城市軌道交通智慧車站運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙俊華，孟宇坤，周 超

（1. 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；2. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

車站是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的基本元素，是智慧城軌實(shí)施和承載的主體，也是展現(xiàn)城市軌道交通集成創(chuàng)新能力與應(yīng)用成果的示范窗口[1]。

建設(shè)智慧車站旨在提升車站運(yùn)營(yíng)管理效率和乘客服務(wù)水平。隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的快速推進(jìn)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的不斷深入，大型換乘站越來越多，客流增長(zhǎng)迅速、車站時(shí)空特征復(fù)雜多變、運(yùn)營(yíng)環(huán)境復(fù)雜（大客流、突發(fā)事件等）等因素導(dǎo)致車站管理越來越困難。隨著智能設(shè)備、監(jiān)測(cè)手段、建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）技術(shù)、支付手段（刷臉支付等）在軌道交通行業(yè)蓬勃發(fā)展[2-3]，車站迫切需要向智慧車站轉(zhuǎn)變，提高智慧化水平以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減員增效，提升管理和服務(wù)水平，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)[4-6]。

本文針對(duì)城市軌道交通車站業(yè)務(wù)系統(tǒng)和設(shè)備部署分散、信息資源共享程度低、業(yè)務(wù)流程融合協(xié)調(diào)效能不足、智能綜合管控效率較低等問題，借助BIM、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，以數(shù)據(jù)應(yīng)用為核心，基于跨類型數(shù)據(jù)計(jì)算及共享，打通業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)全過程，設(shè)計(jì)了智慧車站運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)，提高了車站綜合業(yè)務(wù)、復(fù)雜專業(yè)系統(tǒng)集成的運(yùn)營(yíng)管理效率，促進(jìn)車站全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字可視化、業(yè)務(wù)協(xié)同化和綜合管控智慧化。

1 平臺(tái)需求分析

1.1 安全提升需求

在車站日常管理中，無法預(yù)測(cè)瞬時(shí)客流，在突發(fā)大客流時(shí)，車站需及時(shí)進(jìn)行客流疏導(dǎo)，以保證運(yùn)營(yíng)韌性。在面對(duì)乘客扶梯逆行、摔倒等異常行為時(shí)，迫切需要以可視化形式進(jìn)行語(yǔ)言和圖片告警，以便及時(shí)應(yīng)對(duì)，保障乘客出行安全。面對(duì)突發(fā)事件時(shí)，車站依托于線路線網(wǎng)級(jí)指令的上傳下達(dá)，尚沒有一套應(yīng)急處置管理系統(tǒng)能快速應(yīng)對(duì)緊急情況，實(shí)現(xiàn)視頻分析、綜合應(yīng)用和應(yīng)急場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)。

1.2 服務(wù)提升需求

在車站日常服務(wù)中，運(yùn)營(yíng)人員需提供乘客問詢、票務(wù)異常處理等多種服務(wù)，為減少客服中心人工票務(wù)處理的工作量和人工辦理排隊(duì)等候時(shí)間，需構(gòu)建面向不同乘客類型的個(gè)性化服務(wù)體系，提供自助化、差異化服務(wù)，提升服務(wù)效率和乘客出行體驗(yàn)。

1.3 效率提升需求

傳統(tǒng)車站的工作人員每天需接發(fā)列車、維持站臺(tái)秩序、監(jiān)視列車運(yùn)行狀態(tài)、處理在接發(fā)車過程中的突發(fā)事件、巡視站廳設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)能源消耗和人工開關(guān)站等情況，工作強(qiáng)度大、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。因此，需借助智慧化手段簡(jiǎn)化設(shè)備操作，實(shí)現(xiàn)漫游巡檢、一鍵觸發(fā)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、隨時(shí)掌握能源消耗狀況等，提升車站管理效率。

2 平臺(tái)架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

城市軌道交通智慧車站運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)架構(gòu)包括平臺(tái)應(yīng)用層、大數(shù)據(jù)處理層和感知數(shù)據(jù)層。平臺(tái)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)

2.1.1 平臺(tái)應(yīng)用層

利用支撐應(yīng)用的各種服務(wù)組件工具，構(gòu)建智能客服中心、智能視覺分析、智能站務(wù)、能源管理、應(yīng)急處置和一鍵開關(guān)站6 個(gè)場(chǎng)景化業(yè)務(wù)應(yīng)用，推動(dòng)實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策與精準(zhǔn)執(zhí)行的業(yè)務(wù)與技術(shù)共融共生。

2.1.2 大數(shù)據(jù)處理層

大數(shù)據(jù)處理層對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合、分析和管理，通過數(shù)據(jù)共享打通各專業(yè)領(lǐng)域間的數(shù)據(jù)孤島，對(duì)平臺(tái)應(yīng)用層的業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供支撐。

2.1.3 感知數(shù)據(jù)層

該層利用傳感器設(shè)備、智能設(shè)備、控制裝置等對(duì) 視 頻 監(jiān) 控（CCTV，Closed-Circuit Television ）、自動(dòng)售檢票（AFC，Automatic Fare Collection）、照明、電扶梯等系統(tǒng)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、視頻圖像、溫濕度數(shù)據(jù)等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)各類感知設(shè)備數(shù)據(jù)的匯集，為大數(shù)據(jù)處理層提供數(shù)據(jù)源。

運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)是智慧車站的核心，是資源共用、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)、協(xié)同指揮的基礎(chǔ)。基于多專業(yè)系統(tǒng)的融合，該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了底層軟硬件資源統(tǒng)一調(diào)配、數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集共享、數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一規(guī)劃、內(nèi)外服務(wù)統(tǒng)一終端、人員設(shè)備統(tǒng)一指揮等。

2.2 功能設(shè)計(jì)

2.2.1 智能客服中心

智能客服中心功能模塊可顯示車站的運(yùn)營(yíng)信息、換乘信息、周邊信息、媒體播放內(nèi)容和重要通知等。同時(shí)，可對(duì)各種異常車票進(jìn)行分析、更新、交易查詢等。該模塊可增設(shè)智能客服終端，用于實(shí)現(xiàn)站內(nèi)導(dǎo)航、票務(wù)處理、信息查詢等功能，可為乘客提供多元化、個(gè)性化的服務(wù)。

2.2.2 智能視覺分析

該功能模塊可對(duì)大型換乘站的站臺(tái)、通道和其他重點(diǎn)區(qū)域的人員排隊(duì)及客流情況進(jìn)行預(yù)警管理?？蓪?duì)人員排隊(duì)及客流情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成人群動(dòng)態(tài)熱力圖，形成態(tài)勢(shì)分析，有效提升車站客流感知水平和安全管理效率，減少事故的發(fā)生。

2.2.3 智能站務(wù)

該功能模塊應(yīng)用室內(nèi)定位技術(shù)，進(jìn)行基于位置的車站人員管理，實(shí)現(xiàn)任務(wù)動(dòng)態(tài)派發(fā)和信息主動(dòng)上傳，為車站人員績(jī)效考核管理提供科學(xué)、定量的評(píng)價(jià)依據(jù)。

2.2.4 能源管理

該功能模塊可分析能源使用情況，其遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸可采用綜合監(jiān)控專業(yè)的通信傳輸通道。通過采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)，對(duì)車站內(nèi)能源使用參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)節(jié)能管理。

2.2.5 應(yīng)急處置

該功能模塊利用智能傳感、視頻分析、BIM 仿真可視化等技術(shù)，通過對(duì)各類運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景下的車站運(yùn)行大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析與挖掘，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急事件的快速感知、智能判斷，應(yīng)急指令的主動(dòng)推送、應(yīng)急處置的高效聯(lián)動(dòng)和評(píng)估優(yōu)化，為車站運(yùn)行管理與應(yīng)急處置提供智能化輔助決策。

2.2.6 一鍵開/關(guān)站

智慧車站運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)中的一鍵開/關(guān)站功能包括車站狀態(tài)監(jiān)測(cè)、視頻巡查、設(shè)備智能控制、告警通知等子功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車站環(huán)境控制系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）、AFC 系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電扶梯、防盜卷簾等設(shè)備的自動(dòng)控制，提升車站設(shè)備自動(dòng)化、智能化水平，有效降低站務(wù)人員工作強(qiáng)度[7-8]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于BIM 的車站多元生產(chǎn)要素融合技術(shù)

建立車站多元生產(chǎn)要素的數(shù)字模型，利用物聯(lián)網(wǎng)感知車站的設(shè)備設(shè)施。以BIM 技術(shù)為基礎(chǔ)，通過融合空間模型、設(shè)備對(duì)象模型、人員模型等，充分還原場(chǎng)景對(duì)象，協(xié)同任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)、流程庫(kù)及物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將物理空間數(shù)據(jù)量化為數(shù)字孿生空間場(chǎng)景，建立多元生產(chǎn)要素下的異構(gòu)系統(tǒng)協(xié)同控制模型。

3.2 車站數(shù)字可視化聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

通過對(duì)“人員—設(shè)備設(shè)施—環(huán)境”在時(shí)域空間的預(yù)測(cè)與推演, 基于車站數(shù)字可視化聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)照明、CCTV、PIS、AFC 等專業(yè)間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互，以及數(shù)據(jù)和設(shè)備的協(xié)同聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)車站作業(yè)自動(dòng)化、管理信息化、乘客服務(wù)自主化、信息發(fā)布多樣化及設(shè)備管理精細(xì)化。

4 一鍵開關(guān)站場(chǎng)景應(yīng)用

4.1 開/關(guān)站流程

通過平臺(tái)對(duì)開站及關(guān)站過程中涉及的系統(tǒng)和設(shè)備的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)，將傳統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)閳?chǎng)景聯(lián)動(dòng)，利用遠(yuǎn)程操作完成一鍵開/關(guān)站。平臺(tái)人機(jī)界面可融合展示車站各專業(yè)情況、關(guān)鍵設(shè)施運(yùn)營(yíng)狀況，車站運(yùn)營(yíng)人員可了解所需的各類關(guān)鍵信息，并結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程確認(rèn)開站、關(guān)站動(dòng)作，從而有效保障開、關(guān)站過程的安全。

智慧車站運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)一鍵開/關(guān)站功能的開站具體流程如圖2 所示。

圖2 平臺(tái)一鍵開/關(guān)站功能的開站流程

4.2 控制策略

一鍵開/關(guān)站功能的控制策略主要涉及上位機(jī)、端口服務(wù)器和可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）模組。上位機(jī)負(fù)責(zé)接受站務(wù)人員控制指令、通過CCTV 調(diào)取各個(gè)設(shè)備的監(jiān)視畫面并顯示、連接照明系統(tǒng)、AFC 系統(tǒng)等，可向其下發(fā)指令，并采集記錄反饋狀態(tài)信息；端口服務(wù)器負(fù)責(zé)與各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行通信數(shù)據(jù)傳輸； PLC 模組用于控制RS485 接口設(shè)備或不具備通信接口的設(shè)備。

車站站務(wù)人員通過操作上位機(jī)向PIS、AFC 系統(tǒng)等下發(fā)指令，上位機(jī)通過CCTV 為站務(wù)人員調(diào)取對(duì)應(yīng)的設(shè)備監(jiān)視界面，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，每個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)或關(guān)閉完成后，上位機(jī)均調(diào)取其狀態(tài)并記錄。開/關(guān)站過程中，如被控設(shè)備出現(xiàn)故障可立即停止操作，站務(wù)通知相關(guān)人員處理，或確認(rèn)安全后，跳過當(dāng)前故障設(shè)備進(jìn)行下一步控制；平臺(tái)通過調(diào)取CCTV 遠(yuǎn)程監(jiān)控與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，雙重判斷設(shè)備是否正常啟動(dòng)或關(guān)閉，確保了系統(tǒng)的安全、可靠?？刂撇呗匀鐖D3 所示。

圖3 一鍵開/關(guān)站功能控制策略

CCTV、照明系統(tǒng)、PIS、通風(fēng)系統(tǒng)、AFC 系統(tǒng)通過接口服務(wù)器與上位機(jī)連接，上位機(jī)通過以太網(wǎng)向所連接設(shè)備下發(fā)模式切換指令、狀態(tài)自檢指令等，

并采集所連接設(shè)備的狀態(tài)信息，生成報(bào)表數(shù)據(jù)；電扶梯、卷簾門通過MODBUS RTU 總線連接PLC 模組，PLC 模組通過MODBUS TCP 連接上位機(jī)。

該功能采用自動(dòng)化的方式取代目前人工操作方式，根據(jù)車站不同機(jī)電設(shè)備的控制流程，設(shè)定自動(dòng)控制流程，集中控制，將原開/關(guān)站時(shí)間由40 min 縮短為5 min，顯著提高車站運(yùn)營(yíng)管理效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通智慧車站運(yùn)行與綜合管理平臺(tái)是為車站的客運(yùn)管理、設(shè)備管理和人員管理提供高度集成、融合自動(dòng)化與智能化技術(shù)的全新車站業(yè)務(wù)管理平臺(tái)。本文分析了當(dāng)前車站中的痛點(diǎn)問題，基于車站安全、服務(wù)、效率提升的迫切需求，提出平臺(tái)的總體架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及功能設(shè)計(jì)，并以一鍵開/關(guān)站功能為例進(jìn)行詳細(xì)闡述。該平臺(tái)的建設(shè)提升了車站運(yùn)營(yíng)管理效率、提高了車站應(yīng)急處置能力，有效促進(jìn)了車站的智能化發(fā)展。