軌道交通智慧車站的架構(gòu)設(shè)計(jì)

莊 威

（北京北大千方科技有限公司，北京 100000）

0 引 言

在智慧城市軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展下，軌道交通智慧車站運(yùn)營(yíng)而生。綜合運(yùn)用移動(dòng)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等多種新型技術(shù)，可以全面感知車站客流分布、車站環(huán)境等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)車站運(yùn)營(yíng)的智能化管理，同時(shí)為乘客提供智能求助功能、最優(yōu)出行方案推薦功能，極大地提高了乘客的滿意度。因此，如何科學(xué)地設(shè)計(jì)軌道交通智慧車站架構(gòu)是技術(shù)人員必須思考和解決的問題。

1 智慧車站需求分析

以車站服務(wù)主體為劃分標(biāo)準(zhǔn)，可以從以下3個(gè)角度對(duì)智慧車站的需求進(jìn)行全面分析。

（1）乘客角度。乘客是智慧車站的主要服務(wù)對(duì)象，智慧車站在后期設(shè)計(jì)中要盡可能地滿足乘客舒適化、便捷化的出行需求。

（2）運(yùn)營(yíng)商角度。運(yùn)營(yíng)商除了屬于智慧車站的終端用戶外，還屬于車站服務(wù)的提供方[1]。因此，智慧車站的實(shí)際設(shè)計(jì)中要在全面結(jié)合乘客需求的基礎(chǔ)上，確保所設(shè)計(jì)的智慧車站要大幅度減輕運(yùn)營(yíng)人員的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，使得他們的工作積極性得以明顯提高，從而為運(yùn)營(yíng)商提供良好的使用體驗(yàn)。

（3）環(huán)境角度。為了滿足環(huán)境健康、可持續(xù)發(fā)展需求，本文所設(shè)計(jì)的智慧車站要將車站能耗以及碳排放量降到最低。

在充分結(jié)合以上需求的基礎(chǔ)上，通過綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及人工智能技術(shù)等新型技術(shù)，從乘客服務(wù)、車站管理2個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧車站的科學(xué)化設(shè)計(jì)，還要充分意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，從而不斷提高智慧車站的安全性、便捷性、智能性[2]。

2 智慧車站總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

在5G技術(shù)、人工智能技術(shù)等新型技術(shù)的應(yīng)用背景下，通過加強(qiáng)對(duì)傳感器、智能控制設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備的安裝以及車站生產(chǎn)感知體系的構(gòu)建，可以全面感知和處理車站設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)以及客流量分布信息，為最大限度提高車站生產(chǎn)效率和效果打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。本文所設(shè)計(jì)的軌道交通智慧車站架構(gòu)如圖1所示，主要由信息感知層、服務(wù)執(zhí)行層、運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)層組成。

圖1 軌道交通智慧車站總體架構(gòu)

2.1 信息感知層

信息感知層在實(shí)際設(shè)計(jì)中主要利用各類傳感器和智能設(shè)施設(shè)備感知實(shí)時(shí)客流量分布情況、車站能源消耗以及站務(wù)人員位置等信息，為保證車站管理的高效性和精細(xì)性提供重要的數(shù)據(jù)支持[4]。

2.2 服務(wù)執(zhí)行層

服務(wù)執(zhí)行層實(shí)際設(shè)計(jì)中：首先要在充分挖掘各類業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，根據(jù)車站運(yùn)行狀態(tài)科學(xué)利用智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)，精確地確定和管控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；其次要及時(shí)預(yù)警和處理突發(fā)事件；最后要根據(jù)車站生產(chǎn)業(yè)務(wù)開展情況對(duì)車站生產(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化和完善，并制定出一套行之有效的場(chǎng)景化管理方案，為后期遠(yuǎn)程化操控車站設(shè)施設(shè)備創(chuàng)造良好的條件。

2.3 運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)層

在充分結(jié)合設(shè)備管理、客運(yùn)管理以及乘客服務(wù)等業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)車站當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)等新型技術(shù)，采用可視化處理方式，將車站運(yùn)行狀態(tài)形象、直觀地呈現(xiàn)在工作人員面前，為實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的智能化管理和乘客的智慧化服務(wù)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[5]。

3 技術(shù)難點(diǎn)

軌道交通智慧車站作為一種智能化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，將工業(yè)控制系統(tǒng)和信息通信系統(tǒng)進(jìn)行了很好的結(jié)合，并采用計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，有效簡(jiǎn)化了車站生產(chǎn)流程。軌道交通智慧車站架構(gòu)設(shè)計(jì)所面臨的技術(shù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在感知層面、傳輸層面以及控制層面上，關(guān)鍵技術(shù)體系如圖2所示。

圖2 軌道交通智慧車站關(guān)鍵技術(shù)體系

3.1 感知層面的技術(shù)難點(diǎn)

感知層面所面臨的技術(shù)難點(diǎn)是當(dāng)資源受到限制后，異構(gòu)終端無法進(jìn)行有效融合。例如，智慧車站含有多種傳感器，這些傳感器數(shù)據(jù)在實(shí)際融合處理中經(jīng)常會(huì)遇到很大的困難。為了解決這一技術(shù)難點(diǎn)，技術(shù)人員設(shè)計(jì)軌道交通智慧車站期間，通過采用異步視頻自動(dòng)化分析方式，利用太赫茲成像技術(shù)對(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行高效化獲取和整理，并利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化融合處理。

3.2 傳輸層面的技術(shù)難點(diǎn)

車站內(nèi)部的通信環(huán)境具有一定的多變性和復(fù)雜性，重要信息數(shù)據(jù)要想實(shí)現(xiàn)高效化、安全化傳輸，具有一定的難度。為了解決這一難點(diǎn)，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)軌道交通智慧車站期間，要利用5G技術(shù)和人工智能技術(shù)，為車站設(shè)施設(shè)備構(gòu)建安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，確保車站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)能夠安全可靠地傳輸?shù)街付ㄍǖ郎稀?/p>

3.3 控制層面技術(shù)難點(diǎn)

控制層面在實(shí)際設(shè)計(jì)中所面臨的技術(shù)難點(diǎn)是如何科學(xué)控制和優(yōu)化多源信息車站生產(chǎn)流程，從而提高智慧車站的協(xié)同化控制水平。軌道交通智慧車站在實(shí)際設(shè)計(jì)中要利用智能表計(jì)、傳感器等設(shè)備，對(duì)客流量信息和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)化、有效化獲取和整理，同時(shí)利用圖像識(shí)別技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，深入分析和挖掘車站在當(dāng)前運(yùn)行中可能面臨的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在充分結(jié)合客流量情況、車站能源消耗情況以及設(shè)備運(yùn)行情況等信息的基礎(chǔ)上，對(duì)車站進(jìn)行智能化、信息化管控，為進(jìn)一步提高乘客的服務(wù)體驗(yàn)提供保障。

4 智慧車站功能設(shè)計(jì)

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)等新型技術(shù)的應(yīng)用背景下，為了更好地提高軌道交通智慧車站的運(yùn)行性能，為乘客提供便捷化、智能化服務(wù)體驗(yàn)，現(xiàn)將該系統(tǒng)劃分為乘客服務(wù)和車站管理2大模塊。

4.1 乘客服務(wù)模塊

4.1.1 智能客服應(yīng)用子模塊

該子模塊在實(shí)際設(shè)計(jì)中，要對(duì)城市軌道交通客服的含義進(jìn)行深入挖掘和分析，然后構(gòu)建出相應(yīng)的場(chǎng)景化客運(yùn)服務(wù)場(chǎng)景，借助智能客服設(shè)備對(duì)客服智能應(yīng)答流程進(jìn)行模擬，讓乘客享受到智能化、便捷化咨詢服務(wù)體驗(yàn)[6]。此外，要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)求助渠道的構(gòu)建和拓展，確保車站監(jiān)控室內(nèi)工作人員能夠在第一時(shí)間內(nèi)快速響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)求助。智能客服應(yīng)用邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)示意如圖3所示。

圖3 智能客服應(yīng)用邏輯架構(gòu)

該子模塊功能如下：一是通過利用語音語義智能識(shí)別技術(shù)，可以向乘客提供線上客服應(yīng)答和線下客服應(yīng)答；二是利用現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，可以為乘客提供一鍵求助功能和可視化對(duì)講功能；三是工作人員和乘客可以采用人臉注冊(cè)的方式完成票務(wù)快速查詢和處理[7]。

4.1.2 線下自助服務(wù)子模塊

線下自助服務(wù)子模塊主要用于對(duì)智能客服中心的布置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車站票務(wù)、資訊服務(wù)的自助化管理，將車站人力成本降到最低。

4.1.3 乘客咨詢子模塊

乘客咨詢子模塊功能如下：一是通過采用車地通信方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛載重信息和車輛視頻信息的全面化獲取，同時(shí)能精確計(jì)算車廂人員的密度，并將最終的計(jì)算結(jié)果呈現(xiàn)在車站屏蔽門上，為乘客上車提供很好地引導(dǎo)[8]；二是通過將信息顯示屏設(shè)置在站臺(tái)門上方、扶梯等位置，乘客信息系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)顯示車廂擁擠度、商業(yè)廣告等信息，一旦出現(xiàn)火災(zāi)突發(fā)事故，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)緊急疏散提醒模塊，使得車站運(yùn)營(yíng)的安全性和可靠性得以大幅度提高。

4.2 車站管理模塊

車站管理模塊主要是指通過傳感器，對(duì)客流量狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及車站環(huán)境進(jìn)行全面化識(shí)別和感知，以達(dá)到提高車站管理的安全性和靈活性，主要包含以下幾個(gè)子模塊。

4.2.1 全景管控車站管理子模塊

在參照已有車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)高峰監(jiān)護(hù)、運(yùn)營(yíng)開站等業(yè)務(wù)場(chǎng)景，利用視頻終端，精確獲取設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，然后全面分析和研究智能數(shù)據(jù)，同時(shí)將管理監(jiān)控大屏設(shè)置在車站控制室內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車站環(huán)境、車站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全景化、實(shí)時(shí)化監(jiān)控，使得車站管理效率和效果得以大幅度提高[9]。

4.2.2 視頻智能分析子模塊

在行為識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用背景下，結(jié)合用戶個(gè)性化使用需求，制定合適的目標(biāo)行為規(guī)則，并對(duì)視頻信息進(jìn)行實(shí)時(shí)化、精確化分析。只有這樣，才能在第一時(shí)間內(nèi)快速捕捉相關(guān)危險(xiǎn)事件，此時(shí)智慧車站會(huì)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警模塊和報(bào)警模塊，以引起相關(guān)工人員的注意，不斷提高車站安全防范級(jí)別，同時(shí)將車站管理成本降到最低[10]。

4.2.3 智能邊門子模塊

智能邊門子模塊在實(shí)際設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用了人工智能技術(shù)，根據(jù)無感化票務(wù)服務(wù)需求為乘客提供智能化票務(wù)服務(wù)體驗(yàn)。由于乘客人臉信息儲(chǔ)存會(huì)面臨較大的信息泄露風(fēng)險(xiǎn)，因此僅對(duì)工作人員和特殊乘客進(jìn)行人臉識(shí)別，并為他們提供無感過閘體驗(yàn)環(huán)境，這些人員可以采用實(shí)名注冊(cè)的方式進(jìn)行無感化進(jìn)站和出站。

4.2.4 智慧安檢子模塊

對(duì)于城市軌道交通而言，具有客流量大、安檢點(diǎn)設(shè)置數(shù)量多以及限帶物品種類多等特點(diǎn)，智慧安檢子模塊主要用于對(duì)無感安檢的實(shí)現(xiàn)。通過采用網(wǎng)絡(luò)化識(shí)別方式，全面匯總和統(tǒng)計(jì)大量的安檢點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，便于多個(gè)安檢點(diǎn)的智能化判圖處理，有效降低人力成本，使得乘客的安檢效率得以大幅度提高。對(duì)于安檢設(shè)備而言，主要利用太赫茲成像技術(shù)對(duì)人體所攜帶的物品進(jìn)行全面檢測(cè)，檢測(cè)物品是否屬于危險(xiǎn)物品，一旦檢測(cè)出危險(xiǎn)物品，要在第一時(shí)間內(nèi)快速通知安檢人員對(duì)其處理，只有這樣才能最大限度提高乘客的過檢速度。

4.2.5 人員定位子模塊

該子模塊在實(shí)際設(shè)計(jì)中通常用到了2種定位模式，一種是主動(dòng)定位模式，另一種是被動(dòng)定位模式。主動(dòng)定位主要指管理人員積極主動(dòng)地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的當(dāng)前位置進(jìn)行實(shí)時(shí)化、有效化定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的智能化、精細(xì)化以及科學(xué)化管理。被動(dòng)定位主要指現(xiàn)場(chǎng)工作人員與乘客對(duì)自身當(dāng)前位置進(jìn)行精確化定位，為后期導(dǎo)航路線的制定提供更加精確的引導(dǎo)信息，這些引導(dǎo)信息主要包含垂梯、扶梯、出站口、入站口以及衛(wèi)生間等位置信息?？傊?，人員定位子模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)車站和乘客的智能化、規(guī)范化、高效化管控，對(duì)降低人力成本、物力成本和財(cái)力成本等發(fā)揮出重要的作用。

5 結(jié) 論

本文所設(shè)計(jì)的軌道交通智慧車站具有強(qiáng)大的乘客服務(wù)功能和車站管理功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車站的智能化、信息化管理，還能為乘客推薦最優(yōu)出行方案以及無障礙出行設(shè)施，最大限度地提高了乘客的滿意度，為促進(jìn)城市軌道交通智能化發(fā)展提供重要的平臺(tái)支持。由此可見，軌道交通智慧車站具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，值得被進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。