報(bào)警信息。定位基站需配備網(wǎng)絡(luò)通信模塊，可將信息上傳并進(jìn)行分析處理，同時(shí)也將后端分析管理模塊的調(diào)度命令傳輸至手環(huán)。（2）數(shù)據(jù)傳輸模塊。該模塊將前端采集到的各種類型數(shù)據(jù)信息通過(guò)有線或無(wú)線方式傳輸給后端分析管理模塊，并將后端分析管理模塊的預(yù)警信息和調(diào)度信息下發(fā)到健康定位手環(huán)。（3）后端分析管理模塊。該模塊包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用管理和可視化等模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理，客運(yùn)服務(wù)人員的定位跟蹤、健康監(jiān)測(cè)、行為狀態(tài)分析預(yù)警和應(yīng)急調(diào)度管理等功能，并進(jìn)行多維可視化展示與管理。2.3邏輯架構(gòu)。智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)由支撐層、采集層、傳輸層、解析層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和交互層組成，如圖2所示。（1）支撐層。該層主要包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、定位基站、健康定位手環(huán)等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)硬件環(huán)境支撐。（2）采集層。該層基于UWB定位和健康監(jiān)測(cè)等技術(shù)，根據(jù)不同場(chǎng)景制定相應(yīng)的部署策略，搭建站臺(tái)、站廳等車站檢測(cè)場(chǎng)景，采集客運(yùn)服務(wù)人員的UWB脈沖信號(hào)、心率信號(hào)、血壓信號(hào)、體溫信號(hào)、步數(shù)信號(hào)及報(bào)警信號(hào)等，為客運(yùn)服務(wù)人員位置解析和健康監(jiān)測(cè)提供源數(shù)據(jù)支撐。（3）傳輸層。該層采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信傳輸，通過(guò)POE交換機(jī)和有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將所有采集到的數(shù)據(jù)信息傳送到數(shù)據(jù)解析層進(jìn)行分析處理。（4）解析層。該層通過(guò)定位算法、時(shí)鐘同步算法、電信號(hào)轉(zhuǎn)換算法等，將采集到的各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算處理，完成客運(yùn)服務(wù)人員位置信息、人員軌跡信息、健康狀態(tài)信息和報(bào)警信息的解析，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。（5）數(shù)據(jù)層。該層將解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理，完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，形成多種類型的數(shù)據(jù)報(bào)表，供運(yùn)營(yíng)管理人員查詢和調(diào)取。（6）應(yīng)用層。該層根據(jù)客運(yùn)服務(wù)人員監(jiān)測(cè)和管理需求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)應(yīng)用分析處理，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息管理、安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全狀態(tài)分析和應(yīng)急調(diào)度管理。（7）交互層。該層采用電子地圖、數(shù)據(jù)圖表等方式對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員不同類型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多維展示，為運(yùn)營(yíng)決策、協(xié)同調(diào)度和信息共享提供基礎(chǔ)支撐；同時(shí)，完成運(yùn)營(yíng)管理人員與終端客運(yùn)服務(wù)人員的聯(lián)動(dòng)交互，形成系統(tǒng)閉環(huán)，輔助車站進(jìn)行客運(yùn)組織調(diào)度。2.4業(yè)務(wù)功能架構(gòu)。智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能架構(gòu)包括基礎(chǔ)信息管理、安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)、安全狀態(tài)分析和應(yīng)急調(diào)度管理等模塊，各模塊之間相互關(guān)聯(lián)、提供接口，方便系統(tǒng)的集成和運(yùn)行維護(hù)，如圖3所示。（1）基礎(chǔ)信息管理模塊。該模塊功能包括對(duì)地圖數(shù)據(jù)和人員信息的管理。其中，地圖數(shù)據(jù)管理支持車站多層地圖的導(dǎo)入、修改、刪除，實(shí)現(xiàn)地圖的瀏覽展示、縮放和漫游等功能；人員信息管理支持客運(yùn)服務(wù)人員的姓名、性別、職位、年齡等基本信息與定位標(biāo)簽關(guān)聯(lián)錄入，以及人員的分類管理等功能。（2）安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊。該模塊功能包括對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員的實(shí)時(shí)定位、軌跡追蹤和健康監(jiān)測(cè)。其中，實(shí)時(shí)定位能夠獲取客運(yùn)服務(wù)人員的在崗狀態(tài)，并在車站電子化地圖中實(shí)時(shí)顯示其地理位置信息；軌跡追蹤能夠全天候記錄客運(yùn)服務(wù)人員經(jīng)過(guò)的地點(diǎn)和時(shí)間，且支持其軌跡的查詢與回放；健康監(jiān)測(cè)能夠?qū)崟r(shí)采集客運(yùn)服務(wù)人員的心率、血壓、體溫等身體狀態(tài)信息，且支持身體狀態(tài)信息的圖表查詢與顯示。（3）安全狀態(tài)分析模塊。該模塊功能包括安全/異常模式庫(kù)建立、行為狀態(tài)分析和行為狀態(tài)報(bào)警。安全/異常模式庫(kù)建立是指根據(jù)采集整理的客運(yùn)服務(wù)人員數(shù)據(jù)信息，不斷建立和完善安全狀態(tài)基準(zhǔn)庫(kù)和異常狀態(tài)行為模式庫(kù)；行為狀態(tài)分析是指通過(guò)對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員現(xiàn)有的行為狀態(tài)與模式庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，分析其離崗，區(qū)域超時(shí)，越權(quán)訪問(wèn)，心率、血壓、體溫過(guò)高等異常行為狀態(tài)；行為狀態(tài)報(bào)警是指通過(guò)后臺(tái)指揮中心系統(tǒng)界面或健康定位標(biāo)簽進(jìn)行報(bào)警提示。（4）應(yīng)急調(diào)度管理模塊。該模塊功能包括客運(yùn)服務(wù)人員通信聯(lián)動(dòng)、視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)和輔助指揮調(diào)度等。其中，通信聯(lián)動(dòng)支持后臺(tái)管理人員向車站客運(yùn)服務(wù)人員發(fā)送預(yù)警和調(diào)度信息，同時(shí)支持客運(yùn)服務(wù)人員向后臺(tái)發(fā)送報(bào)警信號(hào)；視頻監(jiān)控聯(lián)動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)本系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)對(duì)接，可根據(jù)客運(yùn)服務(wù)人員的實(shí)時(shí)位置調(diào)取其周邊視頻圖像信息；輔助指揮調(diào)度能夠在突發(fā)事件下根據(jù)客運(yùn)服務(wù)人員的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行點(diǎn)位疏導(dǎo)布置，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其落實(shí)狀態(tài)，輔助應(yīng)急指揮調(diào)度。

3方案設(shè)計(jì)

該方案設(shè)計(jì)包括定位基站部署設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)2部分，其中定位基站部署設(shè)計(jì)需要充分考慮城市軌道交通環(huán)境特點(diǎn)和客運(yùn)服務(wù)人員管理需求，軟硬件設(shè)計(jì)需要充分保證系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行；同時(shí)，該方案應(yīng)便于維護(hù)管理，節(jié)約人力和財(cái)力成本。3.1定位基站部署。根據(jù)城市軌道交通客運(yùn)服務(wù)人員管理需求，該方案采用在車站環(huán)境中部署定位基站的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員的精準(zhǔn)定位。根據(jù)車站環(huán)境特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用零維、一維和二維混合式定位方法，定位精度在無(wú)遮擋情況下小于0.3m，定位基站部署間隔原則上不超過(guò)50m。定位布點(diǎn)原則以車站出入口、站臺(tái)、站廳、通道、扶梯等關(guān)鍵部位為重點(diǎn)，覆蓋各辦公室用房、各機(jī)電設(shè)備用房、物業(yè)、洗手間等區(qū)域。（1）辦公及機(jī)電設(shè)備用房區(qū)域。針對(duì)售票室、車控室、會(huì)議室、辦公室和機(jī)電設(shè)備用房等面積較小的區(qū)域，僅需判斷人員是否在該區(qū)域，因此采用零維定位方式，通過(guò)側(cè)壁安裝或吸頂安裝的方式部署1臺(tái)定位基站。基站零維部署方案示意圖如圖4所示。（2）通道及樓扶梯區(qū)域。針對(duì)車站內(nèi)的通道、樓梯、扶梯等單一狹長(zhǎng)區(qū)域，采用一維線性定位的方式，在通道、樓梯、扶梯兩端各部署1臺(tái)定位基站，如果有轉(zhuǎn)角，則需在轉(zhuǎn)角處增加基站?；疽痪S部署方案示意圖如圖5所示。（3）站臺(tái)及站廳等區(qū)域。針對(duì)車站的站臺(tái)、站廳、商業(yè)區(qū)等范圍較大、人流量較多的區(qū)域，需掌握不同崗位客運(yùn)服務(wù)人員的具體位置，因此采用二維平面定位的方式，并根據(jù)區(qū)域形狀、面積和信號(hào)遮擋情況進(jìn)行設(shè)備部署，原則上需部署4臺(tái)及以上基站?；径S部署方案示意圖如圖6所示。3.2系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)層次包括采集層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、解算層、應(yīng)用層和交互層，其架構(gòu)如圖7所示。（1）采集層。該層的硬件設(shè)備包括定位基站和健康定位手環(huán)，根據(jù)車站區(qū)域特性采用零維、一維、二維的部署方式安裝定位基站，并安排客運(yùn)服務(wù)人員佩戴健康定位手環(huán)；通過(guò)UWB定位技術(shù)和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)采集客運(yùn)服務(wù)人員狀態(tài)信息。（2）傳輸層。該層的硬件設(shè)備包括交換機(jī)和路由器等，定位基站將采集到的人員狀態(tài)信息通過(guò)交換機(jī)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行分析處理，也可通過(guò)無(wú)線路由器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。（3）數(shù)據(jù)層。該層的硬件設(shè)備主要為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需根據(jù)系統(tǒng)功能構(gòu)建不同類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、定位信息數(shù)據(jù)庫(kù)、健康信息數(shù)據(jù)庫(kù)和信息數(shù)據(jù)庫(kù)等。（4）解算層。該層的硬件設(shè)備主要為應(yīng)用服務(wù)器，并需配置相關(guān)的軟件支撐完成客運(yùn)服務(wù)人員的位置解析和健康狀態(tài)解析等功能。需配置的軟件包括定位解析服務(wù)軟件、地圖引擎服務(wù)軟件、健康分析服務(wù)軟件等。（5）應(yīng)用層。該層的硬件設(shè)備主要為應(yīng)用服務(wù)器，并采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)模式，綜合運(yùn)用Servlet和JSP等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效、安全的數(shù)據(jù)交互和管理。應(yīng)用服務(wù)器需配置應(yīng)用支撐軟件，包括軟件中間件及其他服務(wù)軟件，如數(shù)據(jù)分析服務(wù)軟件、搜索引擎服務(wù)軟件、信息傳遞服務(wù)軟件、系統(tǒng)管理服務(wù)軟件等；中間件包括Web容器設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)實(shí)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)實(shí)現(xiàn)、日志服務(wù)實(shí)現(xiàn)等軟件。（6）交互層。該層的硬件設(shè)備包括臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本等用戶終端，交互界面包括管理人員門(mén)戶接口、監(jiān)測(cè)人員門(mén)戶接口和內(nèi)部門(mén)戶接口，實(shí)現(xiàn)信息的訪問(wèn)、可視化、報(bào)警提示、調(diào)度管理等功能。

4系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用示例

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)使用JAVA語(yǔ)言開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)架構(gòu)功能，并選擇某車站作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試基地，采用零維、一維、二維相結(jié)合的部署策略分別在該車站的站臺(tái)、站廳、設(shè)備管理用房等區(qū)域部署定位基站，在車控室的計(jì)算機(jī)終端設(shè)備上安裝部署該軟件系統(tǒng)，并為相關(guān)客運(yùn)服務(wù)人員配備健康定位手環(huán)，組織現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其實(shí)時(shí)定位、健康監(jiān)測(cè)和異常行為監(jiān)測(cè)提醒，對(duì)不同崗位的客運(yùn)服務(wù)人員配備計(jì)劃，對(duì)實(shí)際人員的區(qū)域分布、健康狀態(tài)信息異常行為進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為車站的客運(yùn)服務(wù)人員管理和應(yīng)急演練提供技術(shù)支撐，很好地滿足了客運(yùn)服務(wù)人員管理的需求。系統(tǒng)主界面如圖8所示。

5結(jié)語(yǔ)

客運(yùn)服務(wù)人員在車站運(yùn)營(yíng)中，承擔(dān)著客流組織、客流疏導(dǎo)、站內(nèi)巡檢、應(yīng)急指揮等任務(wù)，對(duì)乘客出行安全、出行效率起著非常重要的作用。本文結(jié)合城市軌道交通客運(yùn)服務(wù)人員管理智能化需求，基于UWB定位技術(shù)和健康監(jiān)測(cè)技術(shù)，設(shè)計(jì)了城市軌道交通客運(yùn)服務(wù)人員智能監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)客運(yùn)服務(wù)人員實(shí)時(shí)定位、行動(dòng)軌跡追蹤、健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、行為安全狀態(tài)分析與預(yù)警、人員調(diào)度和通信聯(lián)動(dòng)等功能，為車站運(yùn)營(yíng)管理和應(yīng)急指揮調(diào)度提供輔助支撐，并為形成信息化、智能化的城市軌道運(yùn)營(yíng)安全保障體系提供重要參考。

作者:王子騰 竇元辰 王愛(ài)麗 單位:1.中鐵信（北京）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院 2.中國(guó)鐵路信息科技集團(tuán)有限公司 3.深圳市地鐵集團(tuán)有限公司，