西安地鐵智慧車站試點工程應用總結(jié)、優(yōu)化及發(fā)展

王建文

發(fā)展智慧城軌是推進交通強國戰(zhàn)略與智慧城市建設的重要舉措。中城協(xié)先后發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》［1］和《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案》［2］兩項頂層設計標準，為構(gòu)建新一代中國式城市軌道交通指明了方向。西安市軌道交通集團有限公司（簡稱“西安地鐵公司”）亦啟動了《以實現(xiàn)“智慧地鐵”為目標的規(guī)劃建設應用研究》項目。本研究旨在運用信息新技術(shù)，為乘客提供增值增質(zhì)的人性化、精準化智能服務，為運營調(diào)度管理提供精細化、高效化的智能應用，建設安全、高效、舒適、綠色的智慧地鐵［3］?！丁爸腔圮囌尽睂嵤┓桨秆芯俊肥瞧渥诱n題之一。2019 年，西安地鐵公司決策于第二輪在建線路的5號線一期、6號線一期工程中各選取1座車站試點實施智慧車站。通過大量的技術(shù)交流、市場調(diào)研、同行業(yè)考察、方案研討等，同年將相關研究成果轉(zhuǎn)化為試點站設計方案，并拆解至ISCS（綜合監(jiān)控系統(tǒng)）、AFC（自動售檢票）、通信、自動扶梯4個專業(yè)，形成用戶需求書，隨地鐵5、6 號線完成設備招標、設計聯(lián)絡、施工安裝及調(diào)試、功能驗收等工作。

智慧車站試點站隨西安地鐵5、6 號線一期工程于2020 年12 月開通運行。在3 年多的實際運營過程中，西安地鐵公司持續(xù)開展車站智慧化功能的驗證，對系統(tǒng)進行多次更新迭代。經(jīng)過長期的技術(shù)總結(jié)和方案優(yōu)化，于2023 年形成了企業(yè)標準《西安市城市軌道交通智慧車站技術(shù)標準》，并將優(yōu)化后的智慧車站方案在其第3輪新建線路地鐵8、10、15號線中大范圍推廣應用。

近年來，智慧車站是各地城軌的建設熱點，投資規(guī)模較大，但運營效果和效益不是很理想。本文通過分析西安地鐵智慧車站試點工程中發(fā)現(xiàn)的問題，總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化方案，目的是將降本增效和“智慧”二字落在實處。

1 試點站主要功能與應用情況

車站是城軌運營管理中最基本的單元，其運營業(yè)務可劃分為客運組織、乘客服務、設備運管3 大板塊?？瓦\組織業(yè)務包括車站運作、行車組織、站務人員管理；乘客服務業(yè)務包括信息服務、票務服務、乘客安檢；設備運管業(yè)務主要針對站內(nèi)機電設備的運行管理，如節(jié)能運行和健康度診斷等。

西安智慧車站試點項目的設計方案以業(yè)務為導向，為提高各板塊業(yè)務的自動化水平，新增或增強各類智能終端和系統(tǒng)功能［4］，實現(xiàn)車站整體運作效率的提升。各項智慧化功能的實際應用情況如下。

1.1 客運組織相關功能試點應用情況

面向車站客運組織業(yè)務的智慧化功能主要包括綜合看板、場景聯(lián)動、客流實時采集及分析、智能視頻分析、人員管理等。

1）綜合看板［5］和場景聯(lián)動功能模塊實用效果較好，其中一鍵開關站和智能消防等場景聯(lián)動功能的用戶黏度最高。分析原因為：①場景聯(lián)動功能實現(xiàn)了客運組織預案在計算機應用環(huán)境下的自動化，貼近用戶運營需求；②場景聯(lián)動對象基本為車站范圍內(nèi)的機電系統(tǒng)和設備，數(shù)據(jù)流在站內(nèi)即可形成業(yè)務閉環(huán)，即“車站自治”。

2）為實現(xiàn)客流實時采集及分析功能，試點站在公共區(qū)搭建了手機嗅探系統(tǒng)，利用Wi-Fi 及4G探針獲取乘客手機MAC 地址，擬對乘客出行的時空軌跡進行識別。此技術(shù)在實際使用中效果不佳，分析原因為：①受探針分布密度、用戶使用行為（如關閉Wi-Fi）和手機加密（如iPhone 隨機碼）等多重影響，導致統(tǒng)計數(shù)量不準確；②后臺的計數(shù)規(guī)則、范圍劃定、重復計數(shù)等數(shù)據(jù)處理算法較為復雜，難以訓練出成熟的模型?？傮w而言，手機信令數(shù)據(jù)在車站微觀層面的適用性有限，試點站基于手機嗅探系統(tǒng)的客流分析功能與預期目標存在較大差距。

3）智能視頻分析功能是智慧車站多個應用的支撐和觸發(fā)條件，如場景聯(lián)動功能中的隔欄遞物場景，需首先通過視頻分析判定隔欄遞物的行為，觸發(fā)平臺報警并推送至單兵無線監(jiān)控系統(tǒng)，輔助站務人員現(xiàn)場處置。智能視頻分析的實際應用效果差強人意，分析原因為：①視頻分析能力與攝像頭布設點位甚至安裝角度密切相關，設計與運營實際需求產(chǎn)生的偏差在開通后很難彌補；②誤報率較高（＞5%）影響正常使用，如將地面水漬的暗面誤判為遺留物品，因此視頻分析準確度有待提升。

4）試點站在人員管理方面的功能提升包括車站智能排班、施工人員管理、智能巡更管理。前二者達到預期效果，特別是試點站打通了與企業(yè)OA的數(shù)據(jù)接口，可自動獲取上級信息管理平臺的施工作業(yè)計劃，再配合車站人工核驗裝置，大幅提升了車站人員管理的效率和安全性。智能巡更管理功能試點了2 種方式：一是將車站門禁系統(tǒng)（Access control system，ACS）的讀卡器延伸至巡更點，通過增強ACS 實現(xiàn)人工巡更管理；二是利用CCTV 輪詢并結(jié)合車站建筑三維模型實現(xiàn)遠程電子巡更。這2 種方式基本滿足日常運營需求，但存在相同的問題，即由于ACS 讀卡器和CCTV 攝像頭需施工安裝，不能方便靈活地增加和調(diào)整巡更點，因此人工巡更管理方式需考慮選擇其他更優(yōu)方式。

1.2 乘客服務相關功能試點應用情況

試點站將傳統(tǒng)票亭升級為開放式的一體化智能票亭，集成乘客查詢終端、售票機、票務處理終端、生物識別（人臉、掌靜脈）注冊終端，可由乘客自助操作，滿足付費區(qū)、非付費區(qū)不同的票務服務需求。通過3 年多對乘客行為習慣的培養(yǎng)，目前已基本達到了減少運營人工成本的目的。此外，得益于智能票亭的賦能，西安地鐵在建15 號線車站建筑設計方案由既有雙票亭布局優(yōu)化為單票亭布局，空間利用和流線設計得到多方位提升。

由于目前西安地鐵尚未建成線網(wǎng)級客服中心平臺，試點站暴露出客服體系不完善而引發(fā)的問題，如乘客呼叫人工求助時，需由本站車控室的站務員承擔客服職責，需進一步提升人力資源共享水平。

1.3 設備運管相關功能試點應用情況

1）環(huán)境監(jiān)測方面。試點站通過在感知層新增粉塵、異味、漏水、雨量、照度等傳感器，實現(xiàn)了公共區(qū)和衛(wèi)生間空氣質(zhì)量監(jiān)測、機房環(huán)境監(jiān)測、出入口環(huán)境監(jiān)測功能。其中，出入口照度傳感器與飛頂照明實現(xiàn)節(jié)能聯(lián)動；雨量傳感器采集降雨強度數(shù)據(jù)，用于觸發(fā)防汛場景聯(lián)動；機房環(huán)境監(jiān)測的漏水報警、侵入報警可聯(lián)動車控室CCTV 畫面，提示站務人員及時處置，均形成了業(yè)務閉環(huán)。公共區(qū)和衛(wèi)生間空氣質(zhì)量監(jiān)測目前實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化展示，但由于未結(jié)合通風空調(diào)系統(tǒng)協(xié)同設計，因此缺少處置措施和預案，未形成業(yè)務閉環(huán)。

2）能源管理方面。試點站采用了空調(diào)風系統(tǒng)和水系統(tǒng)的全局節(jié)能控制策略，并經(jīng)歷了一個空調(diào)季的測試，與傳統(tǒng)的工頻運行模式相比，節(jié)能率約為21%。

試點站在35 kV 柜、1 500 V 配電柜、0.4 kV配電柜、通風空調(diào)電控柜內(nèi)設置多功能電表；在市政給水總管、衛(wèi)生間給水總管等處設置遠傳水表，已實現(xiàn)能源信息指標化、可視化的展示。目前尚不具備異常能源數(shù)據(jù)的精準化分析功能，原因是此功能與表計設置的顆粒度與布設位置密切相關，需要深入研究能源表計布設的合理性。

3）車站設備管家功能。試點站通過引入第三方或廠家自研算法2 種方式，開發(fā)并實現(xiàn)了AFC閘機、自動扶梯、空調(diào)機柜風機3 類機電設備的健康度分析和狀態(tài)預警等智能診斷功能，在實際使用期間為運營維護和修程修制優(yōu)化提供了有效的支持。

車站運營重點關注的站臺門、區(qū)間水泵等機電設備尚未實現(xiàn)智能診斷功能，原因是智慧車站系統(tǒng)平臺是提供算力支持和界面展示的基礎平臺，能否實現(xiàn)智能診斷功能需要被控設備自身具備感知并提供算法模型。

值得指出的是，試點站設備管家功能中不包含維護和維修業(yè)務。運維業(yè)務體系需要從線路級乃至線網(wǎng)級的層面統(tǒng)籌規(guī)劃和運作，車站級系統(tǒng)只負責設備運行監(jiān)測和執(zhí)行報警策略的環(huán)節(jié)。

綜上所述，西安智慧車站試點工程主要功能應用情況總結(jié)見表1。下文針對發(fā)現(xiàn)的問題，提出相應的改進措施或者下一步技術(shù)研究方向。

表1 西安智慧車站試點功能應用情況

2 推廣階段優(yōu)化方案

智慧車站在試點應用和功能驗證的過程中，不斷發(fā)現(xiàn)問題并分析問題，更新迭代出新的解決方案，提出適用于新線建設的智慧車站優(yōu)化實施方案，優(yōu)化內(nèi)容可歸納為以下3個方面。

2.1 技術(shù)更迭

通過試點，剔除性價比低、與實際需求不符、技術(shù)應用不成熟、應用效果不佳的功能，根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢，更新迭代方案，使其滿足現(xiàn)場需求。

1）人工巡更管理功能取消門禁讀卡器方式，替代為利用無線通信單兵設備+射頻識別技術(shù)（RFID）方式。通過在巡更點放置RFID 定位標簽，單兵設備上開發(fā)部署巡更管理應用，實現(xiàn)人工巡更管理功能。此方式解決了讀卡器、攝像頭不能靈活調(diào)整或新增的問題，且新功能在原有單兵系統(tǒng)上開發(fā)，新增投資很少。單兵設備+RFID 的巡更方式見圖1。

圖1 單兵設備+RFID的巡更方式

此外，新建線路在CCTV 結(jié)合三維建筑漫游的電子巡更功能的基礎上，新增開放用戶編輯巡更路線的功能。

2）取消與運營實際需求不符的視頻分析算法，如乘客跌倒、快速奔跑、推嬰兒車等，增加更實用的算法，如智能票亭處乘客排隊。強調(diào)在設計階段結(jié)合實際優(yōu)化攝像機監(jiān)控布點和角度，將各場景分析算法正確應用在適當區(qū)域。

3）取消手機嗅探系統(tǒng)作為客流數(shù)據(jù)采集的手段，利用智能視頻分析的客流密度數(shù)據(jù)、AFC 的實時過閘數(shù)據(jù)、列車網(wǎng)絡控制系統(tǒng)（Train Control and Management System，TCMS）的車廂載重數(shù)據(jù)，進行綜合判定，實現(xiàn)車站客流流量和流向的多方位、全過程動態(tài)分析功能。

2.2 融合設計

2.2.1 界面融合

西安兩座試點智慧車站應用的2 種不同型號綜合運管平臺（SOM）都是獨立于既有ISCS 系統(tǒng)的專有平臺。對于前臺用戶來說，增加了新的SOM客戶端界面，即增加了操作難度。為避免重走“煙囪式”分立系統(tǒng)的老路，則需要充分利用好新興技術(shù)，用融合的理念開展規(guī)劃設計和實施工作［6］。

SOM 平臺的本質(zhì)是在ISCS所擁有生產(chǎn)數(shù)據(jù)基礎上的功能增強，理論上宜完全集成于本線ISCS平臺?，F(xiàn)階段在技術(shù)成熟度的限制下，也可暫獨立于ISCS 搭建，但至少要實現(xiàn)與ISCS 界面融合，確保對于前臺用戶，同一場景下的系統(tǒng)性、關聯(lián)性的智慧化功能須在統(tǒng)一界面下完成操作。

西安地鐵三期線路引入了坐席管理系統(tǒng)用于實現(xiàn)用戶界面融合。通過輸入節(jié)點接入多個系統(tǒng)的畫面源，再通過輸出節(jié)點靈活地分配到顯示器上，實現(xiàn)了車控室內(nèi)ISCS、SOM 以及ATS、AFC、CCTV、FAS、OA所有系統(tǒng)終端的界面融合。此方式可實現(xiàn)一人多機、一屏多機、一屏多畫、多席位協(xié)作等功能，在提升用戶操作效率的同時大大優(yōu)化空間。

2.2.2 終端融合

由于試點車站增加了智慧化功能，站務人員手持終端數(shù)量增多，如廳巡崗的移動票務終端、安防及巡更采用的單兵終端，再加上無線對講手持臺和執(zhí)法記錄儀，使得攜帶和使用較為不便。經(jīng)調(diào)研，目前采用LTE 技術(shù)承載的無線調(diào)度系統(tǒng)所使用的數(shù)字集群終端，已具備Wi-Fi、攝像頭等模塊和通用的操作系統(tǒng)，進一步增加SIM 卡插槽和讀卡模塊后，即可實現(xiàn)各類智能終端的集成與融合，能夠符合用戶使用需求，提升用戶體驗，也有利于客運管理向一崗多能的方向發(fā)展。

2.3 按需配置

地鐵車站的類型和特征有很大區(qū)別，因此每座車站的智慧化功能客觀上存在差異化設置的需求，應同時控制投資和運維成本。

地鐵車站從建筑形式可分為地下站和高架站，周芳等［7］從車站功能屬性、交通屬性、用地性質(zhì)等多個維度和特征模型將車站細化分類為居住型、辦公型、商業(yè)型、旅游型、樞紐型。不同類型車站內(nèi)的設備運行要求不同，乘客行為特征不同，因此智慧車站的賦能也應區(qū)別對待。如西安三期新線智慧車站建設方案中，對于旅游型和樞紐型車站，部署完整的客流分析、乘客智能導航等功能，在其他類型車站內(nèi)則為簡配。對于既有線的賦能改造工程，則更要有針對性地優(yōu)先選擇費效比好的智慧化功能點進行升級。

3 智慧車站發(fā)展思路

西安地鐵智慧車站從試點項目到新線推廣完成了從點到線的演進，未來勢必發(fā)展至線網(wǎng)范圍，有必要從網(wǎng)絡化運營的角度，探討智慧車站的發(fā)展方向。

3.1 業(yè)務閉環(huán)

各地城市軌道交通的運營管理模式基本為分層級負責制，大的層面劃分為線網(wǎng)級、線路級、車站級和現(xiàn)場級，車站是縱向管理環(huán)節(jié)之一。為使業(yè)務閉環(huán)，要將智慧車站功能納入到縱向的業(yè)務體系中整體設計、實施與運作。這也側(cè)面解釋了各地智慧車站項目往往只是一鍵開關站功能最先落地，因為其所有數(shù)據(jù)和業(yè)務在車站內(nèi)即可閉環(huán)，而乘客服務和運維業(yè)務則需要線路級和線網(wǎng)級管理的協(xié)同配合。

智慧城軌四大核心業(yè)務體系可提煉為智慧服務（客服、票務、安防）、智能運行、智能運維和智慧管理［8］。縱向的業(yè)務體系和橫向的管理層級形成了一個縱橫交貫的坐標平面。每類業(yè)務會根據(jù)體系運作的要求，在各層級部署系統(tǒng)，以實現(xiàn)相關功能。智慧車站的定位和職責是滿足縱向業(yè)務在車站級和現(xiàn)場級的功能需求。智慧城軌業(yè)務體系與運營管理層級縱橫關系示意見圖2。

圖2 智慧城軌業(yè)務體系與運營管理層級縱橫關系示意

3.2 云邊協(xié)同

結(jié)合云計算、邊緣計算和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建出一種具有“云-邊-端”三層業(yè)務體系的新型智慧城軌云平臺框架，在車站級部署邊緣計算節(jié)點，與中心的城軌云及大數(shù)據(jù)平臺之間完成數(shù)據(jù)交互、共享、協(xié)同［9-10］。智慧車站的大部分應用為現(xiàn)場感知、實時處理和聯(lián)動等車站自治的業(yè)務，則可歸屬為邊緣層業(yè)務，部署在站級邊緣計算節(jié)點上。充分發(fā)揮這種云邊協(xié)同架構(gòu)的作用，可以提升智慧車站的性能，如解決前文提到的智能視頻分析算法準確率低的問題：在車站邊緣計算節(jié)點部署高速識別模型，快速實時識別異常情況；在云端部署高精度識別模型，根據(jù)實際場景持續(xù)對其進行訓練、調(diào)整和優(yōu)化，并將參數(shù)下發(fā)至邊緣側(cè)更新，持續(xù)提高車站視頻分析的AI能力和準確度［11-12］。

3.3 管理同步

系統(tǒng)是服務于運營管理的工具，是組織架構(gòu)在IT（信息技術(shù)）/OT（運營技術(shù)）上的投影。智慧車站所提供的自動化、智能化工具改變了傳統(tǒng)車站客運人員的運作方式，運營組織架構(gòu)和管理模式也要同步優(yōu)化調(diào)整，人與工具是相輔相成的關系。

智慧車站中的智能巡更、場景聯(lián)動功能改變了車站站臺崗站務員人工巡站的運作方式，智能票亭改變了票亭崗站務員的人工票務處理方式。因此在智慧車站的技術(shù)支撐下，應對客運班組進行崗位融合，可將原來獨立設置的站臺崗和票亭崗融合為廳巡崗，統(tǒng)一負責車站公共區(qū)的日常巡視，協(xié)助處理智能票亭特殊乘客事務［13］。

在智能化程度持續(xù)提升的基礎上，下一階段可將單站管理模式向區(qū)域中心化管理模式演進。針對客流強度小，換乘站少的市域/郊線路，將進一步探索去車站化管理模式的可行性。

4 結(jié)束語

西安市智慧城軌和智慧車站的建設按照前期研究、先行試點、全面總結(jié)、形成標準、推廣建設的步驟統(tǒng)籌推進，以解決城軌實際業(yè)務中提質(zhì)、增效、降本、節(jié)能等痛點問題為導向，避免新技術(shù)和新產(chǎn)品的機械堆砌，找到科學、合理、適應西安地鐵的智慧化建設技術(shù)路徑，爭取工具理性與價值理性的平衡，為其他城市軌道交通實現(xiàn)“綠智融合”發(fā)展提供參考和借鑒。