■文/李胜广公安部第一研究所
戚程远北京市公安局公共交通安全保卫总队 陈虹旭北京智汇云舟科技有限公司
轨道交通在极大程度上提升了市民出行 的便利性，缓解了城市交通的紧张状况。据交 通运输部对外发布的数据显示，截至2020年 12月31日，全国（不含港澳台）共有44个 城市开通运营城市轨道交通线路233条，运 营里程7545.5公里，车站4660座，完成客
运量175.9亿人次，进站量109.1亿人次。 由此可见，轨道交通已成为城市公共交通的主 动脉，但其地理结构特殊，常发性、偶发性和 突发性的大客流量使得人员高度密集，各类风 险极易引发死伤事件，导致轨道交通安保 成为了城市安防基础最为薄弱的区域。
42 -〜中国5肪-
202103
栏目主持：周丹雅E-mail: *****************
针对轨道交通地铁站内日常监测、事件研判及
应急指挥业务需求，安保实战痛点主要表现在如下
多个方面：
1. 地铁运行线路长、地铁站点多导致站内环境、人员态势、报警事件等数据无法直观掌控。
2. 地铁站内监控视频资源多，画面相似度高，无法精准掌控视频位置，无法按需迅速调阅目标浏
览。监控画面内容独立、分散且相互割裂，位置信
息辨认困难，无法确认场景的准确空间位置信息，
不能形成宏观整体的观察，无法进行快速定位和决
策指挥。录像回放时，无法进行整体有效的回溯和
分析研判。
3. 警员位置、警用装备部署等警力分配情况不 明确，无法形成可视化宏观掌控场景。
4. 多业务监测数据独立运行，位置来源不清晰，不能形成一个综合性数据可视化应用。
直面这些问题，本文旨在硏究如何利用数字孪
生技术，通过三维地理信息叠加安防感知技术实现
实景一张图、沉浸式浏览和可视化应用的轨道交通
实景孪生可视化实战应用平台，以满足轨道交通安
保应用的业务需求。
一、数字孪生
1.概念简介
数字孪生（Digital Twin)是一种物理空间与虚
拟空间进行虚实交融、智能操控的映射关系，通过
在实体世界以及数字虚拟空间中记录、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。
数字孪生技术通过对物理世界的人、物、事
件等所有要素数字化处理，在数字空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体
世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融
的格局。数字孪生的概念最早由密西根大学教授
Grieves提出，后来NASA用于对飞行器的真实运
行活动进行镜像仿真。数字孪生理念最先用于工业
领域，尤其是大型装备制造业。通过搭建数字孪生
产系统，能够实现从产品设计、生产计划到制造执
行的全过程数字化。据统计，全球40%的大型生产
商都将应用虚拟仿真技术来为他们的生产过程进行
建模。
数字孪生的出现根本在于感知、网络、大数据、
3d地图实景地图人工智能、控制、建模等技术的集中爆发。尤其是
传感器和低功耗广域技术的发展，将物理世界的动
态通过传感器精准、实时地反馈到数字世界。数字化、
网络化实现由实入虚，网络化、智能化实现由虚入实，
通过虚实互动、持续迭代实现物理世界的最佳有序
运行。
2.数字轨交
数字轨道交通是精准映射实体轨道交通的数字
基础设施。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、人脸识別、手机侦码、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、
数据处理等手段形成与实体轨道交通“孪生”的数
字轨道交通。
通过对轨道交通运行状态的充分感知和动态监
测，形成虚拟轨道交通在信息维度上对实体轨道交
通的精准信息表达和映射，通过软件定义实现轨道
交通的赋能，从而进行决策的仿真和指令的执行。
2021.03-〜中.国S肪-43
rontier technology ■前沿技术
进而逐步拓展应用范围，实现由轨道交通规划和管 理向轨道交通服务方面扩展，通过服务场景、服务 对象、服务内容等方面的数字孪生系统构建，引发 服务模式向虚实结合、情景交融、个性化、主动化 方向加速转变。
二、实景孪生平台
轨道交通实景孪生可视化实战应用平台是以数 字孪生和虚实融合技术打造的实景孪生平台，集成人工智能、机器学习和传感器数据等技术，构建可以实 时更新、现场感极强的轨道交通实景一张图，作为轨 道交通安保指挥的基础平台，用来支撑安保指挥决策。
在轨道交通实景孪生一张图的基础上，匹配前 端感知建设及丰富数据资源，按照“统一门户集成、统一平台支撑、统一用户授权、统一数据管理、统 _成果展示”的原则，利用大数据的智能分析引擎，解析多源异构数据，实现自主学习、智能感知和智 能认知的目标，参照成熟、有效的实战经验建立大
⑩大解a示系统
中心a(§)禀面浏览N
业务级⑪
移动终嫡
離兵圾
勤务指揮行业监管情报预警醫务协同
三雄地暹倌息实景孪生服务
三縑£阖僱患•站麻禳》数槻.融合通信服务数据分析服务数搪共車服务
站点数掮C聚
轨道交通安保大数据中心
站点败搌汇聚站点数据汇聚
◎
感知餍
金* 人論乎机■.i醒证件态势
•U
榷生化奠他
图2 $九道交通实景孪生可视化实战应用平台架构图
安保指挥综合应用系统轨道交通三维地理信息场景虚实融合
业努支撑
/■r、/---------------地铁站点视频监控警用业努监测预警重点站区三维地理信探头三维场三维场景可数据三维场三维地理场息场景浏览景联动应用视调度指挥景掌控应用景虚实融合----------------y V J V」^^
技术支撑
「三维地理厂信患应用
载引擊
视频三维地空间场最数
理场景匹K据索引构建(y数痗巍~-{y"~{y揮
f P G IS平台获取：
城市地图、交通视频平台获取：  1
实时监控视频、
f监测平台获取
实时感知、事件
3D车站横型、
物件库横型逋设
地图、靈点位1[标识及录像回放视频」匕监测及预警数据J
图3 $九道交通实景孪生可视化实战应用平台架构图
栏目主持：周丹雅E-mail: *****************
客流监测、乘客行为分析、反恐防恐研判等业务模型，优化数据碰撞规则，实现警情态势预测、异常高危 人筛查、人员关联碰撞、轨迹分析、关系拓展及 串并案等多主题和多维度情报分析硏判，提高公共 交通安全事件的预测、预警和预知能力。
1.虚实融合
轨道交通实景孪生可视化实战应用平台的核心 是三维地理信息实景孪生服务模块，主要用于构建 实景一张图。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、警用 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的虚实融合创新应 用。通过虚实融合技术把数字孪生提升为实景孪生，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，360度全方位有效直观管理地铁站 点场景内的离散视频、监测数据及警用装备分布位 置，做到有序管控和指挥调度。
三维地理信息实景孪生服务模块通过三维实景 操作，实现地理信息基础数据的加载和显示。通过 对接视频监控系统和监测预警系统，实现站点监控 视频、监测数据的三维场景标注，以及重要区域的 视频与三维场景的虚实融合应用。针对重点区域应 用的三维地铁站点虚拟场景与现实视频融合的场景 感知防控技术，颠覆传统平面地图上监控视频、监 测数据及警用装备位置分布的展现和使用方式，实 时构建轨道交通实景孪生一张图，身临其境的动态 掌控地铁站点目标区域场景状态，提升安防视频监 控及数据监测平台价值。
2.模型构建
地铁站点三维模型建设是实景孪生地铁三维地 理信息场景应用的基础。三维模型构建内容包括标准模型建设、简易模型建设、二维站图建设、警用
装备建设等。地铁站点三维精细模型建设以CAD图
纸、外业测量获取的CAD、实际外业现状照片为建
设基础。依据C AD图纸得到地物点坐标，建立数字
表面模型，通过实际外业现状照片映射描述真实纹
理信息。
图4三维模型建设流程图
通过人工现场实测的方式获取采集地铁站的特
征点位信息，通过内业处理生成CAD平面图纸（只
用来满足三维外业采集和模型制作），进而保证没
有CAD及图纸的地铁站大小真实且坐标信息正确，
随后依据测量数据制作场景三维模型。构建出车站
三维模型和物件库，最终形成三维模型数据库，进
行统一存储和管理，为实景孪生场景呈现提供数据
资源共享。
三、实景孪生应用
轨道交通实景孪生可视化实战应用平台以三维
地理信息系统为核心底层，按经度、纬度、海拔等
空间真实精准的坐标位置，融合监控视频等非结构
202f.03 -C h l§^国p肪-
45
U c rontigr technology •前沿技术
化大数据、智能分析数据和物联感知数据。通过实 景孪生一张图方式，立体直观反映车站重点部位的 实际情况，如结构、闸机、摄像机、防爆罐等设备 设施等。针对重点站重点位置，如进出站口、安检口、闸机口等，实现监控视频画面与三维地铁站场景虚 实融合匹配，形成全城区域的地铁动态三维电子沙 盘活地图，所见即所得，为日常监测、应急指挥、反恐处突提供直观的实景立体地理环境信息表达，构建立体化实景孪生轨道交通承载防控体系。
1.实景一张图
通过三维地理信息平台构建轨道交通实景孪生 底座，对全市范围内轨道交通一网呈现，每个站点 实现三维场景掌控。站内模型，用于站内场景重现，为可视化应用做基础支撑；站外模型城市三维地理 信息场景重现，当站内发生突发事件时，为站外的 应急指挥及决策环境掌控做有效支撑。
通过实景孪生轨道交通一张图有效解决传统站 线、站点数据无法整体化直观化表达的问题，基于
单个站点分层浏览
图5轨道交通实景一张图浏览
从全球视角，到地铁线网，再到单个站点的三维场 景分层展示方式，可直接查看监控视频与地铁模型 融合后的场景。
2.沉浸式浏览
(1 )数字孪生技术具有虚实融合互动的能力，可以从数字空间观看到实体空间的情况，亦可以通 过实体空间随时进入孪生空间。对地铁站三维地理 信息场景的重点区域，如出入口、闸机口、检票口等区域进行监控视频虚实融合，视频与场景同步浏 览，做到实时视频、回放视频与地理信息时空统一。有效解决轨道交通传统监控视频画面的分散割裂、不能形成宏观整体的观察、基于单个摄像机的独立 视频画面无法反应和还原真实场景信息、监控视频 资源较多无法按需迅速调阅目标浏览等问题。
(2 )数字孪生技术具有数据融合供给能力，通 过建立数据资源间的相互关系，促进数据资源高效
46-&lp〇中国g肪-
2021.03