張春家,史天運(yùn),呂曉軍,白 偉,梁 博,胡 昊
(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,北京100081)
客運(yùn)車(chē)站作為鐵路與旅客的交互窗口,具有非常重要的地位.隨著新技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)優(yōu)化的需求,構(gòu)建智能客運(yùn)車(chē)站是未來(lái)的必然發(fā)展趨勢(shì).法國(guó)鐵路公司在大型客運(yùn)站設(shè)有信息服務(wù)中心,實(shí)現(xiàn)了各信息子系統(tǒng)之間的信息共享,并與客運(yùn)段共享列車(chē)運(yùn)營(yíng)組織的相關(guān)信息,提高了生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量[1-2].德國(guó)鐵路公司建設(shè)的乘客信息系統(tǒng)基本上涵蓋了車(chē)站旅客所需要的全部信息,實(shí)現(xiàn)了車(chē)站旅客服務(wù)與管理系統(tǒng)的一體化[3-4].日本鐵路公司開(kāi)發(fā)了面向旅客服務(wù)的車(chē)站綜合服務(wù)信息系統(tǒng)CyberStation,與新干線運(yùn)行管理系統(tǒng)和客票發(fā)售系統(tǒng)聯(lián)通,并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向旅客提供各類(lèi)信息服務(wù)[5-6].東日本鐵路公司專門(mén)修建了與實(shí)際車(chē)站空間相同的智能車(chē)站實(shí)驗(yàn)室,按照“安全可靠的車(chē)站”“高度便利化的舒適車(chē)站”“環(huán)保車(chē)站”3個(gè)主題對(duì)相關(guān)新技術(shù)和創(chuàng)新理念進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)判[7].瑞士聯(lián)邦鐵路公司將擴(kuò)展車(chē)站數(shù)字服務(wù)視為一項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù),與谷歌、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院等合作伙伴共同開(kāi)展車(chē)站服務(wù)技術(shù)的研發(fā)工作[7].我國(guó)車(chē)站基本實(shí)現(xiàn)了自助化旅客服務(wù),2107年中國(guó)鐵路總公司在中國(guó)鐵路國(guó)際裝備展專門(mén)設(shè)立了智能車(chē)站論壇來(lái)探討國(guó)內(nèi)外智能車(chē)站的應(yīng)用和發(fā)展[8-10].
綜上所述,鐵路客運(yùn)車(chē)站智能化發(fā)展的趨勢(shì)是信息系統(tǒng)高度集成、數(shù)據(jù)信息充分共享、設(shè)備設(shè)施協(xié)同聯(lián)動(dòng)、技術(shù)業(yè)務(wù)深度融合、多式交通快捷聯(lián)運(yùn),為旅客提供全程化、一體化、自助化、個(gè)性化的出行服務(wù).
智能車(chē)站將突破現(xiàn)有鐵路客運(yùn)車(chē)站旅客服務(wù)和生產(chǎn)組織模式,以業(yè)務(wù)、問(wèn)題和技術(shù)驅(qū)動(dòng)的方式建立一套將車(chē)站作為整體的通用框架和標(biāo)準(zhǔn).智能車(chē)站致力于實(shí)現(xiàn)2個(gè)目標(biāo):一是為旅客提供輕松便捷的出行服務(wù),二是為車(chē)站內(nèi)部提供高效安全的生產(chǎn)能力.
從服務(wù)旅客的角度來(lái)看,智能車(chē)站將是一位個(gè)性化服務(wù)助理.在旅客確定出行目的地后,該助理將為旅客提供多套“門(mén)到門(mén)”的全行程出行方案;在旅客選擇方案后,該助理將為旅客提供路徑導(dǎo)航、時(shí)刻提醒等延伸服務(wù);當(dāng)旅客進(jìn)站乘車(chē)時(shí),該助理將為旅客提供快速安檢、舒適候車(chē)、連續(xù)引導(dǎo)、個(gè)性餐飲、豐富資訊、精準(zhǔn)檢票等服務(wù);當(dāng)旅客到站下車(chē)后,該助理將為旅客提供便捷的站內(nèi)換乘、清晰的出站引導(dǎo)、快捷地其他交通工具接駁等服務(wù).
從內(nèi)部運(yùn)營(yíng)的角度來(lái)看,智能車(chē)站將是一個(gè)協(xié)同指揮平臺(tái).針對(duì)車(chē)站的客運(yùn)業(yè)務(wù),該平臺(tái)設(shè)置科學(xué)的考核標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)編制作業(yè)—人員—設(shè)備的運(yùn)用計(jì)劃、提供合理的決策建議、全面展示生產(chǎn)要素、協(xié)同控制設(shè)備設(shè)施;針對(duì)車(chē)站的各類(lèi)客運(yùn)設(shè)備,該平臺(tái)開(kāi)展設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障提前預(yù)警、全生命周期運(yùn)維、設(shè)備閉環(huán)控制等工作;針對(duì)車(chē)站的工作人員,該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)調(diào)度命令及時(shí)下發(fā)、位置狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、作業(yè)情況分析評(píng)價(jià)、人員設(shè)備聯(lián)動(dòng)指揮等功能;針對(duì)車(chē)站的安全,該平臺(tái)全面監(jiān)控站內(nèi)的安全要素,通過(guò)數(shù)據(jù)分析和場(chǎng)景分類(lèi)制定科學(xué)的安全策略,當(dāng)出現(xiàn)各類(lèi)安全應(yīng)急事件時(shí),該助理結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況制定安全應(yīng)急策略,并對(duì)站內(nèi)的人員、設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一指揮,實(shí)現(xiàn)快速處置和人員疏散.
智能客運(yùn)車(chē)站是以旅客無(wú)障礙暢通出行、人性化無(wú)縫自助服務(wù)、生產(chǎn)高效組織、安全實(shí)時(shí)監(jiān)控、全面綠色環(huán)保為目標(biāo),以現(xiàn)代鐵路管理、服務(wù)理念和云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人等最新信息技術(shù)為支撐,通過(guò)全面實(shí)時(shí)感知、信息及時(shí)服務(wù)和生產(chǎn)自動(dòng)組織,實(shí)現(xiàn)客運(yùn)車(chē)站列車(chē)、作業(yè)、設(shè)備、人員、環(huán)境的協(xié)同聯(lián)動(dòng)和閉環(huán)控制,打造高效、自助、安全、綠色有機(jī)統(tǒng)一的新型生產(chǎn)服務(wù)系統(tǒng).智能客運(yùn)車(chē)站的顯著標(biāo)志是自助化、集成化、智能化、國(guó)際化.
鐵路智能客運(yùn)車(chē)站將構(gòu)建1個(gè)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的統(tǒng)一協(xié)同的有機(jī)整體,其典型特征是:全面感知、自助服務(wù)、資源共享、協(xié)同聯(lián)動(dòng)、主動(dòng)適應(yīng).
(1)全面感知.
通過(guò)對(duì)車(chē)站的移動(dòng)設(shè)備、固定設(shè)施、運(yùn)營(yíng)環(huán)境、人員狀況及其他相關(guān)生產(chǎn)要素進(jìn)行全面透徹的信息感知,掌握車(chē)站內(nèi)各生產(chǎn)要素的實(shí)際狀態(tài),做到信息的廣泛、充分、持續(xù)、實(shí)時(shí)感知.
(2)自助服務(wù).
通過(guò)音視頻識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器人等新技術(shù)和設(shè)備的運(yùn)用,為旅客提供“刷臉”進(jìn)出站、多語(yǔ)言自助問(wèn)答、殘障人士無(wú)障礙進(jìn)站乘車(chē)等人性化、個(gè)性化的自助服務(wù).
(3)資源共享.
對(duì)感知的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理,打通站內(nèi)信息數(shù)據(jù)之間的壁壘,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享復(fù)用,使數(shù)據(jù)的價(jià)值最大化;對(duì)站內(nèi)的硬件資源進(jìn)行統(tǒng)籌管理、按需分配,減少資源的閑置和浪費(fèi).
(4)協(xié)同聯(lián)動(dòng).
打破現(xiàn)有信息系統(tǒng)各自為戰(zhàn)的狀況,通過(guò)系統(tǒng)的整合和互相操控、設(shè)備的閉環(huán)控制、人員的閉環(huán)管理形成1套完善的協(xié)同指揮體系,實(shí)現(xiàn)滿足業(yè)務(wù)需求的作業(yè)—人員—設(shè)備—設(shè)施快速協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng).
(5)主動(dòng)適應(yīng).
利用數(shù)據(jù)深度融合技術(shù)建立業(yè)務(wù)模型,在客流、列車(chē)等內(nèi)外部運(yùn)行環(huán)境變化時(shí),自動(dòng)生成決策建議,輔助管理人員決策,主動(dòng)調(diào)整站內(nèi)的作業(yè)流程、人員部署、設(shè)備狀態(tài)來(lái)適應(yīng)變化,避免旅客排長(zhǎng)隊(duì)、安全處置不及時(shí)等情況出現(xiàn).
智能客運(yùn)車(chē)站的總體框架包括數(shù)據(jù)感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)資源和業(yè)務(wù)應(yīng)用4個(gè)層次,信息安全保障和標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)2個(gè)體系,邏輯關(guān)系如圖1所示.
圖1 智能客運(yùn)車(chē)站總體框架Fig.1 The general framework of IRPS
(1)數(shù)據(jù)感知層.
通過(guò)音視頻監(jiān)控、紅外監(jiān)測(cè)、高速攝像、定位系統(tǒng)、手持終端、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等多種手段,自動(dòng)獲取客運(yùn)車(chē)站內(nèi)旅客、列車(chē)、設(shè)備、環(huán)境、安全等信息,全方位掌握整個(gè)客運(yùn)車(chē)站的運(yùn)行情況.數(shù)據(jù)感知層是構(gòu)建智能車(chē)站的基礎(chǔ),信息的實(shí)時(shí)采集和種類(lèi)的多樣是其重要特征.
(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層.
通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和通信技術(shù),搭建聯(lián)通站內(nèi)各信息節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),匯集感知層采集的各類(lèi)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)資源層,為系統(tǒng)間的互聯(lián)互通提供高效穩(wěn)定的物理支撐條件.網(wǎng)絡(luò)傳輸層是構(gòu)建智能車(chē)站的關(guān)鍵,數(shù)據(jù)傳輸通道的全覆蓋和網(wǎng)絡(luò)種類(lèi)的多樣化是其重要特征
(3)數(shù)據(jù)資源層.
通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、數(shù)學(xué)建模、平行計(jì)算等技術(shù),對(duì)站內(nèi)客運(yùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、存儲(chǔ)、管理、建模、分析和展示,支撐車(chē)站的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)客運(yùn)數(shù)據(jù)的高效利用和價(jià)值挖掘.數(shù)據(jù)資源層是構(gòu)建智能車(chē)站的核心,數(shù)據(jù)的共享和深度價(jià)值挖掘是其重要特征.
(4)業(yè)務(wù)應(yīng)用層.
在數(shù)據(jù)資源的支撐下,開(kāi)發(fā)滿足車(chē)站實(shí)際業(yè)務(wù)需求的具體應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)旅客出行個(gè)性化溫馨服務(wù)、生產(chǎn)—人員—設(shè)備的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)、全天候的安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和安全保障.業(yè)務(wù)應(yīng)用層是構(gòu)建智能車(chē)站的手段,便捷服務(wù)、高效生產(chǎn)和全面安防是其重要特征.
(5)信息安全保障體系.
信息是客運(yùn)車(chē)站智能化的基礎(chǔ),智能車(chē)站將通過(guò)規(guī)則制度、系統(tǒng)設(shè)備使用規(guī)范、數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)、新技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、角色和權(quán)限管理等方面構(gòu)建完備的信息安全保障體系,避免現(xiàn)信息丟失、錯(cuò)誤、損毀等問(wèn)題,保障智能客運(yùn)車(chē)站的正常運(yùn)行.
(6)標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)體系.
結(jié)合新技術(shù)的發(fā)展方向和智能車(chē)站內(nèi)涵的變化趨勢(shì),構(gòu)建1套統(tǒng)一完善的可擴(kuò)展的智能車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)化的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,科學(xué)客觀地構(gòu)建客運(yùn)車(chē)站智能化水平的評(píng)價(jià)模型和方法,達(dá)到“以評(píng)促建”的目的.
按照服務(wù)對(duì)外、生產(chǎn)對(duì)內(nèi)、安全貫穿的原則,智能車(chē)站的業(yè)務(wù)可以劃分為如圖2所示的智能出行服務(wù)、智能生產(chǎn)組織和智能安全保障3大類(lèi).
圖2 智能客運(yùn)車(chē)站的業(yè)務(wù)劃分Fig.2 The business division of IRPS
(1)智能出行服務(wù).
將新技術(shù)與旅客的實(shí)際需求相結(jié)合,為旅客提供全面的、個(gè)性化的、人性化的出行服務(wù),提高旅客的出行體驗(yàn).主要包含:①對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶評(píng)價(jià)、調(diào)查反饋等進(jìn)行分析,優(yōu)化客運(yùn)服務(wù)流程,提高旅客對(duì)服務(wù)的滿意度;②依據(jù)客流變化自動(dòng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證口、檢票口、出站口的開(kāi)通數(shù)量,使旅客排隊(duì)最短;③通過(guò)對(duì)空氣質(zhì)量、溫濕度、噪聲、照度等環(huán)境要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)調(diào)控,為旅客提供人性化的站內(nèi)候車(chē)環(huán)境;④通過(guò)整體風(fēng)格設(shè)計(jì)、色彩搭配、動(dòng)靜搭配,為旅客提供高效清晰的引導(dǎo)指示;⑤為旅客提供無(wú)接觸式驗(yàn)票、檢票服務(wù);⑥利用大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器人等新技術(shù),為旅客提供個(gè)性化、一體化的展示、查詢、求助等信息服務(wù).
(2)智能生產(chǎn)組織.
將新技術(shù)應(yīng)用到客運(yùn)車(chē)站生產(chǎn)組織中,在保障車(chē)站正常運(yùn)營(yíng)、旅客正常出行的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本.主要包括:①依據(jù)列車(chē)位置數(shù)據(jù),精確計(jì)算出列車(chē)的到離站時(shí)間,并結(jié)合乘車(chē)人數(shù)、檢票口和車(chē)廂分布情況,自動(dòng)控制廣播、導(dǎo)向等旅客引導(dǎo)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和播報(bào)展示內(nèi)容;②依據(jù)客運(yùn)組織的需求,自動(dòng)編制車(chē)站客運(yùn)人員的工作計(jì)劃并下發(fā)給客運(yùn)人員,工作人員依據(jù)指令到達(dá)指定位置完成接發(fā)列車(chē)、上水吸污、驗(yàn)檢票、旅客引導(dǎo)等工作,并及時(shí)反饋工作中出現(xiàn)的各類(lèi)問(wèn)題;③利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)售檢票、照明、電扶梯、通風(fēng)、空調(diào)等設(shè)備整機(jī)及關(guān)鍵部件運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際感知,依據(jù)客運(yùn)生產(chǎn)組織需求,自動(dòng)編組設(shè)備的運(yùn)用計(jì)劃,實(shí)現(xiàn)各類(lèi)設(shè)備的全生命周期管理和“按需運(yùn)行”;④利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù),實(shí)時(shí)展示站內(nèi)全生產(chǎn)要素的狀況、決策建議和危險(xiǎn)預(yù)警信息.
(3)智能安全保障.
通過(guò)將新的技術(shù)手段和設(shè)備應(yīng)用到安全保障中,實(shí)現(xiàn)事前自動(dòng)預(yù)警、事中及時(shí)處置和事后科學(xué)評(píng)價(jià),最大限度保障旅客和車(chē)站的安全.主要包括:①利用多數(shù)據(jù)融合處理等技術(shù)對(duì)視頻、聲音、氣味、溫度等安全要素進(jìn)行分析,做到安全隱患事前預(yù)警;②利用大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算實(shí)驗(yàn)等技術(shù),建立仿真人員疏散模型,制定人員疏散及應(yīng)急處置預(yù)案;③突發(fā)事件發(fā)生時(shí),依據(jù)站內(nèi)客流、明火、煙霧等關(guān)鍵安全要素的實(shí)際情況,自動(dòng)給出處置建議和流程,并協(xié)同控制站內(nèi)人員、設(shè)備,實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件快速處置;④與當(dāng)?shù)蒯t(yī)院、消防、公安、政府等部門(mén)建立聯(lián)合處理機(jī)制,協(xié)同處理應(yīng)急事件.
按照上文所提總體框架的要求,在太原站搭建了智能車(chē)站試驗(yàn)環(huán)境,圍繞著上文所提的智能化功能開(kāi)展了相應(yīng)的工作,下面通過(guò)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、縮短排隊(duì)時(shí)間兩個(gè)典型的應(yīng)用來(lái)證實(shí)上文所提內(nèi)容的真實(shí)性和可行性.
利用三維空間感知和成像技術(shù)構(gòu)建1∶1的車(chē)站三維實(shí)景建筑模型,將數(shù)據(jù)感知層實(shí)時(shí)采集到的旅客、工作人員、列車(chē)、環(huán)境等信息在三維模型上分類(lèi)展現(xiàn),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)和服務(wù)流程的可視化.建立車(chē)站擁擠度和舒適度評(píng)價(jià)模型,并實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)車(chē)站的運(yùn)營(yíng)狀況,如有異常情況發(fā)生,自動(dòng)生成相應(yīng)的報(bào)警信息.該功能極大地優(yōu)化了車(chē)站指揮中心的業(yè)務(wù)流程,減少了客運(yùn)指揮人員的工作量.
進(jìn)站通道是車(chē)站和外界的連接區(qū)域,客流密度變化較大,開(kāi)行通道太少則會(huì)造成擁堵,影響旅客的通過(guò)體驗(yàn);開(kāi)行通道太多則會(huì)造成資源浪費(fèi),增加車(chē)站的運(yùn)營(yíng)成本.因此,利用數(shù)據(jù)資源層匯集的客流相關(guān)數(shù)據(jù),形成進(jìn)站區(qū)域的客流預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)未來(lái)一天客流的變化情況,并依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)配生產(chǎn)和服務(wù)資源,實(shí)現(xiàn)通道動(dòng)態(tài)開(kāi)行,便于旅客快速進(jìn)站,如圖3所示.
圖3 預(yù)測(cè)與實(shí)際客流對(duì)比及進(jìn)站通道開(kāi)行情況Fig.3 The comparison of predictive and real-time passenger flow and the situation of the entrance
本文在概括鐵路客運(yùn)車(chē)站現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,提出了智能車(chē)站的基本理念,明確了智能車(chē)站的定義及特征,設(shè)計(jì)了智能車(chē)站的功能,構(gòu)建了智能車(chē)站的框架,并搭建試驗(yàn)環(huán)境驗(yàn)證了上述內(nèi)容.通過(guò)智能車(chē)站的深入研究和應(yīng)用,將為旅客提供更加便捷的出行服務(wù),為內(nèi)部生產(chǎn)提供更加高效的運(yùn)營(yíng)能力,進(jìn)一步提高旅客的滿意度、降低車(chē)站的運(yùn)營(yíng)成本、提升車(chē)站的安全保障水平、提升中國(guó)鐵路在世界軌道交通領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力.
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