葉年發(fā) 楊 崗 嚴(yán) 瑾 程智源

(1. 中國(guó)鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院有限公司， 北京100038；2.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司， 成都 610031)

近年來(lái)隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)逐漸邁向技術(shù)與產(chǎn)業(yè)深度融合的智能化社會(huì)，各行各業(yè)都開(kāi)啟了運(yùn)用高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造的進(jìn)程，催生了智慧機(jī)場(chǎng)、智能交通、智慧工廠、智慧物流、智能樓宇等多行業(yè)的智能化建設(shè)[1]。

鐵路旅客車站作為鐵路與旅客的交互窗口，具有非常重要的地位。隨著新技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)優(yōu)化需求的激增，智能車站的概念應(yīng)運(yùn)而生，如何構(gòu)建智能旅客車站是未來(lái)鐵路發(fā)展的重要研究課題[2-3]。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于智能旅客車站都進(jìn)行了一定的研究和應(yīng)用，法國(guó)鐵路公司通過(guò)在大型客運(yùn)站設(shè)置信息服務(wù)中心，實(shí)現(xiàn)了各信息子系統(tǒng)之間的信息共享，有效提高了生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量[4-5]；德國(guó)鐵路公司提出了鐵路4.0規(guī)劃，通過(guò)APP優(yōu)化乘客購(gòu)票、換乘體驗(yàn)以及故障設(shè)施的自動(dòng)診斷和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)了車站旅客服務(wù)與管理系統(tǒng)的一體化管理[6-7]；日本鐵路公司開(kāi)發(fā)了面向旅客服務(wù)的車站綜合服務(wù)信息系統(tǒng)CyberStation，與新干線運(yùn)行管理系統(tǒng)和客票發(fā)售系統(tǒng)互聯(lián)互通，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)地向旅客提供各類信息服務(wù)[8-9]；瑞士聯(lián)邦鐵路公司將擴(kuò)展車站數(shù)字服務(wù)視為一項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)，與谷歌、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院等合作伙伴共同開(kāi)展車站數(shù)字化建設(shè)研發(fā)工作[10]；我國(guó)對(duì)于智能車站的研究走在世界前列，目前已基本實(shí)現(xiàn)了自助化旅客服務(wù)，特別是近期的智能京張、智能京雄等工程，將智能車站的研究引入了新的發(fā)展階段，取得了矚目的成就。

綜上所述，鐵路旅客車站智能化發(fā)展是大勢(shì)所趨，本文將對(duì)智能車站的系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行剖析，提出系統(tǒng)架構(gòu)，并對(duì)智能化具體功能進(jìn)行構(gòu)想，對(duì)智能車站的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，對(duì)構(gòu)建信息系統(tǒng)高度集成、數(shù)據(jù)信息充分共享、設(shè)備設(shè)施協(xié)同聯(lián)動(dòng)、技術(shù)業(yè)務(wù)深度融合的智能車站研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 智能車站系統(tǒng)構(gòu)成

智能車站系統(tǒng)采用“一個(gè)核心，三大領(lǐng)域”進(jìn)行架構(gòu)，即以鐵路智能大腦平臺(tái)為核心，采用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、BIM等新技術(shù)，建設(shè)各類信息化和智能化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)建造智能化、設(shè)備智能化、運(yùn)營(yíng)智能化的目標(biāo)，滿足勘察、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)全生命周期的智能應(yīng)用需求。智能客站大腦是鐵路智能大腦的重要組成部分,系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能車站系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1 鐵路智能大腦平臺(tái)

鐵路智能大腦平臺(tái)作為鐵路智能車站的核心，提供平臺(tái)、數(shù)據(jù)和計(jì)算功能，在此基礎(chǔ)上建設(shè)各專業(yè)領(lǐng)域的智能應(yīng)用。鐵路智能大腦平臺(tái)統(tǒng)一處理車站各專業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，為智能建造、智能設(shè)備、智能運(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域的智能應(yīng)用提供決策支持。

鐵路智能大腦平臺(tái)利用中國(guó)鐵路主數(shù)據(jù)中心相關(guān)資源，由基礎(chǔ)服務(wù)平臺(tái)、大數(shù)據(jù)資源池、智能計(jì)算三大部分構(gòu)成，平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。通過(guò)搭建生產(chǎn)組織、安全卡控、應(yīng)急處置、設(shè)備監(jiān)控、服務(wù)旅客五大業(yè)務(wù)版塊，以“系統(tǒng)智能”為引擎，利用模型化、自動(dòng)化、智能化的手段對(duì)車站運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理業(yè)務(wù)和服務(wù)進(jìn)行模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)鐵路旅客車站運(yùn)營(yíng)維護(hù)可視化、設(shè)備管理智能化，保障車站所有設(shè)備、設(shè)施、系統(tǒng)、人員、作業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖2 智能大腦平臺(tái)架構(gòu)圖

1.2 鐵路車站智能建造

通過(guò)運(yùn)用多項(xiàng)技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)鐵路旅客車站相關(guān)專業(yè)的勘察設(shè)計(jì)、建造施工等過(guò)程的“智能化”、“信息化”管理，全面提高生產(chǎn)、管理效率。如基于BIM的鐵路車站建設(shè)管理系統(tǒng)和智能化輔助施工系統(tǒng)等。

基于BIM的鐵路車站建設(shè)管理平臺(tái)借助智能大腦平臺(tái)所提供的應(yīng)用服務(wù)和全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)旅客車站的勘察、設(shè)計(jì)、工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、投資、環(huán)境等建設(shè)管理目標(biāo)的全過(guò)程、全要素、全生命周期精細(xì)化管控，包括施工工藝工法仿真模擬、工程質(zhì)量監(jiān)督反饋、進(jìn)度推演預(yù)警、三維作業(yè)指導(dǎo)、材料設(shè)備精密診斷、設(shè)計(jì)仿真分析、設(shè)計(jì)復(fù)核、工程方案選擇等。根據(jù)需要選取BIM設(shè)計(jì)的工程范圍，為施工與運(yùn)維的信息化管理提供信息載體模型。

智能化輔助施工系統(tǒng)綜合應(yīng)用新一代智能化技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)感知、協(xié)同互動(dòng)、自主學(xué)習(xí)和智能決策等手段，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的透明化、可視化、智能化管理，提高施工的精細(xì)度、質(zhì)量、工藝、效率，形成和諧共生的工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境[11]。

1.3 鐵路車站智能設(shè)備

智能設(shè)備基于人工智能、大數(shù)據(jù)以及故障預(yù)測(cè)與健康管理等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)車站設(shè)備設(shè)施全自動(dòng)、全天候、可預(yù)判的自我感知、自我診斷、自我決策、自我適應(yīng)等自主處理能力，包括智能旅客服務(wù)信息系統(tǒng)、智能消防系統(tǒng)、智能建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等。圍繞客運(yùn)車站內(nèi)的設(shè)施設(shè)備，運(yùn)用感知與智慧等技術(shù)手段，以鐵路技術(shù)設(shè)備的智慧化為目標(biāo)，提高對(duì)車站安全的分析掌控能力和運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率。

智能旅客服務(wù)信息系統(tǒng)使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)旅客服務(wù)設(shè)備進(jìn)行全面智能化集中管控，實(shí)現(xiàn)客運(yùn)廣播、綜合顯示、視頻監(jiān)控、時(shí)鐘等子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制與信息交互，為車站安全、高效的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理提供自動(dòng)化手段，通過(guò)及時(shí)、準(zhǔn)確、完整的信息篩選與分析，提高服務(wù)質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本。智能消防系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，構(gòu)建包含遠(yuǎn)程控制、消防管理、應(yīng)急處置、安全評(píng)估功能的智能消防系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)感知、精準(zhǔn)防控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、災(zāi)情處置等功能，有效加強(qiáng)消防設(shè)施監(jiān)管，落實(shí)消防職責(zé)，預(yù)防災(zāi)害事故。智能建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要包含客運(yùn)專用設(shè)備(含電扶梯等)、空調(diào)、給排水、照明、動(dòng)環(huán)等各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化運(yùn)維管理與聯(lián)動(dòng)、設(shè)備能耗監(jiān)控與分析等功能，可有效提高設(shè)備壽命、降低設(shè)備故障率，便于管理，有效節(jié)能。

1.4 鐵路車站智能運(yùn)營(yíng)

智能運(yùn)營(yíng)包括智能客票系統(tǒng)、智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管理平臺(tái)、站城一體化綜合交通樞紐智能平臺(tái)等，通過(guò)各種智能運(yùn)營(yíng)技術(shù)，全方位保障車站高效運(yùn)營(yíng)和生產(chǎn)安全，也為旅客舒適出行提供了技術(shù)支撐。

智能客票系統(tǒng)通過(guò)拓展空鐵聯(lián)程票、常旅客優(yōu)惠票等多種票式，實(shí)現(xiàn)全面電子客票、無(wú)感進(jìn)出站檢票等多種手段，增加旅客購(gòu)票的便捷性，引導(dǎo)旅客智能出行。

智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)按照旅客服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全應(yīng)急、綠色節(jié)能四大板塊，利用鐵路智能大腦平臺(tái)提供的軟硬件資源，從鐵路相關(guān)系統(tǒng)獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和再利用，實(shí)現(xiàn)智能旅客服務(wù)、智能生產(chǎn)組織、設(shè)備智能管理、風(fēng)險(xiǎn)智能預(yù)警等功能，進(jìn)一步提高智能車站的智能化和集成化水平[12]。智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。

站城一體化綜合交通樞紐智能平臺(tái)立足于城市格局，充分考慮城市環(huán)境布局、人文場(chǎng)所協(xié)調(diào)，將鐵路、地鐵、公交、商業(yè)區(qū)、停車場(chǎng)等各類機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)信息共享、挖掘、有效融合，更加高效地利用綜合體內(nèi)的各類資源發(fā)布信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)力需求提前預(yù)測(cè)、運(yùn)力資源智能調(diào)配、需求預(yù)測(cè)提前感知等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合體內(nèi)各類區(qū)域作業(yè)、人員、設(shè)備狀態(tài)、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的綜合管理，并完成對(duì)應(yīng)急事件的聯(lián)動(dòng)處置，滿足各業(yè)務(wù)單位運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求，滿足旅客多樣化需求，為旅客提供舒適的出行、購(gòu)物、休閑環(huán)境。同時(shí)，使鐵路交通樞紐與城市交通體系結(jié)合得更加緊密，為旅客提供更準(zhǔn)確的交通數(shù)據(jù)、更及時(shí)的交通路況信息，提高換乘效率。站城一體化綜合交通樞紐智能平臺(tái)如圖4所示。

2 智能化功能

基于“一個(gè)核心，三大領(lǐng)域”構(gòu)建的智能車站系統(tǒng)，可從出行服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障三個(gè)方面進(jìn)行智能化建設(shè)，本文將介紹旅客車站智能化的主要功能，并通過(guò)與現(xiàn)有系統(tǒng)或技術(shù)的對(duì)比分析，提出車站智能化建設(shè)的發(fā)展方向。

2.1 智能出行服務(wù)

將新技術(shù)應(yīng)用到旅客車站智能出行服務(wù)中，實(shí)時(shí)收集旅客對(duì)車站服務(wù)的用戶評(píng)價(jià)、調(diào)查反饋等信息，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，將新技術(shù)與旅客的實(shí)際需求相結(jié)合，優(yōu)化客運(yùn)服務(wù)流程和服務(wù)設(shè)施設(shè)置方案，從而提高用戶的滿意度。從購(gòu)票服務(wù)、進(jìn)站服務(wù)、檢票乘車、出站換乘、延伸服務(wù)等多個(gè)方面為旅客提供個(gè)性化、人性化的智能出行服務(wù)，全面提高旅客的出行體驗(yàn)。對(duì)比目前的旅客出行服務(wù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能出行的預(yù)期目標(biāo)如表1所示。

2.2 智能生產(chǎn)組織

將新技術(shù)應(yīng)用到旅客車站的生產(chǎn)組織中，優(yōu)化生產(chǎn)組織流程和相關(guān)設(shè)施，采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能運(yùn)維、工程動(dòng)態(tài)監(jiān)控、設(shè)備全生命周期管理等智能生產(chǎn)組織手段，有效提升生產(chǎn)組織效率，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。對(duì)比目前車站的生產(chǎn)組織建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能生產(chǎn)組織預(yù)期如表2所示。

2.3 智能安全保障

將新技術(shù)應(yīng)用到車站安全保障中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、自動(dòng)預(yù)警、安全疏散和輔助決策，有效保障旅客安全。對(duì)比目前車站的安全保障建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能化建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)如表3所示。

圖3 智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖4 站城一體化綜合交通樞紐智能平臺(tái)圖

3 發(fā)展趨勢(shì)

智能車站的發(fā)展依托大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、BIM、人工智能等多種新技術(shù)，通過(guò)新興技術(shù)的綜合應(yīng)用、集成創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)智能車站的整體目標(biāo)。

3.1 新技術(shù)應(yīng)用

(1)大數(shù)據(jù)

智能車站系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、關(guān)聯(lián)與分析，對(duì)旅客信息、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全方位大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)預(yù)警、輔助決策、設(shè)備全生命周期管理等功能，從高效運(yùn)行、安全可靠、綠色節(jié)能等方面建立評(píng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)智能車站系統(tǒng)的高效運(yùn)行和科學(xué)管理。

(2)人工智能

通過(guò)深度學(xué)習(xí)、邊緣計(jì)算等人工智能技術(shù)，對(duì)車站重點(diǎn)區(qū)域的前端設(shè)備進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)基于人臉識(shí)別的自助實(shí)名制核驗(yàn)系統(tǒng)、客流趨勢(shì)監(jiān)控、客流分析預(yù)警等功能，提供更加智能的候車服務(wù)，優(yōu)化客運(yùn)組織流程。

(3)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)以及各種信息傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)、激光掃描裝置和技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)所有能夠被尋址的物理對(duì)象互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)對(duì)車站設(shè)備的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

(4)云平臺(tái)

采用虛擬化、分布式存儲(chǔ)、網(wǎng)格等技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源整合在一起，集合協(xié)同工作構(gòu)成共享存儲(chǔ)資源池，通過(guò)構(gòu)建云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心，提供高性能、高可靠、不間斷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)處理等功能的系統(tǒng)服務(wù)。

表1 智能出行技術(shù)分析表

表2 智能生產(chǎn)組織技術(shù)分析表

表3 智能安全保障技術(shù)分析表

(5)BIM

結(jié)合 BIM 和地理信息系統(tǒng)(GIS)的優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)旅客車站工程建設(shè)過(guò)程的三維可視化應(yīng)用，對(duì)項(xiàng)目信息進(jìn)行高效采集、存儲(chǔ)、傳輸、檢索、處理、計(jì)算等，提高項(xiàng)目管理效率。在建設(shè)階段，實(shí)現(xiàn)對(duì)勘察、設(shè)計(jì)、工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、投資、環(huán)境等建設(shè)管理目標(biāo)的全過(guò)程、全要素精細(xì)化管控。在運(yùn)維階段，實(shí)現(xiàn)具有可視化遠(yuǎn)程沉浸式特點(diǎn)的運(yùn)維管理模式。

(6)生物識(shí)別

采用圖像及語(yǔ)言處理、視頻智能分析等多種技術(shù)，對(duì)旅客的指紋、聲音、虹膜、臉形、步態(tài)等生物特征進(jìn)行識(shí)別，將識(shí)別結(jié)果與旅客購(gòu)票信息、身份信息以及公安部門(mén)的黑名單進(jìn)行對(duì)照分析，保障已購(gòu)票旅客的正常安全出行，并對(duì)異常旅客進(jìn)行追蹤和預(yù)警。

3.2 智能車站預(yù)期成效

基于以上新技術(shù)構(gòu)建的智能車站系統(tǒng)，通過(guò)鐵路智能大腦平臺(tái)，對(duì)旅客服務(wù)、客運(yùn)管理、設(shè)備管理和客站應(yīng)急指揮等應(yīng)用進(jìn)行深度集成，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)、界面和用戶的深度融合，實(shí)現(xiàn)旅客便捷出行、自助服務(wù)、安全保障、生產(chǎn)組織、綠色節(jié)能的全方位智能化。

(1)旅客無(wú)障礙便捷出行

通過(guò)將新技術(shù)與旅客的實(shí)際需求相結(jié)合，優(yōu)化客運(yùn)服務(wù)流程和服務(wù)設(shè)施，從購(gòu)票服務(wù)、進(jìn)站服務(wù)、檢票乘車、出站換乘、延伸服務(wù)等多個(gè)方面為旅客提供智能出行服務(wù)，有效提高旅客出行效率。

(2)人性化無(wú)縫自助服務(wù)

通過(guò)基于AR的站內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)、智能引導(dǎo)服務(wù)機(jī)器人、環(huán)境舒適度監(jiān)控、信息咨詢APP、延伸服務(wù)等功能，為旅客提供人性化自助服務(wù)。

(3)車站安全實(shí)時(shí)監(jiān)控

通過(guò)對(duì)站內(nèi)環(huán)境質(zhì)量分析、聚集密度分析、異常行為分析等功能，對(duì)客站設(shè)備進(jìn)行智能監(jiān)控，依據(jù)客運(yùn)生產(chǎn)組織需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和設(shè)備的安全要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析與預(yù)警，做到事先預(yù)警、快速處置，有效保障旅客安全。

(4)生產(chǎn)高效組織

通過(guò)應(yīng)用新技術(shù)到旅客車站生產(chǎn)組織中，優(yōu)化生產(chǎn)組織流程和相關(guān)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能運(yùn)維、工程動(dòng)態(tài)監(jiān)控等智能生產(chǎn)組織手段，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)全流程可視化，有效提升生產(chǎn)組織效率，降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

(5)全面綠色節(jié)能

利用新技術(shù)對(duì)車站用能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、報(bào)警，構(gòu)建車站智能設(shè)備能耗監(jiān)控與分析系統(tǒng)，為車站耗能管理提供決策依據(jù)，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的節(jié)能管理，有效降低車站的能源消耗，實(shí)現(xiàn)全面綠色節(jié)能。

4 結(jié)論

本文提出了智能車站“一個(gè)核心、三大領(lǐng)域”的系統(tǒng)構(gòu)成，從智能出行服務(wù)、智能生產(chǎn)組織、智能安全保障三個(gè)方面，對(duì)比分析了智能車站的業(yè)務(wù)功能，進(jìn)一步研究和探索了智能車站系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，可為鐵路智能車站系統(tǒng)的建設(shè)提供借鑒。