城軌智慧車站建設研究

馬一博 錢錕 劉韋良 鐘銳楠 張躍瀧

摘 要：車站是組成城市軌道交通的基本單元，智慧車站是實現城市軌道交通智慧化的基礎。車站智慧化是以運營、運維、服務三大主體對象作為研究方向，探索應用新一代設施設備物聯網、環(huán)境自動化感知、云計算、大數據、人工智能、三維等技術，并增強與各專業(yè)的接口，以對數據和業(yè)務進行關聯分析，并用信息組團、數據可視化的方法進行決策輔助展示。智慧車站是以運營業(yè)務需求為導向，新技術應用為基礎，數據分析為依據，包含智慧運營、智慧運維、智慧服務三大方面。

關鍵詞：城市軌道交通;智慧車站;智慧運營;智慧運維;智慧服務

中圖分類號：U231.4;TP399

智慧城軌是當前的發(fā)展熱點。智慧車站是智慧城軌的重要組成部分。又因車站服務于乘客、運營和運維，所以車站智慧化作為一個全新的課題，須以車站對象為抓手：面向運營，提升客運組織管理能力，實現運營管理更安全、更高效;面向運維，提升系統預警和應急能力，實現設備運行更穩(wěn)定、更可靠;面向乘客，提升服務乘客能力，實現乘客服務體驗更便捷、更舒適。因此，智慧運營、智慧運維、智慧服務是智慧車站建設中值得探討的問題。

1 城軌車站現狀

城軌車站是城軌運輸服務的主要節(jié)點，涉及三大人群：①客運人員，負責客運組織與管理;②維護人員，負責設備維修與維保;③乘客，接受城軌服務。以人為本是車站智慧化的最終目標和根本落腳點。但當前車站現狀還存在較多問題。

1.1 客運管理方面

目前，車站客運管理及布崗（包括外來人員登記、信息化布崗、任務派發(fā)、設施設備操作監(jiān)督、行車管理操作監(jiān)督、乘客服務響應監(jiān)督、工作效能評定等）仍然主要依靠紙質化文件，存在數據遺漏、登記錯誤、資料丟失等情況，不僅給車站運營人員帶來繁重的負擔，還容易導致管理工作的缺失。同時，客運人員在處理車站事務時，是有固定的場景和特定預案的，且常常需要機電設備協同處理，而目前設備系統各自獨立，導致協同性和及時性方面存在很大的不足。因此，探索設備監(jiān)控系統（如綜合監(jiān)控系統（ISCS）、環(huán)境與設備監(jiān)控系統（BAS）、火災報警系統（FAS）、門禁管理系統（ACS）、視頻監(jiān)控系統（CCTV）、廣播系統（PA）、乘客信息系統（PIS）等）和運營管理系統（如人員管理、訪客管理、工單管理等）的融合，重定義客運組織管理新模式，是智慧運營的重要方向。

1.2 設備運維方面

目前，車站設備維修采用的是報修和定修的方式。報修是設備故障后，先上報生產調度，再安排維修工班維修，然后由生產調度上報維修完成情況，最終以臺賬的形式記錄。定修則是按照設備維護章程進行定期的月檢、季檢、年檢。定修按固定時間表，因此，一定有部分設備存在過度檢查，造成人力物力的浪費。而且作為預防性檢修，定修的檢查針對性較差，存在檢查盲點。

探索設備感知和故障預警，對設備設施全生命周期進行監(jiān)測管理，建立設備管理和運維的綜合管理體系，使運維更加科學高效，是智慧運維的主要手段。

1.3 乘客服務方面

在地鐵車站，乘客對于空氣質量、溫度和濕度、車站照明以及環(huán)境聲音僅是感性和模糊的感受，而沒有直觀的數據化認知。在出行規(guī)劃查詢方面，沒有實時信息提示，更沒有歷史規(guī)律數據參考，導致部分車站在個別時刻人群擁擠嚴重，甚至威脅著公共安全。在出行支付方面，傳統車站單程票、城市交通卡支付的比例已經明顯下降，二維碼、人臉支付等電子支付方式不斷增加，快捷支付、高效運轉亟待解決。在導向辨識方面，物理的導向標識固定不變，信息內容單一，更新慢，在大的人流量中不容易辨識。

探索新技術的應用，提升乘客的車站環(huán)境感知、出行規(guī)劃、便捷支付、導向辨識，是實現智慧服務的重要方向。

2 基于綜合監(jiān)控的智慧車站解決方案

2.1 全面增強信息感知

綜合監(jiān)控系統掌握了大量的設備、環(huán)境數據。但傳統綜合監(jiān)控是以機電設備為對象和目標進行管理的，在客運組織與管理、設備維修與預警、乘客服務引導等方面存在不足。因此，可以在綜合監(jiān)控系統大量數據的基礎上，進行擴展和增強，將機電設備數據轉化為有效信息，再利用這些有效信息形成決策支持，從而為車站管理賦能，為車站智慧賦能。

在車站綜合監(jiān)控系統基礎上，增強子系統接口功能，將客流監(jiān)測、一體式環(huán)境監(jiān)測、扶梯遠程監(jiān)控等數據納入監(jiān)控范圍;新增狀態(tài)感知、數據管控、自動運行、智能診斷等場景聯動;新增人員管理、設備管家、無線單兵系統;同時共享地鐵“智慧大腦”線網中心大數據和統計分析指標。在豐富數據的基礎上，構建運營、維護和車站服務的立體化模型，對數據進行智慧化分析，通過信息組團和綜合看板展示出最關鍵和有效的信息，幫助車站安全、有序、合理、高效運轉。

智慧車站需要增強的各專業(yè)接口：

（1）BAS專業(yè)增強扶梯、出入口卷簾門控制、消防壓力表、電動蝶閥、消防液位、空氣質量、異味探測器等傳感器感知;

（2）FAS專業(yè)增加火災預案展示;

（3）ACS專業(yè)增強人員打卡管理，巡更接口;

（4）PIS專業(yè)增強一鍵喚醒和一鍵休眠，展示列車擁擠度及車站環(huán)境;

（5）CCTV專業(yè)增強視頻分析，包含站臺客流密度分析、異常行為分析、扶梯逆行監(jiān)測分析、隔欄遞物分析、異常闖入實時提示、物品遺留分析、人員跌倒提醒、客流受阻分析、輪椅人員提醒等;

（6）站臺屏蔽門（PSD）專業(yè)增強一鍵自檢、電磁鎖健康度預警;

（7）自動售檢票（AFC）專業(yè)增強1 min進出站統計，AFC一鍵開站和關站，智能客服;

（8）新增無線接入點（AP）、安檢系統、能源管理、辦公室自動化（OA）、線網指揮中心（NCC）接口;

（9）新增人臉識別、人證識別、統一用戶、手機嗅探客流監(jiān)測系統。

2.2 優(yōu)化系統架構

智慧車站對各種要素（人、設備、環(huán)境）進行全面感知、泛在互聯、協同運行。智慧車站綜合運管平臺相比于傳統的綜合監(jiān)控平臺，服務器根據業(yè)務應用通過虛擬化技術對資源進行彈性分配與部署。網絡將“物聯網、生產網、辦公網、互聯網”四網融合，并規(guī)范信息安全。業(yè)務應用結合大數據優(yōu)化客運組織相關業(yè)務，使用節(jié)能人工智能（AI）算法提升車站節(jié)能降耗水平，基于機器學習（C4.5決策樹）提升設備運維能力。系統架構為：數據采集層、數據處理層、數據存儲層、數據融合層、數據應用層、數據展示層（圖1）。

數據采集層：除了既有綜合監(jiān)控系統（包括車站風、水、電、通信、扶梯、閘機等各類機電設施設備）狀態(tài)信息采集，新增人員、環(huán)境、客流參數等現場采集信息。

數據處理層：通過數據采集、協議轉換、數據隔離等功能實現與相關系統的數據通信。

數據存儲層：數據存儲層涉及實時數據庫、關系數據庫、歷史數據庫和文檔庫。實時數據庫處理并存儲生產實時數據;關系數據庫處理并存儲業(yè)務關系數據;歷史數據庫包括歷史客流數據、歷史預案執(zhí)行數據、歷史設備狀態(tài)數據等;文件存儲包含視頻文件、圖片、word文檔等。

數據融合層：針對采集的數據進行實時計算和數據處理，對于業(yè)務數據則進行統計分析、數據建模及數據挖掘。

數據應用層：包括既有綜合監(jiān)控系統的機電設備監(jiān)控系統、乘客服務系統等，新增智慧車站的狀態(tài)感知、數據管控、自動運行和智能診斷等功能。

數據展示層：向用戶可視化展示智慧車站的各類應用，主要通過信息組團和車站三維方式在工作站、乘客顯示終端以及CCTV監(jiān)視屏等中展示。

3 智慧車站的功能設計

智慧車站包括智慧運營、智慧運維、智慧服務三大功能模塊（圖2）。

3.1 智慧運營

智慧運營以客運業(yè)務為對象，對車站設備生產系統和運營管理系統進行融合，在綜合監(jiān)控的基礎上，對車站業(yè)務數據進行有效組織，定義了包含場景聯動、綜合看板、環(huán)境監(jiān)測、通風空調節(jié)能監(jiān)控、能源管理、智慧水務、智慧消防、智慧安防八大類型。

（1）場景聯動實現一鍵開/關站、一鍵自檢、客流高峰、突發(fā)大客流、災害聯動、故障聯動、人臉聯動、節(jié)能聯動、輔助決策等九大業(yè)務場景。當場景聯動條件觸發(fā)時，系統自動推送和提示運營，并實現多專業(yè)自動協同聯動，提高運營處置能力。

（2）綜合看板實現數據可視化和信息組團，應用曲線圖、棒圖、餅圖等數據可視分析組件直觀向車站運管人員展示車站客運管理、設備運管的整體情況。

（3）環(huán)境監(jiān)測對車站站廳、站臺、衛(wèi)生間、各出入口、重要設備機房及端門出口等指定區(qū)域的空氣質量（溫度和濕度、二氧化碳濃度及PM10等）進行全方位監(jiān)測，分析車站環(huán)境變化狀況。

（4）通風空調節(jié)能監(jiān)控是節(jié)能AI算法，進行節(jié)能控制和調節(jié)，同時面向廣大乘客展示地鐵車站綠色節(jié)能的環(huán)保理念。

（5）能源管理實現各系統用電、主要設備用電以及環(huán)比統計。

（6）智慧水務分析各生產、生活環(huán)節(jié)水量（用水量、排水量、廢水量），對比每天、每周、每月、每年的數據，形成相關數據統計記錄。

（7）智慧消防實現消防設備設施信息統一展示。

（8）智慧安防實現安防子系統綜合展示與聯動。

系統界面應用如圖3所示。

3.2 智慧運維

智慧運維是以設備為對象，建立設備設施感知和故障預警的全生命周期監(jiān)測管理體系，包含人員管理、設備管家、無線單兵、統一用戶四大模塊。

（1）人員管理實現人員智能排班、電子任務表單以及巡更任務等功能。

（2）設備管家對車站重點設備建立設備專家系統，其具有維修支持、三維可視化分析、維護管理、綜合智能分析功能。對設備異常狀態(tài)、故障累計次數、正常運行時間、維修記錄（照片或視頻）和歷史事件進行數學模型分析，實現設備維修管理和預警。

（3）無線單兵系統實現車控室人員與現場人員的實時溝通。單兵終端實現兩大類功能：①實時視頻回傳、實時視頻預覽、公網對講、拍照、錄音、錄像、實時定位、文件檢索功能;②定制巡更任務執(zhí)行、設備維護任務執(zhí)行業(yè)務類功能。

（4）統一用戶登錄系統是集賬號管理、認證管理、授權管理和操作審計于一體的統一安全管理模塊，包含應用管理、角色管理、群組管理、部門管理、用戶管理、訪問限制、操作審計、個人中心和參數設置等功能模塊。

3.3 智慧服務

智慧服務是從信息服務、智慧引導、客流分析方面提升乘客服務能力（圖4）。

（1）信息服務是將線網數據中心換乘方案（少換乘、更舒適、更省時）拓展到智慧車站應用。

（2）智慧引導通過列車車廂擁擠度實時展示，提示乘客選擇舒適車廂乘車。

（3）智慧車站通過手機嗅探系統實時掌握出入口、站廳、站臺客流情況，對乘客進行實時引導，尤其是大客流和突發(fā)大客流情況下的客流引導。同時，智慧車站將與線網數據中心進行聯動，采取對應的客流管控措施。

4 結束語

智慧車站還屬于新生事物，是基于綜合監(jiān)控，以智慧運營、智慧運維、智慧服務為突破口的智慧車站整體解決方案，能夠滿足當前階段的運營、運維和乘客需求，在工程上和技術上也具備良好的可行性，希望能對城軌智慧化建設提供參考和借鑒。

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收稿日期 2020-08-12

責任編輯 冒一平