地鐵智慧車(chē)站的內(nèi)涵和實(shí)踐途徑*

江志彬 陳菁菁 谷金晶

(1.上海市軌道交通結(jié)構(gòu)耐久與系統(tǒng)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201804，上海； 2.同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，201804，上海；3.上海地鐵第四運(yùn)營(yíng)有限公司，200071，上海//第一作者，副教授)

新型智慧城市是貫徹落實(shí)創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享發(fā)展理念，推進(jìn)新一代信息通信技術(shù)與城市戰(zhàn)略、規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和服務(wù)全面深度融合，以信息化為引領(lǐng)的城市發(fā)展新形態(tài)。黨的十九大報(bào)告首次提出“智慧社會(huì)”，明確了智慧城市發(fā)展的新要求[1]。“智慧地鐵”作為“智慧社會(huì)”的一個(gè)重要分支，旨在地鐵行業(yè)內(nèi)廣泛采用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、地理信息(北斗衛(wèi)星)等信息技術(shù)，推進(jìn)信息技術(shù)與地鐵業(yè)務(wù)深度融合，以更好地保障運(yùn)營(yíng)安全、提高運(yùn)輸效率、提升出行體驗(yàn)[2]。車(chē)站作為地鐵網(wǎng)絡(luò)的最為關(guān)鍵的銜接部分，是地鐵服務(wù)的社會(huì)窗口和城市門(mén)戶(hù)，舒適、愉悅的體面出行已經(jīng)成為乘客追求的新目標(biāo)。從滿(mǎn)足乘客多樣化需求和提升設(shè)施設(shè)備智能化管控等方面來(lái)看，全面提升地鐵車(chē)站的智慧化水平，是實(shí)現(xiàn)“智慧地鐵”的關(guān)鍵。

目前針對(duì)“智慧車(chē)站”還沒(méi)有明確的定義，有部分學(xué)者在智能設(shè)計(jì)[3]、智能維護(hù)[4]、智能服務(wù)[4]等的研究中提出了地鐵車(chē)站智能化建設(shè)的建議與措施，而“智慧車(chē)站”的內(nèi)涵、目標(biāo)和實(shí)踐途徑等還有待進(jìn)一步研究。本文將從地鐵智慧車(chē)站的需求出發(fā)，剖析智慧車(chē)站的內(nèi)涵和特征；從智慧設(shè)計(jì)和建造、設(shè)備智能檢測(cè)和控制、客流智能監(jiān)測(cè)與預(yù)警預(yù)測(cè)、智能決策和智能服務(wù)等方面探討智慧車(chē)站的實(shí)踐途徑。

1 地鐵智慧車(chē)站的需求與內(nèi)涵

1.1 地鐵智慧車(chē)站需求

智慧車(chē)站是基于各類(lèi)智能化信息技術(shù)的綜合應(yīng)用，集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策等綜合智慧能力，是人、建筑和環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)、服務(wù)、維護(hù)等從“生產(chǎn)范式”向“服務(wù)范式”的轉(zhuǎn)變。智慧車(chē)站的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)車(chē)站管理與服務(wù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化、個(gè)性化、人性化、自助化和協(xié)作化，達(dá)到可測(cè)、可控、可閱讀的目的。

智慧車(chē)站建設(shè)的核心目標(biāo)是提升管理效率和服務(wù)水平。隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的快速推進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)程度的不斷深入，地鐵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度越來(lái)越高，大型換乘站越來(lái)越多，客流增長(zhǎng)速度快且時(shí)空特征復(fù)雜多變，加上日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中經(jīng)常面臨復(fù)雜的運(yùn)營(yíng)環(huán)境(如大客流、突發(fā)事件、惡劣天氣、故障等)，導(dǎo)致車(chē)站管理的難度越來(lái)越大。隨著地鐵新的智能裝備(如基于通信的列車(chē)控制(CBTC)系統(tǒng)、無(wú)人駕駛技術(shù)等)、新的監(jiān)測(cè)手段(視頻、Wi-Fi嗅探、手機(jī)信令、藍(lán)牙、紅外等)、新的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)(建筑信息化模型(BIM)、節(jié)能減排技術(shù)等)、新的支付手段(刷卡、網(wǎng)絡(luò)支付、移動(dòng)支付、刷臉支付等)和新的信息技術(shù)(云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、全息感知、區(qū)塊鏈等)的蓬勃發(fā)展，地鐵車(chē)站迫切需要向智慧車(chē)站轉(zhuǎn)變。提升車(chē)站的智慧化水平可以達(dá)到節(jié)能、減員增效和提高管理與服務(wù)水平的目的，更重要的是可以為乘客提供更為舒適、安全、可靠、一體化和人性化的服務(wù)，提升乘客出行體驗(yàn)。

1.2 地鐵智慧車(chē)站的內(nèi)涵和特征

傳統(tǒng)車(chē)站與智慧車(chē)站的內(nèi)涵差異分析如表1所示。智慧車(chē)站的特征主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

表1 傳統(tǒng)車(chē)站與智慧車(chē)站的內(nèi)涵差異分析

1) 全面透徹的感知與控制。利用各類(lèi)智能系統(tǒng)和感知設(shè)備，智能識(shí)別、立體感知車(chē)站的環(huán)境、設(shè)施設(shè)備狀態(tài)、乘客移動(dòng)軌跡、列車(chē)運(yùn)行過(guò)程等，對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析和處理，促進(jìn)車(chē)站各業(yè)務(wù)系統(tǒng)和諧高效運(yùn)行。智慧車(chē)站還強(qiáng)調(diào)車(chē)站各設(shè)施設(shè)備的自動(dòng)控制和有限條件下的自修復(fù)功能，強(qiáng)調(diào)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的自動(dòng)化和智能化。

2) 高度互聯(lián)融合的決策。車(chē)站及其管理是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，各類(lèi)有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展為車(chē)站中的物與物、人與物、人與人的全面互聯(lián)、互通和互動(dòng)，為車(chē)站的各類(lèi)隨時(shí)、隨地、隨需、隨意的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件。每一位乘客、每一個(gè)工作人員、每一列列車(chē)、每一個(gè)設(shè)備的終端都成為了互聯(lián)世界中的信息體，泛在的互聯(lián)作為智慧車(chē)站的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”極大地增強(qiáng)了車(chē)站作為智慧城市自適應(yīng)系統(tǒng)的信息獲取、實(shí)時(shí)反饋、隨時(shí)隨地提供智能服務(wù)的能力。新一代全面感知技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，通過(guò)將“云”與“端”結(jié)合，通過(guò)智能融合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、計(jì)算與分析；通過(guò)人的“智慧”參與，能夠提升決策支持和應(yīng)急指揮的能力。

3) 以人為本的服務(wù)。乘客是地鐵服務(wù)的對(duì)象，未來(lái)乘客的出行需求不僅僅是出行，而是更體面、更舒適、更便捷的出行，因此需要重新定義地鐵服務(wù)的內(nèi)涵。智慧車(chē)站的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)尤其需要注重以人為本、乘客參與、公眾參與、社會(huì)協(xié)同的開(kāi)放創(chuàng)新空間的塑造以及公共價(jià)值與獨(dú)特價(jià)值的創(chuàng)造，注重從乘客的需求出發(fā)，強(qiáng)化用戶(hù)的參與，匯聚公眾的智慧。

2 智慧車(chē)站實(shí)現(xiàn)途徑

2.1 基于BIM的智能設(shè)計(jì)和建造

車(chē)站結(jié)構(gòu)與空間是智能設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)服務(wù)的基礎(chǔ)，因此在進(jìn)行車(chē)站的設(shè)計(jì)和建造時(shí)就應(yīng)考慮到乘客對(duì)車(chē)站的人性化、有溫度的關(guān)懷服務(wù)需求?！癇IM+”融合了BIM技術(shù)與地理信息系統(tǒng)(GIS)、移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)、激光掃描、3D(三維)打印和數(shù)字化加工等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目全生命周期的信息共享，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化項(xiàng)目管理，節(jié)約投資成本，提升工程管理效率，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理清晰化，展現(xiàn)空間的人文化和藝術(shù)化。

1) 智慧設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的靈魂。智慧設(shè)計(jì)可以通過(guò)BIM正向設(shè)計(jì)結(jié)合多項(xiàng)目、多專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)集成的云平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)[5]。新一代的智慧設(shè)計(jì)，可以通過(guò)BIM的三維模型直接生成設(shè)計(jì)圖紙，即正向設(shè)計(jì)。正向設(shè)計(jì)可以大大提高出圖效率，并在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。智慧設(shè)計(jì)可以在可視化環(huán)境中真正實(shí)現(xiàn)乘客出行和企業(yè)管理需求，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃方案優(yōu)化、場(chǎng)地現(xiàn)狀仿真，同時(shí)可以模擬管線(xiàn)搬遷、道路翻交和裝修設(shè)計(jì)。地鐵承擔(dān)著塑造城市良好形象、充當(dāng)文化載體的使命，是傳播城市文脈、展示城市風(fēng)貌的窗口，因此，地鐵空間的設(shè)計(jì)還需要充分體現(xiàn)文化和藝術(shù)的品質(zhì)，使空間更具場(chǎng)所感、親和感、地方感和歷史感[5]。

2) 智慧建造。建造過(guò)程的智能化有利于提升建造的水平和效率，如將BIM模型輕量化和移動(dòng)互聯(lián)、信息集成整合，可實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息門(mén)戶(hù)(PIP)[6]。PIP將設(shè)計(jì)、投資、進(jìn)度、現(xiàn)場(chǎng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻監(jiān)控等多個(gè)系統(tǒng)整合在一起，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)的、可視化的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，指導(dǎo)施工管理人員進(jìn)行有效的資源配置和施工質(zhì)量管理。通過(guò)PIP平臺(tái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的集成和高效利用，能夠從根本上提升BIM環(huán)境下的項(xiàng)目管理能力，有效降低工程建設(shè)中的安全、質(zhì)量、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提高項(xiàng)目工程整體管理效益，如：通過(guò)BIM+GIS實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙功能；通過(guò)BIM+進(jìn)度管理實(shí)現(xiàn)計(jì)劃控制；通過(guò)BIM+成本中心實(shí)現(xiàn)投資管理；通過(guò)BIM+物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物料溯源；通過(guò)BIM+遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管理；通過(guò)BIM+三維激光掃描實(shí)現(xiàn)智慧驗(yàn)收。

2.2 設(shè)施設(shè)備的智能檢測(cè)、智能控制和高效整合

車(chē)站(包括車(chē)場(chǎng))都安裝了許多設(shè)施設(shè)備，各類(lèi)設(shè)備的狀態(tài)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自感知、自檢測(cè)、自控制，并且可以實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的高效整合、設(shè)備與管理手段的聯(lián)動(dòng)，如車(chē)站出入口卷簾門(mén)的控制、進(jìn)出站閘機(jī)的開(kāi)關(guān)和方向控制、標(biāo)志標(biāo)牌的智能切換和信息的自動(dòng)更新、照明系統(tǒng)的自動(dòng)開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)、自動(dòng)樓扶梯運(yùn)行方向和速度的控制、空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制等[7]。與人工操作相比，先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)既可以滿(mǎn)足隨時(shí)、隨地、隨需、隨意的設(shè)備控制需求，還可以節(jié)約可觀(guān)的能耗[8]。同時(shí)，可從多源數(shù)據(jù)融合的角度出發(fā)，基于海量歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的車(chē)站客流特征挖掘，結(jié)合設(shè)施設(shè)備可靠性和維護(hù)保養(yǎng)規(guī)則與要求，在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模式下進(jìn)行車(chē)站設(shè)施設(shè)備的智能化運(yùn)用決策，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備管理由被動(dòng)管理向主動(dòng)管理、由人工驅(qū)動(dòng)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能化方向轉(zhuǎn)變。

2.3 客流狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)預(yù)警

乘客是車(chē)站服務(wù)的主要對(duì)象，對(duì)于客流的流量、流向和密度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是提升客運(yùn)服務(wù)的關(guān)鍵。智慧車(chē)站的建設(shè)需要融合多種檢測(cè)技術(shù)(如視頻、紅外、熱敏、Wi-Fi、手機(jī)信令、藍(lán)牙等)，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)景、多維度的客流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)的互聯(lián)共享和及時(shí)傳遞?？土鞅O(jiān)測(cè)主要包括3個(gè)層次：從網(wǎng)絡(luò)的宏觀(guān)層面上，需要即時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各車(chē)站、各趟列車(chē)的客流分布情況；從中觀(guān)層面，需要即時(shí)掌握各個(gè)車(chē)站的不同出入口、不同換乘方向的客流分布；從微觀(guān)層面，需要即時(shí)掌握客流在不同區(qū)域(如換乘通道、樓扶梯、分方向的站臺(tái))的流量、密度、流動(dòng)速度以及滯留人數(shù)等。同時(shí)，通過(guò)多種監(jiān)測(cè)技術(shù)，還可以還原或預(yù)測(cè)每位乘客在網(wǎng)絡(luò)上的出行軌跡，自動(dòng)識(shí)別乘客個(gè)體行為及狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)短時(shí)的客流預(yù)測(cè)和預(yù)警評(píng)估，為乘客提供個(gè)性化出行引導(dǎo)、運(yùn)營(yíng)信息推送等服務(wù)。另外，還可以從人群聚集、邊界侵入、非法入侵等角度對(duì)車(chē)站的客流進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，如實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感或可疑人員的追蹤定位、自動(dòng)識(shí)別運(yùn)營(yíng)異常事件和狀態(tài)、自動(dòng)識(shí)別能力瓶頸等[9-10]。

2.4 智能決策

通過(guò)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次組合優(yōu)化融合，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、交互式探索方式、可視化仿真技術(shù)，結(jié)合乘客、列車(chē)、設(shè)施設(shè)備、站外交通環(huán)境、天氣等狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)乘客精細(xì)化出行需求預(yù)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)承載能力分析、網(wǎng)絡(luò)能力狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)估、車(chē)站設(shè)施設(shè)備與人員智能管理調(diào)度，以及聯(lián)動(dòng)預(yù)警、應(yīng)急疏散決策、協(xié)同限流決策、列車(chē)運(yùn)行調(diào)整決策、信息智能發(fā)布、智能導(dǎo)航等[11]。如：通過(guò)歷史列車(chē)和客流狀態(tài)的全息感知，基于處理、分析、計(jì)算、試驗(yàn)和建模等過(guò)程，提取出城市空間、交通方式間、軌道交通線(xiàn)路間乘客的出行特征信息；從群體和個(gè)體乘客出行時(shí)空軌跡大數(shù)據(jù)中提取出各類(lèi)出行活動(dòng)(通勤、通學(xué)、生活、游憩)的時(shí)空規(guī)律信息，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的客流狀態(tài)，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)客流和客流分布、大客流的流向，為網(wǎng)絡(luò)列車(chē)開(kāi)行方案和客流組織方案的優(yōu)化提供支持。

2.5 智能服務(wù)

智能服務(wù)的目標(biāo)是提升乘客的出行品質(zhì)，達(dá)到體面與愉悅出行的目的，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1) 智能出行規(guī)劃?；诔鲂械囊惑w化規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)跨線(xiàn)路與跨交通方式的一體化出行智能規(guī)劃，如實(shí)現(xiàn)多種交通方式(如公交、鐵路、長(zhǎng)途汽車(chē)、航空、共享汽車(chē)、共享單車(chē)等)的服務(wù)信息查詢(xún)、出行路徑規(guī)劃、周邊信息(如醫(yī)院、公廁、銀行、商業(yè)設(shè)施)查詢(xún)等，實(shí)現(xiàn)乘客出行的全流程定制化服務(wù)。

2) 智能購(gòu)票與售檢票?；谝苿?dòng)終端、智能卡、人臉識(shí)別等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車(chē)票的電子化和檢票的快速化。

3) 快速安檢。通過(guò)研發(fā)新的安檢設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不停留、非接觸式安檢，同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同交通方式的安檢一體化。也可以通過(guò)設(shè)立實(shí)名認(rèn)證(如手機(jī)APP實(shí)名認(rèn)證、刷臉認(rèn)證等)，建立信用制度，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)上安全認(rèn)證，免除常旅客的安檢程序。

4) 智能問(wèn)詢(xún)。針對(duì)售票和問(wèn)詢(xún)服務(wù)，能夠提供智能面部識(shí)別、肢體語(yǔ)言識(shí)別、表情感知識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、智能翻譯的智能客服機(jī)器人，以人機(jī)互動(dòng)、人機(jī)對(duì)話(huà)的方式為乘客提供信息咨詢(xún)。

5) 站內(nèi)智能導(dǎo)航?；诙嗑S、多層次的數(shù)字地圖，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)的自助導(dǎo)航、智能移動(dòng)終端引導(dǎo)、移動(dòng)機(jī)器人引導(dǎo)服務(wù)等功能。

6) 智能巡檢和現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)。如實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)器人的智能巡檢、突發(fā)情況下的現(xiàn)場(chǎng)智能勘測(cè)(如火災(zāi))等。

7) 工作人員智能布崗。通過(guò)實(shí)時(shí)采集車(chē)站工作人員的位置和工作狀態(tài)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)人員布崗的智能管理。

8) 站臺(tái)候車(chē)的智能引導(dǎo)?；趯?shí)時(shí)采集的列車(chē)、站臺(tái)的客流信息，可估計(jì)不同車(chē)廂的擁擠程度，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)候車(chē)區(qū)域的智能引導(dǎo)。

9) 智能輿情監(jiān)測(cè)。通過(guò)捕獲乘客的上網(wǎng)行為和關(guān)鍵字等信息，可及時(shí)了解地鐵用戶(hù)群所關(guān)注的輿情熱點(diǎn)和目前的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，以改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量和提升安全水平。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)各城市地鐵運(yùn)營(yíng)方的關(guān)注焦點(diǎn)仍然是運(yùn)營(yíng)安全、效率和質(zhì)量，但已從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)向與新興技術(shù)融合，開(kāi)始著眼通過(guò)各種智能化技術(shù)手段提升網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)效率，推動(dòng)服務(wù)向精細(xì)化增值服務(wù)方向發(fā)展，智慧車(chē)站正是未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。但要實(shí)現(xiàn)真正意義上的“智慧”，仍然還有很長(zhǎng)的路要走，除了打破目前數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的壁壘，更重要的是需要重新定義車(chē)站的服務(wù)功能，洞悉乘客的新需求，從業(yè)務(wù)流程、管理流程上進(jìn)行優(yōu)化，最終達(dá)到“將乘客變成顧客，將車(chē)站變成社區(qū)”的目的。