城市軌道交通智慧車站建設(shè)實(shí)踐研究

劉曉亮

（北京鼎漢技術(shù)集團(tuán)股份有限公司，北京 100070）

引言

我國城市軌道交通建設(shè)進(jìn)程不斷發(fā)展，截至2022年1月，內(nèi)地共有51個(gè)城市開通運(yùn)營軌道交通，交通線路共計(jì)270 條，運(yùn)營里程總長達(dá)到8759 km，完成客運(yùn)量18.0 億人次，進(jìn)站量10.8 億人次。城市軌道交通線路里程與客流量的快速增長對(duì)車站的客運(yùn)服務(wù)與運(yùn)營管理帶來了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)車站提供的運(yùn)營管理服務(wù)已不能滿足乘客日益增長的出行需求，智能化建設(shè)對(duì)于提升車站的服務(wù)水平具有重要意義。

目前，我國多個(gè)城市已開展智慧車站的建設(shè)試點(diǎn)工作，《中國城市軌道交通智慧城市發(fā)展綱要》[1]提出智慧車站的建設(shè)內(nèi)容應(yīng)包含智能運(yùn)輸組織、智慧乘客服務(wù)、智能運(yùn)維以及城軌云與大數(shù)據(jù)平臺(tái)。周茂慶[2]指出車站現(xiàn)階段的智慧應(yīng)用主要集中在站臺(tái)、服務(wù)中心以及設(shè)備管理方面，且并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。陳菁菁[3]從上海漢中路站的建設(shè)實(shí)踐出發(fā)，聚焦客運(yùn)管理、設(shè)備管理與人員管理三大核心業(yè)務(wù)，探索出一種智慧化的車站運(yùn)營管理模式。蔡玉萍等[4]分析了南京草場(chǎng)門站的經(jīng)濟(jì)效益，研究表明在智慧車站投入運(yùn)行后不僅提高了整體運(yùn)營效率，而且大幅降低了車站的運(yùn)維成本。趙奕[5]總結(jié)了深圳地鐵的智慧車站建設(shè)工作，通過物聯(lián)網(wǎng)與人工智能等信息技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了車站管理由傳統(tǒng)向智能化轉(zhuǎn)型。

1 車站作業(yè)內(nèi)容分析

車站是軌道交通運(yùn)營管理最基本的核心單元，地鐵車站的作業(yè)內(nèi)容主要由面向乘客出行和面向車站管理兩方面組成。

1.1 面向乘客出行

乘客出行可分為進(jìn)站前、進(jìn)站、乘車、出站和出站后5 個(gè)階段，其中各階段路徑內(nèi)涉及到乘客的出行需求與所需服務(wù)內(nèi)容如圖1 所示。

圖1 面向乘客出行圖

1.2 面向車站管理

車站管理主要有開站前準(zhǔn)備、開站、組織運(yùn)營管理、關(guān)站準(zhǔn)備與關(guān)站結(jié)束運(yùn)營階段，在整個(gè)管理過程中涉及到的各項(xiàng)具體工作內(nèi)容如圖2 所示。

圖2 面向車站管理圖

2 智慧車站建設(shè)

X 市為我國一沿海城市，隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)水平的不斷提升，該市地鐵客運(yùn)量日均即將突破60 萬人次，傳統(tǒng)車站面臨的問題也接踵而來。由于車站設(shè)備自動(dòng)化水平偏低、運(yùn)維工作強(qiáng)度大以及運(yùn)營組織管理復(fù)雜度高，導(dǎo)致車站的乘車體驗(yàn)較差，乘客的乘坐意愿不斷降低，該城市地鐵車站的智能化建設(shè)已迫在眉睫。

針對(duì)X 市軌道交通“十四五”規(guī)劃建設(shè)的線路，本文選擇該市具有典型特征的地鐵車站（A 站）建設(shè)試點(diǎn)站，從提高乘客出行滿意度與加強(qiáng)車站管理服務(wù)水平角度出發(fā)，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)與5G 網(wǎng)絡(luò)等最新信息技術(shù)，探索出了一種全新的智慧車站運(yùn)行管理模式。

目前X 市地鐵5 條線路運(yùn)營里程共計(jì)201.03km，共設(shè)車站77 座。其中，A 車站地處城市兩條主路交叉口，為城市地鐵1 號(hào)線與2 號(hào)線換乘樞紐站。地鐵站為單拱雙柱三層島式車站，建筑面積為25424m2，地鐵1 號(hào)線與2 號(hào)線采用疊落方式進(jìn)入A 車站，每層站臺(tái)層上分設(shè)兩條線路。此外，1 號(hào)線與2 號(hào)線列車在兩個(gè)站臺(tái)層上都可交會(huì)，站臺(tái)設(shè)在兩條線路之間，同一方向的乘客在同一站臺(tái)就可以換乘到另一條線路。

2.1 智慧車站運(yùn)行管理模式

智慧車站是應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、衛(wèi)星通信與區(qū)塊鏈等新興信息技術(shù)，全面感知、深度互聯(lián)和智能融合乘客、設(shè)施、設(shè)備、環(huán)境等實(shí)體信息，經(jīng)持續(xù)進(jìn)化，能夠?qū)崿F(xiàn)車站設(shè)備監(jiān)控、智慧運(yùn)管、智慧運(yùn)維等功能，促進(jìn)車站高效運(yùn)營管理。

針對(duì)X 市地鐵車站存在的問題，在其A 車站試點(diǎn)建設(shè)“統(tǒng)一平臺(tái)+兩個(gè)主題+三層架構(gòu)”的智慧車站運(yùn)行管理模式。并以“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)先進(jìn)、突出應(yīng)用、穩(wěn)定可靠、資源共享”為前提，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)滿足運(yùn)營管理的全局需求，體現(xiàn)場(chǎng)站管理的數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化水平。

（1）“統(tǒng)一平臺(tái)”即將所有元數(shù)據(jù)匯集到一個(gè)平臺(tái)，其中包括設(shè)施設(shè)備、乘客信息、工作人員以及其它各子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)智慧車站的統(tǒng)一指揮和閉環(huán)管理。

（2）“兩個(gè)主題”即從乘客角度出發(fā)，提供完善、方便、快捷的服務(wù)，其中包括信息推送、顯示、自動(dòng)化終端設(shè)備與服務(wù)質(zhì)量等。

（3）“三層架構(gòu)”為平臺(tái)的技術(shù)結(jié)構(gòu)，充分考慮平臺(tái)的穩(wěn)定性、安全性和統(tǒng)一性，將平臺(tái)設(shè)計(jì)為感知層、處理層與應(yīng)用層，即數(shù)據(jù)的采集、清洗融合與應(yīng)用終端。

2.2 智慧車站總體架構(gòu)

在構(gòu)建智慧車站管理平臺(tái)時(shí)，既要考慮到車站的運(yùn)營穩(wěn)定需求，也要開展智能化業(yè)務(wù)模塊的有序銜接。A 車站智慧車站建設(shè)整體由平臺(tái)端和移動(dòng)端兩部分構(gòu)成，平臺(tái)部分的應(yīng)用程序采用B/S 模式獨(dú)立組網(wǎng)進(jìn)行部署，移動(dòng)部分的應(yīng)用程序依托無線網(wǎng)進(jìn)行部署。A 車站運(yùn)行管理平臺(tái)的總體架構(gòu)由信息感知層、數(shù)據(jù)處理層與應(yīng)用層構(gòu)成，如圖3 所示。

圖3 智慧車站運(yùn)行管理平臺(tái)架構(gòu)圖

底層是獲取數(shù)據(jù)的信息感知層，通過智能設(shè)備及監(jiān)測(cè)傳感器采集車站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)信息，包括流量監(jiān)測(cè)傳感器、自動(dòng)售票設(shè)備以及各類設(shè)施設(shè)備傳感器等；中間層是數(shù)據(jù)處理層，包含了設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)以及既有廣播系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)等服務(wù)系統(tǒng)；頂層是數(shù)據(jù)綜合管理的應(yīng)用層，包含了車站運(yùn)行控制中心、智慧平臺(tái)以及移動(dòng)終端等管理系統(tǒng)。

3 智慧車站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

A 車站智慧車站采取統(tǒng)一的技術(shù)平臺(tái)建設(shè)，以保證系統(tǒng)的一致性、可維護(hù)性和可延續(xù)性。

所有子系統(tǒng)的架構(gòu)都分為5 層，由用戶交互層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用支撐層、數(shù)據(jù)資源層和基礎(chǔ)設(shè)施層組成。

3.1 乘客信息系統(tǒng)

A 車站有效站臺(tái)寬度為14m，有效站臺(tái)長度為118m，既有的導(dǎo)向主要分為動(dòng)態(tài)、靜態(tài)兩種。動(dòng)態(tài)導(dǎo)向設(shè)備主要為液晶電視，分布在站臺(tái)及服務(wù)中心兩側(cè)，主要用于顯示列車到發(fā)時(shí)間信息，但是由于顯示界面的廣告信息占用了太多篇幅，導(dǎo)致列車信息顯示不直觀；靜態(tài)導(dǎo)向設(shè)備主要為燈箱，用于顯示位置、線路及場(chǎng)所信息，但是由于不能根據(jù)作業(yè)場(chǎng)景及事件場(chǎng)景做聯(lián)動(dòng)引導(dǎo)，無法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)布局變化而靈活改變，給旅客出行帶來不便。

除此之外，目前導(dǎo)向設(shè)備的信息載體點(diǎn)位存在盲點(diǎn)，即遇到因特殊情況站內(nèi)工作安排發(fā)生變動(dòng)時(shí)，乘客不能及時(shí)獲取信息，影響了乘客出行體驗(yàn)。結(jié)合A 車站的實(shí)際現(xiàn)狀，通過4 種方式開展乘客信息系統(tǒng)建設(shè)工作，具體如下。

3.1.1 公告發(fā)布系統(tǒng)

建設(shè)公告發(fā)布系統(tǒng)，以針對(duì)缺少導(dǎo)向設(shè)備的信息載體點(diǎn)位問題。保持原有PIS 系統(tǒng)不變，新建的公告系統(tǒng)包括后臺(tái)管理平臺(tái)及前端設(shè)備終端，平臺(tái)可以獨(dú)立管理操作，也滿足將設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)等接入智慧車站統(tǒng)一平臺(tái)，接收智慧平臺(tái)的實(shí)時(shí)指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。此外，在關(guān)鍵點(diǎn)位和方便乘客了解公告信息的位置增設(shè)LED 屏，實(shí)現(xiàn)采用統(tǒng)一的管理平臺(tái)管理新增設(shè)備以及設(shè)備上的公告內(nèi)容。不僅能單獨(dú)對(duì)某個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行公告編輯、發(fā)布等管理工作，而且能同步管理左右點(diǎn)位的公告信息。

3.1.2 智能燈箱導(dǎo)向管理系統(tǒng)

A 車站現(xiàn)有燈箱共計(jì)179 個(gè)，且全部為靜態(tài)燈箱，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)無法感知更無法遠(yuǎn)程進(jìn)行控制操作，不能滿足智慧車站的建設(shè)需求。因此，建設(shè)智能燈箱導(dǎo)向管理系統(tǒng)，不僅能進(jìn)行狀態(tài)感知上報(bào)、與其它系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)預(yù)案關(guān)聯(lián)，而且能根據(jù)需求隨時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理，包括顯示內(nèi)容與版式效果等。

3.1.3 實(shí)景導(dǎo)向系統(tǒng)

靜態(tài)的地圖引導(dǎo)方式是將車站及各出口名稱標(biāo)識(shí)在地圖中，一般以英文字母與數(shù)字相結(jié)合，并以地理方位對(duì)地點(diǎn)進(jìn)行指示說明。乘客若是對(duì)于地理方向不敏感，此時(shí)靜態(tài)地圖引導(dǎo)方式將不能達(dá)到預(yù)期的引導(dǎo)效果，給乘客帶來較差的乘車體驗(yàn)。因此，在站廳層實(shí)施建設(shè)實(shí)景導(dǎo)向系統(tǒng)，該系統(tǒng)分為后臺(tái)管理系統(tǒng)及前端硬件，其中前端硬件包括實(shí)景采集硬件與實(shí)景+AR 顯示終端。具體內(nèi)容如下。

（1）在各個(gè)出站口分別安裝全景相機(jī)，用于采集實(shí)景。

（2）在付費(fèi)區(qū)（未出出站閘機(jī)）和非付費(fèi)區(qū)（進(jìn)站閘機(jī)前、出站閘機(jī)處）安裝4 套實(shí)景導(dǎo)向屏，用于向乘客顯示誘導(dǎo)信息。

（3）后臺(tái)管理系統(tǒng)主要進(jìn)行設(shè)備管理，處理采集的實(shí)景信息，同時(shí)將全景相機(jī)采集不到的信息用AR 增強(qiáng)的方式進(jìn)行處理，供前端展示使用。

3.1.4 站臺(tái)屏蔽門PIS 系統(tǒng)

新建的屏蔽門引導(dǎo)信息管理系統(tǒng)主要針對(duì)屏蔽門上方的乘客信息引導(dǎo)，該系統(tǒng)包括后臺(tái)管理平臺(tái)及前端顯示系統(tǒng)。管理平臺(tái)能獨(dú)立管理操作，接入相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以達(dá)到集中顯示功能，同時(shí)滿足將設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)等接入智慧車站統(tǒng)一平臺(tái)，可以接收智慧平臺(tái)的實(shí)時(shí)指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

3.2 智能安檢系統(tǒng)

城市軌道交通的安檢方式已逐步從最初的單機(jī)檢測(cè)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙δ軝z測(cè)模式，該模式是一種借助大數(shù)據(jù)、人工智能與物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)安檢聯(lián)網(wǎng)、防檢融合與智能分析等功能。

目前，A 車站安檢智能化、自動(dòng)化與精準(zhǔn)化仍存在許多業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，主要集中在安檢時(shí)由于乘客行李物品復(fù)雜，禁限帶品種類繁多，人工查驗(yàn)難以精準(zhǔn)識(shí)別，存在很大的安全隱患；同時(shí)A 車站日均客流約10 萬人次，車站周邊擁有學(xué)校、商圈及住宅，并配套10 余條公交線路，道路交通組織復(fù)雜，現(xiàn)有的人工檢查為主、設(shè)備檢測(cè)為輔的工作方式無法滿足公共安全和大客流通行效率的要求。此外，現(xiàn)有安檢設(shè)備多以單機(jī)工作形式為主，無法聯(lián)網(wǎng)管理，事后追溯工作難以開展，安檢數(shù)據(jù)價(jià)值尚未被挖掘和利用。

結(jié)合A 車站的實(shí)際問題，為了精簡安檢人員并提高車站通行效率，建設(shè)了智能安檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)由接入層、數(shù)據(jù)層與應(yīng)用層構(gòu)成，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 智能安檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）接入層：X 光安檢機(jī)采集過包視頻和包裹原始檢測(cè)數(shù)據(jù)，智能分析儀識(shí)別違禁品信息，測(cè)溫安檢門采集人臉、體溫、金屬等檢測(cè)數(shù)據(jù)，操作臺(tái)采集工作人員在離崗信息，復(fù)檢平臺(tái)采集開包檢查相關(guān)數(shù)據(jù)，完成復(fù)檢流程閉環(huán)。

（2）數(shù)據(jù)層：通過前端安檢設(shè)備信息采集功能，可完成對(duì)人員數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和上傳。

（3）應(yīng)用層：基于數(shù)據(jù)層所能提供的多維度數(shù)據(jù)，結(jié)合地鐵安檢業(yè)務(wù)需求，可實(shí)現(xiàn)針對(duì)人員管理、設(shè)備管理、事件管理等多個(gè)安檢業(yè)務(wù)應(yīng)用，全面提升地鐵安檢業(yè)務(wù)管理效率。

3.3 智慧運(yùn)行與運(yùn)營管理系統(tǒng)

智慧運(yùn)行與運(yùn)行管理系統(tǒng)是A 車站智慧車站建設(shè)的頂層系統(tǒng)，作為車站日常客運(yùn)生產(chǎn)組織、員工管理、應(yīng)急管理與資源管理調(diào)度的綜合指揮平臺(tái)。

該系統(tǒng)集成了車站日常生產(chǎn)所有系統(tǒng)的感知數(shù)據(jù)、設(shè)備健康數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)與人員屬性信息，并可對(duì)其它子系統(tǒng)或子模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程操作控制。系統(tǒng)以輕量級(jí)BIM 為基礎(chǔ)，建立三維交互平臺(tái)，綜合展示人員位置、客流密度分布、環(huán)控、消防和閘機(jī)等主要機(jī)電設(shè)備位置及檢測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)集中顯示報(bào)警數(shù)據(jù)及任務(wù)管理的整個(gè)閉環(huán)周期。

致力于建設(shè)“智能、聯(lián)網(wǎng)、融合、聯(lián)動(dòng)、智慧”的綜合指揮平臺(tái)，完成車站的日常運(yùn)營管理及應(yīng)急事件處置工作，系統(tǒng)建設(shè)效果如圖5 所示。

圖5 智慧運(yùn)行與運(yùn)營管理系統(tǒng)建設(shè)效果展示圖

3.4 超融合平臺(tái)建設(shè)模塊

A 車站智慧車站平臺(tái)的IT 架構(gòu)做為承載智慧平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施，如何做到快速部署、減少投入和靈活擴(kuò)展愈發(fā)重要。云計(jì)算可以提供可用的、便捷的、按需的資源，成為當(dāng)前IT 架構(gòu)建設(shè)的主流形態(tài)，許多新建系統(tǒng)都采用云模式進(jìn)行構(gòu)建，同時(shí)大量的現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)也逐漸向云計(jì)算模式進(jìn)行遷移。

A 車站智慧車站超融合平臺(tái)建設(shè)模塊部署了4節(jié)點(diǎn)超融合一體機(jī)，搭建軟件定義的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源池，將核心業(yè)務(wù)應(yīng)用遷移到超融合平臺(tái)運(yùn)行。其中管理超融合是通過自帶的一個(gè)超融合管理平臺(tái)，可對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和安全等資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括虛擬機(jī)、存儲(chǔ)等高級(jí)特性的配置。同時(shí)自帶大屏展示功能，用戶可以直觀了解超融合集群的資源利用情況，也可以靈活定制、監(jiān)控業(yè)務(wù)虛擬機(jī)狀態(tài)，系統(tǒng)建設(shè)效果如圖6 所示。

圖6 管理超融合平臺(tái)建設(shè)效果展示圖

4 結(jié)論

智慧車站建設(shè)是運(yùn)用新興信息技術(shù)與傳統(tǒng)車站管理辦法相融合的創(chuàng)新工作，順應(yīng)了軌道交通行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。本文選擇了具有典型特征的車站，并對(duì)其進(jìn)行了智能化建設(shè)實(shí)踐研究。通過分析地鐵車站面向乘客出行和面向車站管理的具體作業(yè)內(nèi)容，提出了“統(tǒng)一平臺(tái)+兩個(gè)主題+三層架構(gòu)”的智慧車站運(yùn)行管理模式，整理出智慧車站總體架構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)中的乘客信息系統(tǒng)、智能安檢系統(tǒng)、智慧運(yùn)行與運(yùn)營管理系統(tǒng)與超融合平臺(tái)建設(shè)模塊的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。研究結(jié)果表明，智慧車站建設(shè)可有效提升車站信息化與智能化水平，提高車站運(yùn)營管理效率。本研究為城市軌道交通智慧車站提供了新的建設(shè)思路，有一定的工程指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。