馬一博 錢錕 劉韋良 鐘銳楠 張躍瀧

摘 要：車站是組成城市軌道交通的基本單元，智慧車站是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通智慧化的基礎(chǔ)。車站智慧化是以運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維、服務(wù)三大主體對(duì)象作為研究方向，探索應(yīng)用新一代設(shè)施設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境自動(dòng)化感知、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、三維等技術(shù)，并增強(qiáng)與各專業(yè)的接口，以對(duì)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并用信息組團(tuán)、數(shù)據(jù)可視化的方法進(jìn)行決策輔助展示。智慧車站是以運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，新技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，包含智慧運(yùn)營(yíng)、智慧運(yùn)維、智慧服務(wù)三大方面。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;智慧車站;智慧運(yùn)營(yíng);智慧運(yùn)維;智慧服務(wù)

中圖分類號(hào)：U231.4;TP399

智慧城軌是當(dāng)前的發(fā)展熱點(diǎn)。智慧車站是智慧城軌的重要組成部分。又因車站服務(wù)于乘客、運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維，所以車站智慧化作為一個(gè)全新的課題，須以車站對(duì)象為抓手：面向運(yùn)營(yíng)，提升客運(yùn)組織管理能力，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理更安全、更高效;面向運(yùn)維，提升系統(tǒng)預(yù)警和應(yīng)急能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定、更可靠;面向乘客，提升服務(wù)乘客能力，實(shí)現(xiàn)乘客服務(wù)體驗(yàn)更便捷、更舒適。因此，智慧運(yùn)營(yíng)、智慧運(yùn)維、智慧服務(wù)是智慧車站建設(shè)中值得探討的問(wèn)題。

1 城軌車站現(xiàn)狀

城軌車站是城軌運(yùn)輸服務(wù)的主要節(jié)點(diǎn)，涉及三大人群：①客運(yùn)人員，負(fù)責(zé)客運(yùn)組織與管理;②維護(hù)人員，負(fù)責(zé)設(shè)備維修與維保;③乘客，接受城軌服務(wù)。以人為本是車站智慧化的最終目標(biāo)和根本落腳點(diǎn)。但當(dāng)前車站現(xiàn)狀還存在較多問(wèn)題。

1.1 客運(yùn)管理方面

目前，車站客運(yùn)管理及布崗（包括外來(lái)人員登記、信息化布崗、任務(wù)派發(fā)、設(shè)施設(shè)備操作監(jiān)督、行車管理操作監(jiān)督、乘客服務(wù)響應(yīng)監(jiān)督、工作效能評(píng)定等）仍然主要依靠紙質(zhì)化文件，存在數(shù)據(jù)遺漏、登記錯(cuò)誤、資料丟失等情況，不僅給車站運(yùn)營(yíng)人員帶來(lái)繁重的負(fù)擔(dān)，還容易導(dǎo)致管理工作的缺失。同時(shí)，客運(yùn)人員在處理車站事務(wù)時(shí)，是有固定的場(chǎng)景和特定預(yù)案的，且常常需要機(jī)電設(shè)備協(xié)同處理，而目前設(shè)備系統(tǒng)各自獨(dú)立，導(dǎo)致協(xié)同性和及時(shí)性方面存在很大的不足。因此，探索設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（如綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)（FAS）、門禁管理系統(tǒng)（ACS）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、廣播系統(tǒng)（PA）、乘客信息系統(tǒng)（PIS）等）和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)（如人員管理、訪客管理、工單管理等）的融合，重定義客運(yùn)組織管理新模式，是智慧運(yùn)營(yíng)的重要方向。

1.2 設(shè)備運(yùn)維方面

目前，車站設(shè)備維修采用的是報(bào)修和定修的方式。報(bào)修是設(shè)備故障后，先上報(bào)生產(chǎn)調(diào)度，再安排維修工班維修，然后由生產(chǎn)調(diào)度上報(bào)維修完成情況，最終以臺(tái)賬的形式記錄。定修則是按照設(shè)備維護(hù)章程進(jìn)行定期的月檢、季檢、年檢。定修按固定時(shí)間表，因此，一定有部分設(shè)備存在過(guò)度檢查，造成人力物力的浪費(fèi)。而且作為預(yù)防性檢修，定修的檢查針對(duì)性較差，存在檢查盲點(diǎn)。

探索設(shè)備感知和故障預(yù)警，對(duì)設(shè)備設(shè)施全生命周期進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，建立設(shè)備管理和運(yùn)維的綜合管理體系，使運(yùn)維更加科學(xué)高效，是智慧運(yùn)維的主要手段。

1.3 乘客服務(wù)方面

在地鐵車站，乘客對(duì)于空氣質(zhì)量、溫度和濕度、車站照明以及環(huán)境聲音僅是感性和模糊的感受，而沒(méi)有直觀的數(shù)據(jù)化認(rèn)知。在出行規(guī)劃查詢方面，沒(méi)有實(shí)時(shí)信息提示，更沒(méi)有歷史規(guī)律數(shù)據(jù)參考，導(dǎo)致部分車站在個(gè)別時(shí)刻人群擁擠嚴(yán)重，甚至威脅著公共安全。在出行支付方面，傳統(tǒng)車站單程票、城市交通卡支付的比例已經(jīng)明顯下降，二維碼、人臉支付等電子支付方式不斷增加，快捷支付、高效運(yùn)轉(zhuǎn)亟待解決。在導(dǎo)向辨識(shí)方面，物理的導(dǎo)向標(biāo)識(shí)固定不變，信息內(nèi)容單一，更新慢，在大的人流量中不容易辨識(shí)。

探索新技術(shù)的應(yīng)用，提升乘客的車站環(huán)境感知、出行規(guī)劃、便捷支付、導(dǎo)向辨識(shí)，是實(shí)現(xiàn)智慧服務(wù)的重要方向。

2 基于綜合監(jiān)控的智慧車站解決方案

2.1 全面增強(qiáng)信息感知

綜合監(jiān)控系統(tǒng)掌握了大量的設(shè)備、環(huán)境數(shù)據(jù)。但傳統(tǒng)綜合監(jiān)控是以機(jī)電設(shè)備為對(duì)象和目標(biāo)進(jìn)行管理的，在客運(yùn)組織與管理、設(shè)備維修與預(yù)警、乘客服務(wù)引導(dǎo)等方面存在不足。因此，可以在綜合監(jiān)控系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行擴(kuò)展和增強(qiáng)，將機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效信息，再利用這些有效信息形成決策支持，從而為車站管理賦能，為車站智慧賦能。

在車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增強(qiáng)子系統(tǒng)接口功能，將客流監(jiān)測(cè)、一體式環(huán)境監(jiān)測(cè)、扶梯遠(yuǎn)程監(jiān)控等數(shù)據(jù)納入監(jiān)控范圍;新增狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)管控、自動(dòng)運(yùn)行、智能診斷等場(chǎng)景聯(lián)動(dòng);新增人員管理、設(shè)備管家、無(wú)線單兵系統(tǒng);同時(shí)共享地鐵“智慧大腦”線網(wǎng)中心大數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)。在豐富數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和車站服務(wù)的立體化模型，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智慧化分析，通過(guò)信息組團(tuán)和綜合看板展示出最關(guān)鍵和有效的信息，幫助車站安全、有序、合理、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

智慧車站需要增強(qiáng)的各專業(yè)接口：

（1）BAS專業(yè)增強(qiáng)扶梯、出入口卷簾門控制、消防壓力表、電動(dòng)蝶閥、消防液位、空氣質(zhì)量、異味探測(cè)器等傳感器感知;

（2）FAS專業(yè)增加火災(zāi)預(yù)案展示;

（3）ACS專業(yè)增強(qiáng)人員打卡管理，巡更接口;

（4）PIS專業(yè)增強(qiáng)一鍵喚醒和一鍵休眠，展示列車擁擠度及車站環(huán)境;

（5）CCTV專業(yè)增強(qiáng)視頻分析，包含站臺(tái)客流密度分析、異常行為分析、扶梯逆行監(jiān)測(cè)分析、隔欄遞物分析、異常闖入實(shí)時(shí)提示、物品遺留分析、人員跌倒提醒、客流受阻分析、輪椅人員提醒等;

（6）站臺(tái)屏蔽門（PSD）專業(yè)增強(qiáng)一鍵自檢、電磁鎖健康度預(yù)警;

（7）自動(dòng)售檢票（AFC）專業(yè)增強(qiáng)1 min進(jìn)出站統(tǒng)計(jì)，AFC一鍵開(kāi)站和關(guān)站，智能客服;

（8）新增無(wú)線接入點(diǎn)（AP）、安檢系統(tǒng)、能源管理、辦公室自動(dòng)化（OA）、線網(wǎng)指揮中心（NCC）接口;

（9）新增人臉識(shí)別、人證識(shí)別、統(tǒng)一用戶、手機(jī)嗅探客流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)

智慧車站對(duì)各種要素（人、設(shè)備、環(huán)境）進(jìn)行全面感知、泛在互聯(lián)、協(xié)同運(yùn)行。智慧車站綜合運(yùn)管平臺(tái)相比于傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控平臺(tái)，服務(wù)器根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用通過(guò)虛擬化技術(shù)對(duì)資源進(jìn)行彈性分配與部署。網(wǎng)絡(luò)將“物聯(lián)網(wǎng)、生產(chǎn)網(wǎng)、辦公網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)”四網(wǎng)融合，并規(guī)范信息安全。業(yè)務(wù)應(yīng)用結(jié)合大數(shù)據(jù)優(yōu)化客運(yùn)組織相關(guān)業(yè)務(wù)，使用節(jié)能人工智能（AI）算法提升車站節(jié)能降耗水平，基于機(jī)器學(xué)習(xí)（C4.5決策樹(shù)）提升設(shè)備運(yùn)維能力。系統(tǒng)架構(gòu)為：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)融合層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)展示層（圖1）。

數(shù)據(jù)采集層：除了既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)（包括車站風(fēng)、水、電、通信、扶梯、閘機(jī)等各類機(jī)電設(shè)施設(shè)備）狀態(tài)信息采集，新增人員、環(huán)境、客流參數(shù)等現(xiàn)場(chǎng)采集信息。

數(shù)據(jù)處理層：通過(guò)數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)隔離等功能實(shí)現(xiàn)與相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層涉及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和文檔庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)處理并存儲(chǔ)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)處理并存儲(chǔ)業(yè)務(wù)關(guān)系數(shù)據(jù);歷史數(shù)據(jù)庫(kù)包括歷史客流數(shù)據(jù)、歷史預(yù)案執(zhí)行數(shù)據(jù)、歷史設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)等;文件存儲(chǔ)包含視頻文件、圖片、word文檔等。

數(shù)據(jù)融合層：針對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，對(duì)于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)挖掘。

數(shù)據(jù)應(yīng)用層：包括既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、乘客服務(wù)系統(tǒng)等，新增智慧車站的狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)管控、自動(dòng)運(yùn)行和智能診斷等功能。

數(shù)據(jù)展示層：向用戶可視化展示智慧車站的各類應(yīng)用，主要通過(guò)信息組團(tuán)和車站三維方式在工作站、乘客顯示終端以及CCTV監(jiān)視屏等中展示。

3 智慧車站的功能設(shè)計(jì)

智慧車站包括智慧運(yùn)營(yíng)、智慧運(yùn)維、智慧服務(wù)三大功能模塊（圖2）。

3.1 智慧運(yùn)營(yíng)

智慧運(yùn)營(yíng)以客運(yùn)業(yè)務(wù)為對(duì)象，對(duì)車站設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)進(jìn)行融合，在綜合監(jiān)控的基礎(chǔ)上，對(duì)車站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織，定義了包含場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、綜合看板、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通風(fēng)空調(diào)節(jié)能監(jiān)控、能源管理、智慧水務(wù)、智慧消防、智慧安防八大類型。

（1）場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)一鍵開(kāi)/關(guān)站、一鍵自檢、客流高峰、突發(fā)大客流、災(zāi)害聯(lián)動(dòng)、故障聯(lián)動(dòng)、人臉聯(lián)動(dòng)、節(jié)能聯(lián)動(dòng)、輔助決策等九大業(yè)務(wù)場(chǎng)景。當(dāng)場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)條件觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)推送和提示運(yùn)營(yíng)，并實(shí)現(xiàn)多專業(yè)自動(dòng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，提高運(yùn)營(yíng)處置能力。

（2）綜合看板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化和信息組團(tuán)，應(yīng)用曲線圖、棒圖、餅圖等數(shù)據(jù)可視分析組件直觀向車站運(yùn)管人員展示車站客運(yùn)管理、設(shè)備運(yùn)管的整體情況。

（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)車站站廳、站臺(tái)、衛(wèi)生間、各出入口、重要設(shè)備機(jī)房及端門出口等指定區(qū)域的空氣質(zhì)量（溫度和濕度、二氧化碳濃度及PM10等）進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，分析車站環(huán)境變化狀況。

（4）通風(fēng)空調(diào)節(jié)能監(jiān)控是節(jié)能AI算法，進(jìn)行節(jié)能控制和調(diào)節(jié)，同時(shí)面向廣大乘客展示地鐵車站綠色節(jié)能的環(huán)保理念。

（5）能源管理實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)用電、主要設(shè)備用電以及環(huán)比統(tǒng)計(jì)。

（6）智慧水務(wù)分析各生產(chǎn)、生活環(huán)節(jié)水量（用水量、排水量、廢水量），對(duì)比每天、每周、每月、每年的數(shù)據(jù)，形成相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)記錄。

（7）智慧消防實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備設(shè)施信息統(tǒng)一展示。

（8）智慧安防實(shí)現(xiàn)安防子系統(tǒng)綜合展示與聯(lián)動(dòng)。

系統(tǒng)界面應(yīng)用如圖3所示。

3.2 智慧運(yùn)維

智慧運(yùn)維是以設(shè)備為對(duì)象，建立設(shè)備設(shè)施感知和故障預(yù)警的全生命周期監(jiān)測(cè)管理體系，包含人員管理、設(shè)備管家、無(wú)線單兵、統(tǒng)一用戶四大模塊。

（1）人員管理實(shí)現(xiàn)人員智能排班、電子任務(wù)表單以及巡更任務(wù)等功能。

（2）設(shè)備管家對(duì)車站重點(diǎn)設(shè)備建立設(shè)備專家系統(tǒng)，其具有維修支持、三維可視化分析、維護(hù)管理、綜合智能分析功能。對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)、故障累計(jì)次數(shù)、正常運(yùn)行時(shí)間、維修記錄（照片或視頻）和歷史事件進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修管理和預(yù)警。

（3）無(wú)線單兵系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車控室人員與現(xiàn)場(chǎng)人員的實(shí)時(shí)溝通。單兵終端實(shí)現(xiàn)兩大類功能：①實(shí)時(shí)視頻回傳、實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽、公網(wǎng)對(duì)講、拍照、錄音、錄像、實(shí)時(shí)定位、文件檢索功能;②定制巡更任務(wù)執(zhí)行、設(shè)備維護(hù)任務(wù)執(zhí)行業(yè)務(wù)類功能。

（4）統(tǒng)一用戶登錄系統(tǒng)是集賬號(hào)管理、認(rèn)證管理、授權(quán)管理和操作審計(jì)于一體的統(tǒng)一安全管理模塊，包含應(yīng)用管理、角色管理、群組管理、部門管理、用戶管理、訪問(wèn)限制、操作審計(jì)、個(gè)人中心和參數(shù)設(shè)置等功能模塊。

3.3 智慧服務(wù)

智慧服務(wù)是從信息服務(wù)、智慧引導(dǎo)、客流分析方面提升乘客服務(wù)能力（圖4）。

（1）信息服務(wù)是將線網(wǎng)數(shù)據(jù)中心換乘方案（少換乘、更舒適、更省時(shí)）拓展到智慧車站應(yīng)用。

（2）智慧引導(dǎo)通過(guò)列車車廂擁擠度實(shí)時(shí)展示，提示乘客選擇舒適車廂乘車。

（3）智慧車站通過(guò)手機(jī)嗅探系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握出入口、站廳、站臺(tái)客流情況，對(duì)乘客進(jìn)行實(shí)時(shí)引導(dǎo)，尤其是大客流和突發(fā)大客流情況下的客流引導(dǎo)。同時(shí)，智慧車站將與線網(wǎng)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，采取對(duì)應(yīng)的客流管控措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

智慧車站還屬于新生事物，是基于綜合監(jiān)控，以智慧運(yùn)營(yíng)、智慧運(yùn)維、智慧服務(wù)為突破口的智慧車站整體解決方案，能夠滿足當(dāng)前階段的運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維和乘客需求，在工程上和技術(shù)上也具備良好的可行性，希望能對(duì)城軌智慧化建設(shè)提供參考和借鑒。

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收稿日期 2020-08-12

責(zé)任編輯 冒一平