淺析高鐵車站智能化的設(shè)計(jì)研究

張艦宇

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司）

1 引言

隨著我國(guó)高鐵建設(shè)的飛速發(fā)展，高鐵車站從數(shù)量到體量都有著巨大的增幅。對(duì)車站的管理、控制提出了更高的要求。因此高鐵車站的智能化設(shè)計(jì)、應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。本文將從高鐵車站的智能化系統(tǒng)架構(gòu)、功能及實(shí)現(xiàn)三方面進(jìn)行闡述，為今后高鐵車站的智能化設(shè)計(jì)提供參考。

2 高鐵車站智能化的架構(gòu)

高鐵站房智能化系統(tǒng)采用國(guó)鐵集團(tuán)、路局、車站的三級(jí)架構(gòu)形式，三級(jí)之間通過(guò)通信專業(yè)提供的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。如圖1所示，客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)相關(guān)的服務(wù)器、操作終端和運(yùn)維終端全部部署在安全生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)，客票網(wǎng)與安全生產(chǎn)網(wǎng)通過(guò)安全手段連通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享?；ヂ?lián)網(wǎng)和外部專網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)與安全生產(chǎn)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。車站局域網(wǎng)由二級(jí)物理架構(gòu)組成。核心匯聚層配置2臺(tái)三層交換機(jī)，采用負(fù)荷分擔(dān)的方式工作，交換機(jī)間采用GE電口直連。核心層設(shè)置在信息機(jī)房，站房?jī)?nèi)各信息設(shè)備間根據(jù)需求分別設(shè)置二層接入交換機(jī)。車站手持終端通過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（4G/5G）接入客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)[1]。

圖1 高鐵車站智能化架構(gòu)圖

傳統(tǒng)的車站設(shè)備控制，各自控制系統(tǒng)數(shù)量較多，且主要依賴于各子系統(tǒng)的控制，與BA系統(tǒng)之間僅預(yù)留了通訊接口，確保系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，但是設(shè)備的控制均要在相應(yīng)子系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)機(jī)房的布置、人員的操作、數(shù)據(jù)的傳輸都造成了不便。旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)集成了旅客服務(wù)應(yīng)用、客運(yùn)管理應(yīng)用、應(yīng)急指揮應(yīng)用?？瓦\(yùn)設(shè)備管理應(yīng)用通過(guò)與BAS（Building Automation System）系統(tǒng)平臺(tái)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，BAS系統(tǒng)獨(dú)立管控各機(jī)電系統(tǒng)。通過(guò)BAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，客運(yùn)設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)接口服務(wù)器，與BAS系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的輸入與匯總，同時(shí)向系統(tǒng)平臺(tái)上報(bào)關(guān)鍵監(jiān)控指標(biāo)和報(bào)警信息。

3 高鐵車站智能化的功能

通過(guò)共享調(diào)度、客票、動(dòng)車組、綜合視頻監(jiān)控、建筑設(shè)備監(jiān)控等運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，深度整合客運(yùn)站段生產(chǎn)服務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，從而實(shí)現(xiàn)高鐵車站的智能化控制的設(shè)計(jì)理念[2]。

3.1 旅客服務(wù)

按照車站功能布局與列車實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，自動(dòng)生成廣播、引導(dǎo)和檢票計(jì)劃，統(tǒng)一接入廣播設(shè)備、導(dǎo)向設(shè)備、時(shí)鐘、攝像頭等前端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)廣播、綜合顯示、時(shí)鐘、視頻監(jiān)控、求助、查詢和檢票等業(yè)務(wù)的集中管理、統(tǒng)一調(diào)控，同時(shí)與客運(yùn)管理業(yè)務(wù)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員與前端設(shè)備的聯(lián)動(dòng)性。

3.2 客運(yùn)管理

圍繞客運(yùn)乘降組織，客運(yùn)、行包及高鐵快運(yùn)作業(yè)等業(yè)務(wù)，提供人員自動(dòng)排班、任務(wù)分發(fā)、到崗監(jiān)控、作業(yè)卡控、執(zhí)行反饋和客運(yùn)工作量統(tǒng)計(jì)等功能。提升客站作業(yè)管控能力，保證服務(wù)質(zhì)量和安全生產(chǎn)。

3.3 設(shè)備管理

對(duì)客站客運(yùn)服務(wù)，以及電梯、空調(diào)、照明等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理和能效管理，實(shí)現(xiàn)車站設(shè)備設(shè)施的資產(chǎn)管理、狀態(tài)監(jiān)控、運(yùn)維管理、能效管控和輔助決策評(píng)價(jià)等功能。通過(guò)對(duì)車站運(yùn)營(yíng)環(huán)境狀態(tài)感知，結(jié)合列車運(yùn)行實(shí)際，提供能效管理輔助決策支持，有效降低車站運(yùn)營(yíng)成本，提升旅客候乘環(huán)境，提高客站運(yùn)營(yíng)管理能力。

3.4 應(yīng)急指揮

通過(guò)對(duì)客站應(yīng)急預(yù)案的電子化管理、流程化分解和定制化編排，實(shí)現(xiàn)客站應(yīng)急指揮一鍵啟動(dòng)、任務(wù)分發(fā)、過(guò)程監(jiān)控和總結(jié)報(bào)告閉環(huán)處理。對(duì)接地方應(yīng)急處置相關(guān)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享、路地聯(lián)動(dòng)，提升客站應(yīng)急處置能力。預(yù)留與國(guó)鐵集團(tuán)、鐵路路局兩級(jí)應(yīng)急通信平臺(tái)互聯(lián)條件，滿足兩級(jí)應(yīng)急通信平臺(tái)對(duì)圖像調(diào)用、輔助決策的需要。

高鐵車站智能化系統(tǒng)為平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、傳輸，自動(dòng)獲取路內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，為運(yùn)維工作人員提供用戶單點(diǎn)登錄、權(quán)限管理、信息集成、插件管理、流程管理、消息通知等功能。為乘客服務(wù)提供語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義分析、圖形圖像算法優(yōu)化升級(jí)、智能問(wèn)答等人工智能服務(wù)功能。為整個(gè)鐵路線網(wǎng)提供對(duì)站段各生產(chǎn)要素和作業(yè)狀態(tài)的全面監(jiān)控與集成展示。

4 高鐵車站智能化的實(shí)施方案

根據(jù)前文的高鐵車站智能化系統(tǒng)架構(gòu)及功能，本章節(jié)將著重介紹系統(tǒng)的實(shí)施方案。如圖2所示，從車站各類數(shù)據(jù)的傳輸?shù)皆O(shè)備的管理，高鐵車站智能化系統(tǒng)全面支撐起高鐵系統(tǒng)安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。

圖2 高鐵車站智能化架構(gòu)圖

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1.1 硬件部署

高鐵車站智能化硬件配置，主要以控制、執(zhí)行、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集為主，通過(guò)末端設(shè)備的工作數(shù)據(jù)及位于車站不同區(qū)域的傳感器采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為車站實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行提供最堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3]。

鐵路局硬件配置主要起到上傳下達(dá)的作用。首先，部署路局與管轄范圍內(nèi)所有車站的通訊接口。其次，建立數(shù)據(jù)服務(wù)器，初步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，對(duì)各車站的運(yùn)行進(jìn)行糾正。最后預(yù)留國(guó)鐵集團(tuán)的數(shù)據(jù)接口，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互無(wú)障礙。

國(guó)鐵集團(tuán)硬件配置主要是保證系統(tǒng)超期的服務(wù)能力，對(duì)各類車站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并合理的規(guī)劃資源，調(diào)配資源。

4.1.2 軟件部署

高鐵車站軟件部署主要是各子系統(tǒng)應(yīng)用軟件、BAS接入軟件等，維持車站正常、合理、有序的工作。

鐵路局軟件配置包括數(shù)據(jù)的訪問(wèn)、控制及數(shù)據(jù)篩選清洗等功能。

國(guó)鐵集團(tuán)集中部署各類分析、調(diào)控軟件，數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，將車站大數(shù)據(jù)經(jīng)運(yùn)算分析后，反饋至各高鐵車站，提供最優(yōu)的運(yùn)行模式。

4.1.3 網(wǎng)絡(luò)配置要求

除個(gè)別體量較小的車站，為保障智能化系統(tǒng)正常運(yùn)行，均應(yīng)配置網(wǎng)絡(luò)峰值帶寬不小于100Mb/s的專用網(wǎng)絡(luò)[4]。

4.2 高鐵車站智能化系統(tǒng)

照明子系統(tǒng)通過(guò)照度傳感器以及照明回路采集能耗、照度數(shù)據(jù)，并對(duì)車站照明環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析與照明控制模塊聯(lián)動(dòng)，使車站光照達(dá)到舒適性條件，實(shí)現(xiàn)照明智能監(jiān)控。主要采集信息分為遠(yuǎn)程控制（按回路全開、?開、定時(shí)自動(dòng)開關(guān)、群組開關(guān)），運(yùn)行狀態(tài)，故障狀態(tài)。報(bào)警狀態(tài)的信息，包括各類、各時(shí)段報(bào)警數(shù)量；照明回路電力和能源消耗的統(tǒng)計(jì)信息。

送排風(fēng)子系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)控制器及風(fēng)機(jī)設(shè)備組成，能夠?qū)λ团棚L(fēng)機(jī)、電動(dòng)風(fēng)閥的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式、臺(tái)數(shù)來(lái)進(jìn)行室內(nèi)外空氣的交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)高效、低耗的最優(yōu)控制，達(dá)到對(duì)送排風(fēng)系統(tǒng)的集中管理。主要采集信息包括：各個(gè)送排風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警及手動(dòng)或自動(dòng)狀態(tài)、送排風(fēng)機(jī)累積運(yùn)行時(shí)間、送排風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)的報(bào)警信息。各類送排風(fēng)設(shè)備通過(guò)自帶輸入輸出模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

車站的給排水監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)集水井、污水坑、電梯基坑的積水情況以及水泵的啟停控制進(jìn)行監(jiān)控。排水監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⑽鬯?、電梯基坑等部位的水位、水泵的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)控制水泵的運(yùn)行方式、臺(tái)數(shù)和相應(yīng)閥門的動(dòng)作及時(shí)排放污水和積水，實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵高效、低耗的最優(yōu)控制，達(dá)到對(duì)排水系統(tǒng)的集中管理。采集的信息主要有：補(bǔ)水泵、潛水泵、軟水裝置的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息、水坑液位信息、水泵累積運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備運(yùn)行電力和能源消耗的統(tǒng)計(jì)信息。

電梯子系統(tǒng)通過(guò)與不同廠家進(jìn)行電梯信息代碼標(biāo)準(zhǔn)和通訊協(xié)議對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車站電梯的集中監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠?qū)囌緝?nèi)垂直電梯、電動(dòng)扶梯的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)采集實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、獲取現(xiàn)場(chǎng)畫面等方式達(dá)到保障電梯安全運(yùn)行、高效維保的目的。

消防子系統(tǒng)整合全站分散的消防監(jiān)控，供管理人員查看車站的實(shí)時(shí)畫面和數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)車站的警情狀態(tài)、消防設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、輔助車站消防日常安全管理。消防日常管理包括消防日常值守、消防日常巡檢、消防設(shè)備日常保養(yǎng)和專項(xiàng)保養(yǎng)、消防隱患錄入和整改及車站信息模型。統(tǒng)計(jì)車站消防信息、分析消防數(shù)據(jù)、評(píng)估車站總體消防安全。輔助火情應(yīng)急處置，實(shí)時(shí)化火情信息、精準(zhǔn)處置對(duì)象、可視化應(yīng)急指揮。消息即時(shí)推送，管理人員全面掌握車站消防安全狀況。

變配電系統(tǒng)智能化設(shè)計(jì)既可以監(jiān)控設(shè)備的安全運(yùn)行，也可以優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行模式，將若干個(gè)子系統(tǒng)整合，統(tǒng)一收集數(shù)據(jù)分析并上傳，從宏觀角度監(jiān)測(cè)變配電系統(tǒng)各設(shè)備的工作數(shù)據(jù)，保證其安全運(yùn)行，綠色節(jié)能，詳見圖3。

5 結(jié)語(yǔ)

高鐵車站智能化需要以電氣專業(yè)為主導(dǎo)，各專業(yè)共同配合實(shí)現(xiàn)。這就要求電氣設(shè)計(jì)人員時(shí)刻掌握行業(yè)動(dòng)態(tài)以及鐵總《鐵路旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)配置暫行技術(shù)條件》的具體要求，保證我國(guó)高鐵安全、可靠、平穩(wěn)、綠色運(yùn)行。