軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)優(yōu)化研究

石慧萍 梁德熒

摘? 要：針對當(dāng)前城市軌道導(dǎo)乘系統(tǒng)存在的問題，提高市民乘坐地鐵的好感度，通過交互設(shè)計(jì)的思維方法解決乘客在乘坐地鐵的過程中存在的導(dǎo)乘問題；以物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)架構(gòu)優(yōu)化站內(nèi)導(dǎo)乘系統(tǒng)，解決當(dāng)前軌道交通系統(tǒng)中導(dǎo)乘系統(tǒng)存在的技術(shù)問題及權(quán)限問題。針對這些問題，提出以智能視頻分析技術(shù)為輔助的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)乘服務(wù)，及提出以豐富乘客生活為主的智能導(dǎo)乘系統(tǒng)的交互設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：城市軌道導(dǎo)乘系統(tǒng)；交互設(shè)計(jì)；物聯(lián)網(wǎng)；智能視頻分析；智能導(dǎo)乘服務(wù)

中圖分類號：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）07-0028-04

Abstract： In view of the problems existing in the current urban rail passenger guidance system， in order to improve the public's favorability for taking the subway， this paper solves the passenger guidance problems existing in the process of taking the subway for passengers through the thinking method of interaction design. The Internet of Things is used as the technical framework to optimize the passenger guidance system in the station， and the technical problems and authority problems existing in the passenger guidance system in the current rail transit system are solved. Aiming at these problems， this paper proposes an Internet of Things passenger guidance service assisted by intelligent video analysis technology， and proposes an interaction design of the intelligent passenger guidance system to enrich the life of passengers.

Keywords： urban rail passenger guidance system; interaction design; Internet of Things; intelligent video analysis; intelligent passenger guidance service

0? 引? 言

本文研究的主題是針對城市軌道交通站內(nèi)導(dǎo)航、線路導(dǎo)航、站外導(dǎo)航的交互研究，利用高性能的現(xiàn)代化硬件設(shè)備、應(yīng)用現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)架構(gòu)強(qiáng)化軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘，以及從交互式設(shè)計(jì)的方式優(yōu)化站內(nèi)導(dǎo)乘文化。

隨著科技現(xiàn)代化的發(fā)展，科技對數(shù)據(jù)的容納量提高、系統(tǒng)功能更加多樣化，版本更新的頻率加快。城市軌道交通的項(xiàng)目生命周期長、更新慢，所需人力、物力、財(cái)力巨大，因此、科技水平依然停留在傳統(tǒng)手工階段。當(dāng)前，軌道交通導(dǎo)乘系統(tǒng)存在設(shè)備落后、監(jiān)控能力不足、數(shù)據(jù)獨(dú)立處理無法聯(lián)動、與乘客推式交流等問題。

為了解決上述問題，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能視頻分析技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通導(dǎo)乘系統(tǒng)，使用高性能的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)替換原有信道，利用智能視頻分析技術(shù)監(jiān)視站內(nèi)狀態(tài)，分析結(jié)果作為導(dǎo)乘系統(tǒng)設(shè)施聯(lián)動的依據(jù)，動態(tài)響應(yīng)車站不同場景的運(yùn)營。以功能強(qiáng)大、內(nèi)容豐富為設(shè)計(jì)原則，以交互式設(shè)計(jì)為指導(dǎo)思想，優(yōu)化車站導(dǎo)乘文化。乘客主體人群為上班族和學(xué)生，其余為外地乘客、殘疾人、老年人等特殊乘客人群，特殊乘客人群是站務(wù)咨詢的主要來源。因此，交互式設(shè)計(jì)還需考慮到特殊人群使用要求，如操作簡潔、可語音交互、及時遠(yuǎn)距離招援等功能。

智能導(dǎo)乘系統(tǒng)的主要目的是滿足乘客的導(dǎo)向需求，以及提升乘客在路途上的舒適感。應(yīng)用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)及基礎(chǔ)設(shè)施不僅提升運(yùn)營服務(wù)水平。而且通過系統(tǒng)的廣告媒體銷售還能取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。同時多功能交互設(shè)計(jì)除了適用于中青年的需要，也照顧到特殊人群，展現(xiàn)城市軌道交通的人性化關(guān)懷。

1? 軌道交通系統(tǒng)的導(dǎo)乘系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1? 導(dǎo)乘系統(tǒng)架構(gòu)現(xiàn)狀

當(dāng)前，軌道交通系統(tǒng)導(dǎo)乘系統(tǒng)的架構(gòu)圖的如圖1所示?，F(xiàn)有的導(dǎo)乘架構(gòu)中不存在交互式設(shè)計(jì)思想。由編播中心指定標(biāo)準(zhǔn)及主要信息構(gòu)架。編播中心主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的編輯、播放、管理及控制等功能。編播中心對現(xiàn)場的控制具有最高權(quán)限。編播中心主動向軌道交通系統(tǒng)的中心乘客信息系統(tǒng)（以下簡稱PIS）發(fā)送信息，在車站由PIS子系統(tǒng)下發(fā)廣告信息，廣播系統(tǒng)（以下簡稱PA）播放運(yùn)營廣播。編播中心經(jīng)編輯、處理手段生成內(nèi)部信息，按既定規(guī)則或版式，通過控制中心PIS 系統(tǒng)下發(fā)控制命令，以完成向乘客傳遞信息的功能。這個架構(gòu)依賴于編播中心的監(jiān)控，車站的導(dǎo)乘系統(tǒng)作為中心的終端嵌入中心系統(tǒng)中，僅僅能做到設(shè)備的監(jiān)視，不具備控制信息的下發(fā)權(quán)限。

原有的PIS屏、廣播、固定導(dǎo)乘只能完成簡單的圖片展示，以及單項(xiàng)、單調(diào)的信息輸出。對于乘客來說，可利用信息少，不能滿足多樣的導(dǎo)乘需求。大部分信息更換只能人工更換，如固定導(dǎo)乘信息只能在夜晚時更換，存在較大的人工成本消耗。

在這個架構(gòu)中，編播中心具有最大權(quán)限控制現(xiàn)場的情況，指定信息交互的基線，有利于全線的統(tǒng)一監(jiān)控，數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一監(jiān)控。但這也帶來巨大的風(fēng)險，軌道交通應(yīng)急儲備執(zhí)行權(quán)在編播中心，應(yīng)急情況發(fā)生時，無法做到及時的應(yīng)急情況處理。

因此，嘗試應(yīng)用邊緣集群、物聯(lián)網(wǎng)、智能視頻分析的技術(shù)角度優(yōu)化當(dāng)前軌道交通導(dǎo)乘系統(tǒng)，提高軌道交通導(dǎo)乘系統(tǒng)的車站動態(tài)響應(yīng)能力和車站導(dǎo)乘文化。

1.2? 當(dāng)前軌道交通導(dǎo)乘文化

軌道交通導(dǎo)乘系統(tǒng)是指在特定的環(huán)境中，為了解決用戶尋找方向和路徑的問題，通過標(biāo)識、色彩、符號和文字，形成的一整套導(dǎo)引系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)置客流交叉點(diǎn)提示，完成關(guān)鍵點(diǎn)人群正確分流，是目前軌道交通導(dǎo)乘系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)之一。

如今，軌道交通系統(tǒng)的導(dǎo)乘系統(tǒng)的工作模式是預(yù)制海報(bào)，顯示屏使用紙質(zhì)固定海報(bào)和LED顯示切換像素圖，主要包含定位信息（例如各種進(jìn)出站標(biāo)識）、站內(nèi)導(dǎo)乘系統(tǒng)（例如地鐵線路圖）、咨詢系統(tǒng)（例如站周邊地圖）和安全警告系統(tǒng)（例如站臺跌落警示）。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，單純的基于平面標(biāo)識設(shè)計(jì)的導(dǎo)視系統(tǒng)，仍舊較難解決現(xiàn)存的各種乘客導(dǎo)乘問題。

因此，嘗試從交互設(shè)計(jì)的角度來對地鐵導(dǎo)視系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2? 軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)思路

2.1? 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧導(dǎo)乘系統(tǒng)架構(gòu)

在當(dāng)前軌道交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將車站級系統(tǒng)作為一個相對獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，并完成各項(xiàng)優(yōu)化形成軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)。車站級導(dǎo)乘系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

如圖2所示，編播中心依然對軌道交通系統(tǒng)具有一定的權(quán)限，但僅僅是監(jiān)視和重大決策的權(quán)限，而導(dǎo)乘系統(tǒng)具備系統(tǒng)的編輯、播放、管理及控制等功能，具備更多的實(shí)際控制權(quán)限。

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)于車站導(dǎo)乘，車站的導(dǎo)乘系統(tǒng)形成一個自治的集群點(diǎn)，擁有集成的、相對穩(wěn)定、反映歷史變化、及時響應(yīng)、提供決策支持的特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)由三層組成，感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層涉及的是各種識別技術(shù)、信息采集技術(shù)、控制技術(shù)。這些技術(shù)是交叉使用的，這一層最常見的就是各種傳感器，用于替代或者延展人類的感官完成對物理世界的感知。

在智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)中，感知層對應(yīng)導(dǎo)乘系統(tǒng)的終端設(shè)備。在原來的設(shè)備系統(tǒng)中，導(dǎo)乘系統(tǒng)的終端設(shè)備僅僅用于信息的傳達(dá)，不負(fù)責(zé)信息的識別及信息的收集，是一個簡陋的交互式設(shè)計(jì)。智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)的終端設(shè)備具備信息顯示、信息識別、信息收集的功能。終端設(shè)備接收應(yīng)用層下發(fā)的指令，將指令轉(zhuǎn)換成當(dāng)前社會所能識別的字符、音頻；終端設(shè)備識別乘客的操作，并經(jīng)過計(jì)算轉(zhuǎn)換成指令信息，完成與乘客互動，記錄乘客的操作歷史信息，形成歷史記錄，可為應(yīng)用層的計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。

網(wǎng)絡(luò)層則主要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由（決定信息傳遞的途徑）和控制（控制信息如何傳遞），分為兩大部分，一部分是物聯(lián)網(wǎng)的通信技術(shù)，一部分是物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議，通信技術(shù)負(fù)責(zé)把物與物從物理上鏈接起來，可以進(jìn)行通信，通信協(xié)議則負(fù)責(zé)建立通信的規(guī)則和統(tǒng)一格式。有些通信技術(shù)已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)中使用，有些則是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)新創(chuàng)建的。除了以太網(wǎng)、光纖等有線通信外，智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)可提供使用的無線通信技術(shù)包括如下描述，Wi-Fi 6、5G等，這些通信技術(shù)的特點(diǎn)是帶寬大，同時滿足時延要求。

應(yīng)用層是在各種物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的支持下，對物聯(lián)網(wǎng)形成的數(shù)據(jù)在宏觀層面進(jìn)行分析并反饋到感知層執(zhí)行特定控制功能，包括控制物與物之間的協(xié)同，物與環(huán)境的自適應(yīng)，人與物的協(xié)作。應(yīng)用層可分為兩大部分，一部分是通用的物聯(lián)網(wǎng)平臺，建立在云平臺之上，可以是IAAS/PASS/SAAS的一種或者混合。另外一部分是在這個通用的物聯(lián)網(wǎng)平臺上再產(chǎn)生具體應(yīng)用，具體應(yīng)用就是如何具體控制這些物如何收集信息，如何進(jìn)行控制物。

智慧車站導(dǎo)乘系統(tǒng)的應(yīng)用層包括服務(wù)處理（中間件、數(shù)據(jù)存儲及處理、智能視頻分析、智能控制）、應(yīng)用軟件（后臺管理服務(wù)、工作站）。其中，后臺管理服務(wù)著重于服務(wù)處理的數(shù)據(jù)分析，用于展示中間件和數(shù)據(jù)存儲處理的歷史記錄、數(shù)據(jù)分析的階段性結(jié)果、數(shù)據(jù)決策分析的依據(jù)、智能控制命令的界限及各類數(shù)據(jù)分析的標(biāo)準(zhǔn)；接收來自CCTV的智能視頻分析結(jié)果和來自工作站的控制命令。工作站著重于控制命令的下發(fā)，接收來自后臺服務(wù)管理服務(wù)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并向終端設(shè)備下發(fā)控制命令。

2.2? 軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

終端的交互信息主要來源于周邊導(dǎo)乘屏和CCTV，通過周邊導(dǎo)乘屏和CCTV提供的信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘與人工智能的計(jì)算，為當(dāng)前的導(dǎo)乘信息決策提供支持及部分自動輔助。

周邊導(dǎo)乘屏的操作信息包括點(diǎn)擊及查詢數(shù)據(jù)分析，操作信息存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用于存儲及分析，后臺管理服務(wù)則利用數(shù)據(jù)挖掘歐式距離聚類算法，尋找乘客周邊信息關(guān)注的重點(diǎn)，為以后的周邊信息屏的信息內(nèi)容及分布提供決策分析。

中間件是獨(dú)立的系統(tǒng)級軟件，連接操作系統(tǒng)層和應(yīng)用程序?qū)樱糜谔峁┩ㄐ胖С?、?yīng)用支持及公共服務(wù)。公共服務(wù)是對應(yīng)用軟件中共性功能或約束的提取。將這些共性的功能或者約束分類實(shí)現(xiàn)，并支持復(fù)用，作為公共服務(wù)，提供給應(yīng)用程序使用。

TRNN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是智能視頻分析技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型是人工智能學(xué)習(xí)的核心算法，在智能導(dǎo)乘系統(tǒng)中主要擔(dān)任異常行為識別、應(yīng)急場景識別等特殊情況，TRNN從站內(nèi)攝像頭獲取視頻信息，利用對象跟蹤，識別站內(nèi)人群，并在時間及空間上對象數(shù)值差判斷人群中的異常情況，為智能控制的決策指令提供數(shù)據(jù)依據(jù)；計(jì)算車廂內(nèi)的人員總數(shù)，按照等級判斷車廂內(nèi)的擁擠度并直接將結(jié)果下發(fā)到車廂導(dǎo)乘屏。

智能控制模塊需要站務(wù)操作數(shù)據(jù)的支持，在前期的使用中，數(shù)據(jù)的來源為人為輸入，提供給智能控制模塊訓(xùn)練學(xué)習(xí)。智能控制模塊也是一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)，主要用于數(shù)據(jù)信息識別及操作命令的學(xué)習(xí)。而同時間及空間的積累后，由于訓(xùn)練數(shù)據(jù)逐漸增大，學(xué)習(xí)樣例不斷增加及重復(fù)，智能控制模塊可以根據(jù)各個算法提供的數(shù)據(jù)分析結(jié)果自動完成部分操作指令。

后臺管理服務(wù)主要用于展示這些算法計(jì)算的階段性過程、數(shù)據(jù)來源、自動控制記錄。自動控制需要得到站務(wù)的許可。自動控制的內(nèi)容包括廣告切換、懸掛導(dǎo)乘應(yīng)急場景切換等。站務(wù)可通過工作站直接下發(fā)導(dǎo)乘指令。

3? 基于交互式設(shè)計(jì)的智能導(dǎo)乘系統(tǒng)

交互設(shè)計(jì)是一種如何讓產(chǎn)品易用，有效而讓人愉悅的技術(shù)，它致力于了解目標(biāo)用戶和他們的期望，了解用戶在同產(chǎn)品交互時彼此的行為，了解“人”本身的心理和行為特點(diǎn)，同時，還包括了解各種有效的交互方式，并對它們進(jìn)行增強(qiáng)和擴(kuò)充。

軌道交通系統(tǒng)的導(dǎo)乘系統(tǒng)需要明確客流交叉點(diǎn)的指示信息。指示信息考慮到客流的信息獲取方式，而導(dǎo)乘信息可作為文化傳輸?shù)耐緩?。作為地鐵作為城市的門面，也應(yīng)擔(dān)任城市宣傳的責(zé)任，地鐵的乘客中以上班族和學(xué)生占大多數(shù)，這一類人群擁有基礎(chǔ)的現(xiàn)代化設(shè)備使用經(jīng)驗(yàn)，并且能識別基礎(chǔ)的導(dǎo)向性信息，因此，傳統(tǒng)的導(dǎo)乘指示信息已基本滿足他們的需求。

嘗試對現(xiàn)有地鐵的導(dǎo)乘文化傳輸進(jìn)行改造，使用多樣文化輸出為社會做出一份貢獻(xiàn)。在地鐵可視化信息中，添加具有科教意義的娛樂信息。如2-3分鐘與生活相關(guān)的視頻信息、音頻信息。優(yōu)秀的文化播，可以提升一座城市的影響力，一座城市的整體形象，吸引投資者的眼球，促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展，達(dá)到城市高速發(fā)展的目的。

除了這兩類人以外，乘客人群還包括外地來訪人群、縣城居民來訪、殘障人士、老年人等特殊人群，是乘客咨詢的主要人群來源。針對特殊人群，提出以主流信息獲取方式為主，地域特色文化為輔的信息傳播方式。如以普通話為主、方言為輔的導(dǎo)乘信息?？紤]到老年人及殘障人群的問題，所有的導(dǎo)乘信息以簡潔直接為主。同時當(dāng)CCTV觀測到這些人群進(jìn)入車站時提醒站務(wù)重點(diǎn)關(guān)注。基于交互式設(shè)計(jì)的周邊導(dǎo)乘屏示例如圖4所示。該屏具備周邊生活的查詢、語音交互等功能。

站內(nèi)的導(dǎo)乘屏以人群屬性作為關(guān)注的重點(diǎn)，站外的導(dǎo)航則與周邊信息息相關(guān)。對于周邊導(dǎo)乘屏的咨詢有兩種情況，一乘客知道目的地，但是并不知道從哪個口出去，到達(dá)后卻不知從哪個出口出站。二乘客不知道目的地，只是找地方游玩。針對第一種情況，借助地圖完成，將路線信息顯示出來，地圖可根據(jù)手勢放大縮小。針對第二種情況，周邊導(dǎo)乘屏提供周邊信息推薦與查詢的功能。除此之外，站外的天氣信息，交通情況等信息，也會在周邊導(dǎo)乘屏上展示。

4? 結(jié)? 論

將車站作為一個邊緣集群點(diǎn)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及現(xiàn)代通信技術(shù)，提升軌道交通智慧車站智能導(dǎo)乘系統(tǒng)的信息傳輸?shù)乃俣?、信息的動態(tài)響應(yīng)、乘客的交互式交流等。從交互式的設(shè)計(jì)思想優(yōu)化站內(nèi)導(dǎo)乘文化，帶給乘客的精神上的滿足，也為城市生活增添色彩；以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和只能視頻分析技術(shù)為核心的導(dǎo)乘系統(tǒng)技術(shù)，帶給乘客出行便利，也減少站務(wù)更多的工作，同時降低站內(nèi)運(yùn)營的成本。城市軌道交通的現(xiàn)代化發(fā)展，與現(xiàn)代化技術(shù)接軌，提升城市形象。

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作者簡介：石慧萍（1991.04—），女，壯族，廣西南寧人，初級工程師，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)；梁德熒（1992.11—），男，壯族，廣西南寧人，初級工程師，本科，研究方向：自動化。