南京地鐵智慧車(chē)站建設(shè)探索與思考

文/蔡玉萍、方漫然、張亦然，南京地鐵集團(tuán)有限公司

南京市作為長(zhǎng)三角特大城市和江蘇省省會(huì)，交通區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，軌道交通已成為城市及都市圈出行的重要方式。南京地鐵2020年底網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)里程為378公里，在建線(xiàn)路里程為206公里，公交分擔(dān)率達(dá)60%，年總客運(yùn)量7.9億多人次，在城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

進(jìn)入“十四五”以來(lái)，南京地鐵集團(tuán)站在新的發(fā)展起點(diǎn)上，立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、融入新發(fā)展格局，乘勢(shì)而上開(kāi)啟了高質(zhì)量發(fā)展新征程。深入貫徹《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌綱要》，在全面推進(jìn)智慧城軌建設(shè)中，積極探索，勇于實(shí)踐，統(tǒng)籌規(guī)劃，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，繪制了智慧城軌發(fā)展藍(lán)圖，在運(yùn)營(yíng)、在建及規(guī)劃線(xiàn)路中有序開(kāi)展智慧化建設(shè)。尤其是，把體現(xiàn)“以人為本”和《綱要》智慧乘客服務(wù)體系的車(chē)站作為建設(shè)重點(diǎn)，按照“優(yōu)質(zhì)服務(wù)、便捷出行的窗口，安全高效、綠色節(jié)能的平臺(tái)，創(chuàng)新發(fā)展、踐行智慧的示范”要求全力推進(jìn)。經(jīng)過(guò)充分調(diào)研和醞釀，選取4號(hào)線(xiàn)與7號(hào)線(xiàn)的換乘站——草場(chǎng)門(mén)站為試點(diǎn)，從智慧乘客服務(wù)、智慧站務(wù)管理和智能設(shè)備運(yùn)維三個(gè)維度，打造集成化、多功能智慧車(chē)站，實(shí)現(xiàn)了出行更便捷、運(yùn)營(yíng)更安全、管理更高效。

一、智慧車(chē)站研發(fā)的主要思路

智慧車(chē)站試點(diǎn)工作以實(shí)現(xiàn)“站務(wù)管理自動(dòng)化、設(shè)備運(yùn)維智能化、乘客服務(wù)自助化”為目標(biāo)，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)與地鐵業(yè)務(wù)深度融合，針對(duì)車(chē)站運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景進(jìn)行梳理，圍繞視頻監(jiān)控、視頻分析、設(shè)備系統(tǒng)自主協(xié)同控制，形成一體化智慧車(chē)站控制系統(tǒng)。試點(diǎn)站建設(shè)聚焦于以下幾個(gè)方面思路開(kāi)展研發(fā)設(shè)計(jì)：

1.建設(shè)智慧車(chē)站運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，對(duì)接多個(gè)智慧子系統(tǒng)，增設(shè)視頻分析、智能運(yùn)管、環(huán)控策略及大屏可視化等業(yè)務(wù)，改造典型出入口的卷簾門(mén)等機(jī)電設(shè)備，開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足車(chē)站輔助運(yùn)營(yíng)的智能化場(chǎng)景。

2.智慧車(chē)站在車(chē)站系統(tǒng)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、車(chē)站環(huán)境/客流/突發(fā)事件的實(shí)時(shí)感知、車(chē)站的自主運(yùn)行、自助化個(gè)性化乘客服務(wù)等方面開(kāi)展重點(diǎn)研究。

3.自動(dòng)開(kāi)關(guān)站、基于視頻分析的車(chē)站自動(dòng)巡檢以及基于智慧照明燈聯(lián)網(wǎng)的定位網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用，切實(shí)提升車(chē)站智能運(yùn)營(yíng)管理水平。

4.乘客從進(jìn)站到出站，可以方便查詢(xún)?nèi)轿坏慕煌ㄐ畔⒎?wù)，精準(zhǔn)制訂交通解決方案，利用站內(nèi)電子地圖導(dǎo)航，可選擇的人工智能服務(wù)增多，便利性和科技體驗(yàn)感增強(qiáng)。

5.站務(wù)與運(yùn)維人員通過(guò)智能化推送顯示，能及時(shí)掌握車(chē)站系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)各類(lèi)報(bào)警信息，可同時(shí)處理多個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題,應(yīng)急處理時(shí)間縮短，運(yùn)營(yíng)壓力減輕，提高運(yùn)營(yíng)效率和安全防控能力。

二、智慧車(chē)站主要功能

智慧車(chē)站總體架構(gòu)是:“1個(gè)平臺(tái)+3大模塊+12種功能”。智慧車(chē)站在綜合監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能運(yùn)管系統(tǒng)、智能分析系統(tǒng)，設(shè)置統(tǒng)一信息展示和交互的綜合管理平臺(tái)。智慧車(chē)站主要功能體現(xiàn)在智慧乘客服務(wù)、智慧站務(wù)管理、智能設(shè)備運(yùn)維三大模塊，包括12種主要功能。

1.智慧乘客服務(wù)模塊主要包括站內(nèi)定位導(dǎo)航、智能語(yǔ)音售票、云購(gòu)票、智慧安檢四大功能，為乘客提供一個(gè)全新的智能乘車(chē)體驗(yàn)車(chē)站。

2.智慧站務(wù)管理模塊包括車(chē)站工況感知、客流狀態(tài)感知、智能化場(chǎng)景、車(chē)站異常智能識(shí)別功能。利用現(xiàn)有綜合監(jiān)控平臺(tái)打通各專(zhuān)業(yè)壁壘，接入融合各智能子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為運(yùn)營(yíng)站務(wù)人員提供智能視頻分析、安防集成管理、客流預(yù)警、事件告警、信息發(fā)布、平臺(tái)可視、一鍵開(kāi)關(guān)站等智能化應(yīng)用。

3.智能設(shè)備運(yùn)維模塊由若干子系統(tǒng)組成，通過(guò)一系列智能化創(chuàng)新技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)車(chē)站智能化提升，主要包括智慧照明、供電巡檢機(jī)器人、電扶梯智能診斷、站列間隙夾人智能監(jiān)測(cè)等。

三、智慧車(chē)站特點(diǎn)

（一）車(chē)站態(tài)勢(shì)全息感知

基于數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)車(chē)站站廳、站臺(tái)、出入口、設(shè)備房、辦公區(qū)等主要區(qū)域進(jìn)行3D建模，構(gòu)建三維車(chē)站模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)各子系統(tǒng)、車(chē)站環(huán)境、設(shè)施設(shè)備、人員、客流的狀態(tài)全方位感知與集成管理。根據(jù)車(chē)站不同子系統(tǒng)的重要程度及子系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備是否存在故障計(jì)算出全站的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)；對(duì)設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)，列車(chē)到站信息，設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)統(tǒng)計(jì)信息（智慧照明、健康扶梯、智能環(huán)控等）全面顯示；對(duì)出入站客流實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，形成車(chē)站各區(qū)域客流密度熱力圖；顯示車(chē)站各區(qū)域溫度、濕度、PM10、CO2濃度、車(chē)站氣象狀態(tài)等，并根據(jù)所有環(huán)境指標(biāo)綜合計(jì)算出乘客舒適度指標(biāo)；集成CCTV攝像頭監(jiān)視，點(diǎn)擊攝像頭實(shí)時(shí)預(yù)覽監(jiān)控畫(huà)面，車(chē)站公共區(qū)域全覆蓋；匯集車(chē)站各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)告警及故障信息，并通過(guò)AI技術(shù)識(shí)別與篩選后推送。

（二）智能化場(chǎng)景監(jiān)控

智慧車(chē)站以車(chē)站綜合監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，依托于綜合監(jiān)控車(chē)站聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景，將BAS、FAS、AFC、PSD、PIS、CCTV、低壓照明等各系統(tǒng)間信息集成、數(shù)據(jù)共享、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，提供車(chē)站站務(wù)的輔助管理，滿(mǎn)足開(kāi)站/關(guān)站管理、運(yùn)營(yíng)管理、施工管理、運(yùn)營(yíng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等智能化運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景需求。

（三）智能異常場(chǎng)景識(shí)別

智慧車(chē)站系統(tǒng)借助多類(lèi)型傳感器，通過(guò)一系列人工智能技術(shù)，對(duì)相關(guān)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)事監(jiān)視與分析，并在異常事件（乘客摔倒、扶梯逆行、異常逗留、站臺(tái)端門(mén)異常開(kāi)啟等）發(fā)生時(shí)自動(dòng)推送報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)聯(lián)動(dòng)處理，保障運(yùn)營(yíng)安全穩(wěn)定。

四、技術(shù)亮點(diǎn)

（一）精準(zhǔn)服務(wù)的智慧照明疊加地下空間定位導(dǎo)航

南京地鐵智慧照明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)抗擁塞網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在LED照明的基礎(chǔ)上對(duì)燈具增加智能化控制芯片，將燈與燈進(jìn)行互聯(lián)，自動(dòng)感知客流與環(huán)境光線(xiàn)變化，實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、自組織、大規(guī)模、無(wú)感無(wú)級(jí)調(diào)光控制，適應(yīng)不同工況下的照明需求，讓能源的使用更加智能高效。該技術(shù)于2018年通過(guò)住建部“綠色照明科技示范工程”驗(yàn)收，已推廣到南京地鐵多條線(xiàn)路上應(yīng)用。此次草場(chǎng)門(mén)智慧車(chē)站方案中，應(yīng)用了智慧照明技術(shù)，并且借助智慧照明自有的通信技術(shù)，在車(chē)站內(nèi)形成一張定位網(wǎng)絡(luò)，每一盞燈都是一個(gè)定位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了定位導(dǎo)航功能。定位網(wǎng)絡(luò)不僅用于對(duì)乘客出行導(dǎo)航服務(wù)，還用于站內(nèi)工作人員管理以及車(chē)站施工管理，特別是軌行區(qū)作業(yè)時(shí)，對(duì)可能阻礙行車(chē)的大型工具也可進(jìn)行定位，防止遺漏在軌行區(qū)。

（二）高度集成的智慧車(chē)站運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)

南京智慧車(chē)站系統(tǒng)平臺(tái)是以既有的綜合監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，新增客流分布、環(huán)境監(jiān)測(cè)、扶梯智能監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)和設(shè)備接口，新增狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)管控、自動(dòng)運(yùn)行、智能診斷等軟件功能模塊，升級(jí)改造搭建的智慧車(chē)站運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)。其依托于綜合監(jiān)控系統(tǒng)、智慧支撐子系統(tǒng)，將物聯(lián)網(wǎng)、智能視頻、運(yùn)營(yíng)管理、設(shè)備維保、客運(yùn)服務(wù)等數(shù)據(jù)深度融合，通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行全面分析、綜合利用，結(jié)合車(chē)站3D模型，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)向中心調(diào)度、車(chē)站運(yùn)營(yíng)、客運(yùn)服務(wù)、設(shè)備維保等人員提供符合其崗位特點(diǎn)和簡(jiǎn)潔高效的管家式車(chē)站運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景，通過(guò)建立知識(shí)庫(kù)，提高車(chē)站應(yīng)急和運(yùn)維水平，最終實(shí)現(xiàn)車(chē)站設(shè)備管理自動(dòng)化、檢修智能化、乘客服務(wù)自助化。

（三）功能強(qiáng)大的智能巡檢機(jī)器人

供電系統(tǒng)智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，替代人工巡檢，讓運(yùn)維更智能、高效、安全、經(jīng)濟(jì)。智能巡檢機(jī)器人具有自主移動(dòng)、智能識(shí)別、綜合分析的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)7*24小時(shí)不間斷、高頻率巡檢，實(shí)時(shí)獲取大量數(shù)據(jù)；利用智能巡檢裝置搭載高清可見(jiàn)光相機(jī)，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備及環(huán)境圖像，結(jié)合基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)、自主獲??；利用智能巡檢裝置搭載局放傳感器，獲取電力柜局部放電數(shù)據(jù)，結(jié)合局放圖譜庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備局放的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；巡檢自動(dòng)生成報(bào)表，并具備報(bào)表統(tǒng)計(jì)和歷史數(shù)據(jù)回溯功能，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行分析預(yù)判，達(dá)到故障預(yù)警作用。

五、智慧車(chē)站試點(diǎn)效益

草場(chǎng)門(mén)智慧車(chē)站試點(diǎn)項(xiàng)目于2020年5月啟動(dòng)，利用全自動(dòng)無(wú)人駕駛7號(hào)線(xiàn)建設(shè)契機(jī)，對(duì)老線(xiàn)4號(hào)線(xiàn)車(chē)站進(jìn)行升級(jí)改造，于2020年底完成建設(shè)。智慧車(chē)站投入運(yùn)行后，乘客服務(wù)質(zhì)量明顯提升、運(yùn)營(yíng)效率明顯改善、運(yùn)維成本明顯降低。南京地鐵在全線(xiàn)網(wǎng)16個(gè)主所投入33臺(tái)巡檢機(jī)器人，相對(duì)人工巡檢模式，33臺(tái)機(jī)器人以8年全壽命周期計(jì)算，預(yù)計(jì)節(jié)省成本約1450萬(wàn)元。智慧照明節(jié)電率達(dá)到75%，全線(xiàn)網(wǎng)目前已投用約1.5萬(wàn)盞智慧照明，按現(xiàn)行電價(jià)，五年可節(jié)省電費(fèi)近500萬(wàn)元。車(chē)站異常智能識(shí)別的異常預(yù)警實(shí)時(shí)推送給站務(wù)人員，響應(yīng)時(shí)間在1分鐘內(nèi)，遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)站務(wù)人員通過(guò)定時(shí)巡檢、翻看攝像頭發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的速度。語(yǔ)音購(gòu)票功能降低了購(gòu)票操作難度，減少購(gòu)票時(shí)間，經(jīng)隨機(jī)測(cè)試，購(gòu)票時(shí)間從30.64秒降低至11.85秒，減少幅度61.3%。智慧安檢減少了乘客排隊(duì)等待進(jìn)站時(shí)間，瓶裝液體、管制刀具等違禁物品識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到95%以上，相對(duì)于傳統(tǒng)目視識(shí)別，檢出率大幅提升。

“智慧城軌”建設(shè)時(shí)代，南京地鐵通過(guò)融合多種新興技術(shù)、匯聚各地多方優(yōu)勢(shì)資源，基本實(shí)現(xiàn)了智慧車(chē)站試點(diǎn)目標(biāo)。智慧車(chē)站建設(shè)仍處于探索和試點(diǎn)階段，對(duì)于未來(lái)的推廣應(yīng)用和新線(xiàn)建設(shè)，思考如下：

1.智慧車(chē)站在特定功能軟件匹配、系統(tǒng)整合數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)自我學(xué)習(xí)更新、建設(shè)與后期維護(hù)之間的差距等方面存在諸多挑戰(zhàn)，只有不斷應(yīng)用、豐富與完善，智慧車(chē)站效能才能實(shí)現(xiàn)最大化。

2.智慧車(chē)站智慧化系統(tǒng)云架構(gòu)可與生產(chǎn)管理云有機(jī)融合，打通與運(yùn)維管理平臺(tái)、資產(chǎn)管理平臺(tái)等不同專(zhuān)業(yè)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，為設(shè)備全生命周期管理和智能運(yùn)維打下基礎(chǔ)。

3.智慧車(chē)建設(shè)為軌道交通車(chē)站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提出了新的改革方向，多方位簡(jiǎn)化了工作流程，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)流程進(jìn)行再造與優(yōu)化，建立與智能化水平相適應(yīng)的運(yùn)營(yíng)組織方式，使智慧車(chē)站建設(shè)實(shí)現(xiàn)預(yù)期效益。

4.智慧城軌建設(shè)需持之以恒推進(jìn)，作為首個(gè)獲得國(guó)家發(fā)改委批復(fù)規(guī)劃的跨省都市圈核心城市，南京地鐵今年還向中城軌協(xié)會(huì)申報(bào)了《南京都市圈智慧市域快軌示范工程》，通過(guò)智慧賦能推進(jìn)“軌道上的都市圈”的先行先試，為南京都市圈軌道交通高質(zhì)量發(fā)展做出積極努力。