濟南地鐵智慧車站建設(shè)方案及應用實踐

孔祥蘇，安俊峰，李 美，左付超

（濟南軌道交通集團有限公司，山東濟南 250102）

1 研究背景

2013年，濟南軌道交通集團有限公司正式成立，同年濟南地鐵第一版線網(wǎng)規(guī)劃落地完成，并開始建設(shè)。截至目前，濟南地鐵第一期建設(shè)規(guī)劃3條線路已全部建成通車，形成“H”型運營網(wǎng)絡(luò)，第二期建設(shè)規(guī)劃線路也陸續(xù)開工建設(shè)。

濟南地鐵秉持“安全地鐵、綠色地鐵、智慧地鐵、品質(zhì)地鐵”的建設(shè)理念，積極探索智慧地鐵建設(shè)之路。其中，2號線是濟南地鐵第一輪建設(shè)規(guī)劃中串聯(lián)1號、3號線形成“H”型線網(wǎng)的關(guān)鍵線路，采用全自動運行系統(tǒng)、智能信息展示系統(tǒng)、智能間隙探測系統(tǒng)等先進技術(shù)，選取2號線八澗堡站作為濟南智慧地鐵示范站，采取物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等智慧元素，呈現(xiàn)出一系列具備科技感的智慧車站場景。

2 智慧車站建設(shè)

2.1 全自動運行系統(tǒng)

濟南地鐵順應軌道交通行業(yè)發(fā)展趨勢，在1號、3 號線順利開通運營后，換乘線路2號線采用國產(chǎn)全自主化知識產(chǎn)權(quán)、全自動運行技術(shù)，初期運營采用有人值守的列車自動運行（Driverless Train Operation，DTO），目前擁有GoA4級全功能。全自動運行系統(tǒng)（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）總體架構(gòu)如圖1所示，與傳統(tǒng)線路相比，主要增加段場自動化及聯(lián)動控制等相關(guān)功能。

圖1 全自動運行系統(tǒng)總體架構(gòu)

為整體提高乘客滿意度和運行安全相關(guān)系統(tǒng)的智能化水平，2號線車輛（圖2）使用雙機熱備（Local Control Unit，LCU）技術(shù)替代部分非關(guān)鍵繼電器；在車門、空調(diào)系統(tǒng)中集成健康管理功能；在走行部、受電弓等設(shè)備增加在線檢測功能，可實時對車輛狀態(tài)進行跟蹤診斷，實現(xiàn)車輛智能運維。車輛利用通信和信號系統(tǒng)已有長期演進技術(shù)（Long Term Evolution，LTE）和無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network，WLAN）無線傳輸通道實現(xiàn)高實時和大容量的車載數(shù)據(jù)落地傳輸。在地面搭建數(shù)據(jù)解析處理平臺，將相關(guān)車載系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成到地面平臺進行集成分析展示。

圖2 濟南地鐵2號線車輛

在車輛段入段線搭建軌旁綜合檢測平臺（圖3），包括弓網(wǎng)動態(tài)檢測、輪對狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測和全車360°圖像檢測三大子系統(tǒng)，車輛回庫后的檢修效率和檢修準確性得到提高。車輛可在不停車的情況下完成輪對外形幾何尺寸檢測、受電弓關(guān)鍵參數(shù)（碳滑板磨耗、中心線偏移、接觸壓力）檢測、車輪踏面缺陷（擦傷、剝離、硌傷等缺陷）檢測、全車外觀可視關(guān)鍵部件異常（缺失、松脫、異物、移位等）自動識別預警監(jiān)測。

圖3 濟南地鐵2號線軌旁綜合監(jiān)測平臺

2.2 智能信息展示系統(tǒng)

屏蔽門乘客信息系統(tǒng)（Passenger Information System，PIS）作為地鐵乘客信息系統(tǒng)的子系統(tǒng)，可以讓乘客及時準確了解到運營相關(guān)信息和公共媒體信息。濟南地鐵2號線八澗堡站設(shè)計的智能信息展示系統(tǒng)， 融合屏蔽門PIS系統(tǒng)，將車廂擁擠度、候車時間、公共媒體等信息通過設(shè)置在屏蔽門上方的高清顯示屏實時動態(tài)顯示（圖4），指導乘客選擇更加合適的車廂，提升乘客的出行體驗。

圖4 屏蔽門高清顯示屏

智能信息展示系統(tǒng)采用條形屏+開放式可插拔規(guī)范（Open Pluggable Specifi cation，OPS）云播放控制器組合技術(shù)，設(shè)備內(nèi)部所有部件均采用板載貼片式設(shè)計，集成度高，外觀輕便小巧，內(nèi)置多功能音視頻硬件加速器，采用OPS內(nèi)置供電方式，實際功耗不超過20 W，實現(xiàn)了低能耗高性能。條形屏最大分辨率4K，遠高于傳統(tǒng)42寸液晶顯示屏（LCD）的1080P。系統(tǒng)按照PIS系統(tǒng)的功能需求，對屏蔽門高清顯示屏0.72 m2的可視面積進行區(qū)域分割，使運營信息和廣告媒體信息同時播放，互不沖突，乘客可根據(jù)運營信息提示，自行前往空閑的車廂站臺乘車。

2.3 智能間隙探測系統(tǒng)

站臺門系統(tǒng)作為防止乘客有意或無意進入到軌行區(qū)而發(fā)生危險的重要屏障，探測其與列車門之間的間隙是地鐵站臺門系統(tǒng)中探測的重點。傳統(tǒng)間隙探測方式包括物理擋板、人工瞭望燈帶、光電對射探測等。傳統(tǒng)間隙探測方式主要存在以下缺點：物理擋板易松動易侵限，僅能探測距地面500 mm內(nèi)較大物體，無全區(qū)域探測能力；人工瞭望燈帶主要依靠人為判別，有主觀性、易疲勞，不適用于全自動駕駛線路和曲線站臺，無法聯(lián)動其他系統(tǒng)；光電對射探測不適用于曲線站臺，受強光、振動、粉塵鐵屑干擾易誤報，無報警門定位功能。

鑒于傳統(tǒng)間隙探測方式存在以上各類問題，濟南地鐵2號線八澗堡站設(shè)計了智能間隙探測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)防區(qū)內(nèi)報警物檢測、遮擋和污染報警、環(huán)境記憶、報警門定位、多門并發(fā)、故障檢測、數(shù)據(jù)存儲及查詢、隔離/旁路、站臺門系統(tǒng)聯(lián)動等各項功能。系統(tǒng)通過運用激光雷達、邊緣計算等先進技術(shù)，將站臺門和列車門之間的間隙安全防護能力提升，實現(xiàn)間隙夾人夾物智能檢測；通過采用司機關(guān)門信息監(jiān)視屏與信號系統(tǒng)聯(lián)動等方式預防意外事故的發(fā)生，避免因誤報對行車效率產(chǎn)生影響，從而提高地鐵運行效率和安全性。

智能間隙探測系統(tǒng)采用基于飛行時間測距（Time of Flight Ranging，ToF）的激光探測器對列車門和站臺門狹縫之間特定平面上的異物進行檢測。間隙探測雷達通過學習基礎(chǔ)邊界形成防區(qū)，激光束根據(jù)防區(qū)內(nèi)有無異物而改變往返時間，從而檢測到異物并進行定位。前端邊緣計算對探測器獲得的數(shù)據(jù)進行處理，可以節(jié)省后端算力。前端雷達通過冗余的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）總線將判斷結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳輸至機房控制主機，主機控制顯示器可呈現(xiàn)結(jié)果和展示設(shè)備狀態(tài)。間隙探測雷達內(nèi)置無線通訊模塊，采用905 nm的激光光線（為不可見光），通過手持平板連接間隙探測雷達熱點可以使用專用APP進行探測距離、報警靈敏度、雷達開角等參數(shù)設(shè)置。智能間隙探測裝置如圖5所示。

圖5 智能間隙探測裝置圖

3 應用實踐

濟南地鐵2號線于2021年3月26日正式初期運營，以DTO模式開通，全天采用蓋板關(guān)閉、司機室值守方式。截至目前，2號線總體運行情況有序平穩(wěn)，累計開行列車逾10萬列次，行駛里程超336萬km，列車兌現(xiàn)率達到99.99%，列車正點率達到99.93%。

智能信息展示系統(tǒng)使用云控制器，方便乘客及時了解等候時間、車廂內(nèi)擁擠度等信息，指導乘客選擇合適車廂，提升出行體驗，同時也為后期運維管理工作帶來便利，滿足車站智能化需求。

智能間隙探測系統(tǒng)與地鐵幾大核心系統(tǒng)（車輛、信號、綜合監(jiān)控、站臺門等）的信息交互較為順暢，能夠很好的輔助全自動駕駛列車安全運行，提升了地鐵運營的安全、效率及智能化水平，為列車全自動運行提供了更加安全的保障。

濟南地鐵2號線至今已運行1年多，智慧車站八澗堡站通過應用全自動運行系統(tǒng)、智能信息展示系統(tǒng)以及智能間隙探測系統(tǒng)，既保證了車輛安全平穩(wěn)運行和準點率，同時帶給乘客科技感、智慧化的乘車體驗，全站智慧化應用效果較好。

4 結(jié)語

智慧城軌建設(shè)是城市軌道交通未來的發(fā)展方向，是建設(shè)交通強國和智慧城市的重要組成部分。隨著2號線智慧車站八澗堡站的建設(shè)運營，濟南智慧地鐵建設(shè)具備良好開端，也為其他城市智慧車站建設(shè)提供參考。濟南地鐵將繼續(xù)探索智慧地鐵建設(shè)之路，為形成中國式智慧城軌特色，實現(xiàn)智慧城軌建設(shè)戰(zhàn)略目標做出貢獻。