羅 慧 王建文 耿 杰 鐘銳楠

截止2019 年底，西安市已開通5 條地鐵線路，目前日平均客流量達(dá)到270 萬乘次，周一、周五日平均客流量超過300 萬乘次［1］。至2021 年底，西安將建成并開通9 條線路，遠(yuǎn)景規(guī)劃將建成20 余條線路，總里程1 000 余公里的地鐵線網(wǎng)。為了滿足西安地鐵線路網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營需求，適應(yīng)西安城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展的需要，西安地鐵近年以實(shí)現(xiàn)智慧地鐵為目標(biāo)，致力于實(shí)現(xiàn)更安全的運(yùn)營、更高效的管理、更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和更卓越的績效。

地鐵的智慧化發(fā)展是一個持續(xù)迭代的動態(tài)過程，難以在線網(wǎng)層面做到一步到位。車站是地鐵運(yùn)營管理體系中的最基本單元，是地鐵服務(wù)于城市發(fā)展和市民出行的直接窗口，更是地鐵建設(shè)及運(yùn)營管理水平高低的主要體現(xiàn)［2］。因此，以車站為抓手，率先開展智慧化建設(shè)，通過對提升自動化水平、運(yùn)營安全與效率、減員、增效的智慧化應(yīng)用進(jìn)行驗(yàn)證后，再逐步擴(kuò)展到線路和線網(wǎng)，更符合從點(diǎn)到面，由面到體的科學(xué)發(fā)展觀［3］。

1 智慧車站需求分析

西安地鐵智慧車站的建設(shè)原則是以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，以用戶為中心，將車站運(yùn)營業(yè)務(wù)需求歸納為四大板塊：客運(yùn)組織、設(shè)備運(yùn)管、乘客服務(wù)和人員管理［4］。目前西安地鐵既有車站的運(yùn)營在上述4 個業(yè)務(wù)方面存在以下問題。

1）客運(yùn)組織方面，如早晚開關(guān)站、大客流響應(yīng)措施等業(yè)務(wù)，仍以人工處理為主，缺乏自動化、智能化的技術(shù)手段。綜合監(jiān)控系統(tǒng)（ISCS）雖然采集到了眾多子系統(tǒng)數(shù)據(jù)，但對數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用不足，很難在設(shè)備運(yùn)管方面發(fā)揮更大的作用，各子系統(tǒng)間相對孤立，部分設(shè)備（如空調(diào)機(jī)組）不能達(dá)到理想的運(yùn)行工況。

2）設(shè)備維護(hù)方面，仍采用高頻次、多區(qū)域的人工巡檢；日常業(yè)務(wù)大量使用紙質(zhì)工單、臺賬和公告，智能化程度亟待提升。

3） 乘客服務(wù)方面，仍以人工和被動服務(wù)形式為主，缺乏智能化、自主化手段，乘客體驗(yàn)一般。

4）人員管理方面，包括運(yùn)營人員管理和施工人員管理，多以管理制度為主，人員管理信息化水平較低。

通過對既有地鐵車站四大業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀和存在問題進(jìn)行分析，明確了西安地鐵智慧車站建設(shè)的目標(biāo)，并提出了智慧車站的建設(shè)分為3 個階段。在西安地鐵在建線路5 號線、6 號線工程中，各選取1 座試點(diǎn)車站進(jìn)行初階智慧車站的研究和建設(shè)，計(jì)劃2020 年底投入試運(yùn)營，對智慧化功能進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。在8 號線、10 號線、15 號線等第三輪新線建設(shè)中更進(jìn)一步推廣，于2023 年底實(shí)現(xiàn)高階智慧車站，同時對開通線路進(jìn)行全面升級改造。智慧車站階段性建設(shè)目標(biāo)見表1［5］。

表1 智慧車站階段性建設(shè)目標(biāo)

2 智慧車站總體設(shè)計(jì)思路

西安地鐵智慧車站的總體設(shè)計(jì)思路是：聯(lián)通現(xiàn)有的生產(chǎn)網(wǎng)（ISCS 等自動化系統(tǒng)）和管理網(wǎng)（辦公自動化、資產(chǎn)管理等信息化系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)，緊密結(jié)合車站級各運(yùn)營班組的工作流程和實(shí)際需求，通過數(shù)據(jù)支撐與技術(shù)支撐，適當(dāng)增設(shè)現(xiàn)場級和后臺計(jì)算等軟硬件設(shè)備，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和綜合再利用，建立起具備場景化、智能化、人性化的智慧車站綜合運(yùn)管平臺（ISCS-SOM），提供更加全面、智能的管家式一體化應(yīng)用功能，提高車站運(yùn)營的安全性和效率，提升客服水平。下面具體說明總體設(shè)計(jì)思路中的4 個關(guān)鍵問題。

2.1 數(shù)據(jù)支撐

準(zhǔn)確、實(shí)時的數(shù)據(jù)是車站智慧化應(yīng)用的基礎(chǔ)。車站基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)包括：機(jī)電設(shè)備數(shù)據(jù)、客流數(shù)據(jù)、票務(wù)數(shù)據(jù)、行車數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)，以及車站與信息化系統(tǒng)和外部系統(tǒng)交互的信息數(shù)據(jù)。

常規(guī)車站往往缺乏支撐智慧化業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)和接口，如缺乏實(shí)現(xiàn)設(shè)備健康度分析業(yè)務(wù)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（如風(fēng)機(jī)、水泵的軸承偏移數(shù)據(jù)等），實(shí)現(xiàn)能源統(tǒng)分業(yè)務(wù)的用能數(shù)據(jù)（如衛(wèi)生間用水量等），實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理業(yè)務(wù)的信息化平臺信息（如資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、人員定位信息等），以及實(shí)現(xiàn)客流精細(xì)化分析業(yè)務(wù)的實(shí)時客流數(shù)據(jù)（如實(shí)時進(jìn)出站、實(shí)時車廂擁擠度等數(shù)據(jù)）。

智慧車站的建設(shè)首先要增加感知層探測，如增加設(shè)備參數(shù)遠(yuǎn)傳表計(jì)，利用手機(jī)嗅探、視頻分析、熱力感應(yīng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)客流采集等；增加與管理網(wǎng)的接口，擴(kuò)展集成互聯(lián)子系統(tǒng)范圍等手段，解決基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源問題。

2.2 技術(shù)支撐

技術(shù)支撐主要包括感知層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用及決策層。感知層技術(shù)支撐，利用智能視頻分析技術(shù)、智能傳感技術(shù)和邊緣計(jì)算等，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場有效信息的獲?。粩?shù)據(jù)層技術(shù)支撐，利用大數(shù)據(jù)處理和人工智能技術(shù)，對感知層數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類、關(guān)聯(lián)、分析和統(tǒng)計(jì)等；應(yīng)用及決策層技術(shù)支撐，利用GIS、BIM、數(shù)據(jù)可視化、信息“組團(tuán)”等技術(shù)，為用戶提供更直觀、更清晰的信息展示。

2.3 數(shù)據(jù)梳理與綜合再利用

地鐵車站常規(guī)機(jī)電、弱電系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)一般未經(jīng)分析和深化處理。傳統(tǒng)ISCS 采集大量集成互聯(lián)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，但未進(jìn)行多專業(yè)間數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析。智慧車站建設(shè)時需對這種情況進(jìn)行改善，要結(jié)合運(yùn)營業(yè)務(wù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)化梳理和智慧化應(yīng)用［6］。數(shù)據(jù)再利用主要包括前文提到的數(shù)據(jù)指標(biāo)化、數(shù)據(jù)可視化、BIM 和信息“組團(tuán)”等展示手段，以及充分發(fā)掘各專業(yè)之間數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。如在節(jié)能減排方面，智慧車站統(tǒng)籌BAS 環(huán)境溫濕度采集、AFC 客流信息、站臺門PSD 開關(guān)狀態(tài)、列車時刻表等輸入，通過智能控制算法，對通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和節(jié)能控制，在滿足運(yùn)營需求的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

2.4 場景化設(shè)計(jì)

智慧車站應(yīng)具備日常工況、緊急事件工況下的多種場景管理功能，如自動化程度要求較高的車站喚醒、車站休眠、高峰/大客流客運(yùn)組織等場景。

3 智慧車站新增功能

結(jié)合西安地鐵5 號線、6 號線初階智慧車站的實(shí)施情況，對智慧車站較常規(guī)車站的新增功能進(jìn)行全面的梳理和說明。西安地鐵智慧車站新增功能緊密圍繞和響應(yīng)客運(yùn)組織、設(shè)備運(yùn)管、乘客服務(wù)和人員管理四大業(yè)務(wù)板塊［7］。

3.1 面向客運(yùn)組織的新增功能

3.1.1 數(shù)據(jù)可視化顯示

利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，統(tǒng)一展示和應(yīng)用智慧車站的相關(guān)功能，向用戶提供針對性的展示和交互服務(wù)，提升運(yùn)營效率［8］。智慧車站綜合運(yùn)營平臺人機(jī)界面見圖1。

圖1 智慧車站綜合運(yùn)管平臺人機(jī)界面

3.1.2 智能視頻分析

通過對視頻監(jiān)控畫面進(jìn)行智能化分析，實(shí)現(xiàn)對自動扶梯運(yùn)行狀態(tài)、旅客異常行為、車站客流密度、異常事件等的有效判別，其結(jié)果可與其他來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，得出對某類事件的判定結(jié)果，為用戶提供不同場景的應(yīng)用。

3.1.3 客流實(shí)時采集及分析

在智慧車站公共區(qū)，利用先進(jìn)的客流采集技術(shù)，包括AFC 閘機(jī)實(shí)時采集技術(shù)、手機(jī)嗅探技術(shù)和智能視頻分析技術(shù)等，獲取立體化的客流數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對乘客出行時空軌跡的精準(zhǔn)化識別。在綜合運(yùn)管平臺軟件層將其轉(zhuǎn)化為多種客流情況的統(tǒng)計(jì)分析和應(yīng)用，從而提升運(yùn)營安全和效率。

3.1.4 車站場景聯(lián)動

結(jié)合運(yùn)營工作職責(zé)和流程，在綜合運(yùn)管平臺上開發(fā)高度自動化的場景聯(lián)動功能，包括車站喚醒、車站休眠、高峰大客流、乘客服務(wù)、節(jié)能運(yùn)行等多種場景。以早間車站喚醒場景為例，場景聯(lián)動方案按以下步驟順序執(zhí)行：啟動車站環(huán)控系統(tǒng)早間運(yùn)行模式；啟動車站公共區(qū)工作照明模式；切換CCTV 監(jiān)視各出入口視頻圖像；啟動PA 系統(tǒng)播放開站信息；開啟PIS 各顯示屏；遠(yuǎn)程下發(fā)站臺門開關(guān)自檢指令并接收反饋；遠(yuǎn)程下發(fā)AFC 終端自檢指令并接收反饋；遠(yuǎn)程下發(fā)車站電扶梯投入運(yùn)營指令；遠(yuǎn)程開啟出入口防盜卷簾門。

3.2 面向設(shè)備運(yùn)管的新增功能

3.2.1 能源管理功能

在智慧車站的35 kv 柜、牽引配電柜、低壓0.4 kV 配電柜、通風(fēng)空調(diào)電控柜內(nèi)設(shè)置多功能電表；在市政給水總管、衛(wèi)生間給水總管等處設(shè)置遠(yuǎn)傳水表；綜合運(yùn)管平臺對上述用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以指標(biāo)化的形式展現(xiàn)能源數(shù)據(jù)和信息，分析出異常的能源消耗；同時，優(yōu)化車站水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)的控制策略，從而達(dá)到最佳平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排的目的。

3.2.2 環(huán)境監(jiān)控功能

在公共區(qū)設(shè)置空氣質(zhì)量傳感器，在公共衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)置異味傳感器、煙味傳感器，在出入口及風(fēng)亭室外處設(shè)置照度傳感器、雨量傳感器，與氣象局對接，獲取中短期氣象預(yù)測信息。綜合運(yùn)管平臺利用環(huán)境實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象預(yù)測信息，聯(lián)動對應(yīng)的通風(fēng)、照明模式，或及時提示站務(wù)人員。

3.2.3 車站管家功能

智慧車站新增的車站管家功能包括：維修支持和BIM 可視化分析。維修支持功能是指除了基礎(chǔ)的監(jiān)視車站受控對象的運(yùn)行狀態(tài)和故障報警信息外，還采用趨勢診斷和壽命診斷等大數(shù)據(jù)算法，對部分機(jī)電設(shè)備，如扶梯、水泵等設(shè)備提供健康度分析和狀態(tài)預(yù)警功能。另外，車站管家具備基于BIM 的可視化的位置數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)以及室內(nèi)定位系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多種場景的智慧化管理，如通過可視化信息進(jìn)行故障點(diǎn)預(yù)警位置定位、站內(nèi)巡檢修路徑規(guī)劃及導(dǎo)航等。

3.3 面向乘客服務(wù)的新增功能

3.3.1 一體化智能客服中心

將傳統(tǒng)票亭替換為開放式的一體化客服中心，集成乘客自助終端、票房售票機(jī)、生物識別（人臉、掌靜脈等）注冊終端，可由乘客自助操作，滿足付費(fèi)區(qū)、非付費(fèi)區(qū)乘客不同的服務(wù)需求。

乘客能夠自助操作或應(yīng)用智能語音技術(shù)，按設(shè)定的票務(wù)規(guī)則處理車票，包括車票（含多元化票種）的分析、無效更新、網(wǎng)絡(luò)支付、非現(xiàn)金充值、延期和交易查詢等。

乘客能夠通過自助操作實(shí)現(xiàn)咨詢服務(wù)，如線網(wǎng)地圖、列車運(yùn)營時間、票價表、站內(nèi)導(dǎo)航、換乘查詢、地鐵商業(yè)、地鐵周邊地理信息查詢等。智能客服中心設(shè)置人工呼叫裝置，在線網(wǎng)客服中心建成之前，暫使用車控室內(nèi)綜合運(yùn)管平臺實(shí)現(xiàn)人工客服功能。

3.3.2 移動式客服終端

站務(wù)員隨身攜帶移動式客服終端，實(shí)現(xiàn)常見的乘客事務(wù)的快速在線/離線處理，如車票（含多元化票種）的分析、更新、延期等，同時可實(shí)現(xiàn)站務(wù)員或稽查人員對乘客的檢查和檢票。移動式客服終端可通過站內(nèi)專用無線局域網(wǎng)進(jìn)行音視頻對講，用于站務(wù)員之間的工作聯(lián)絡(luò)。

3.3.3 智能咨詢終端

基于多媒體技術(shù)的智能咨詢終端由乘客自助操作實(shí)現(xiàn)信息咨詢和引導(dǎo)功能，通過智能語音或乘客自助操作實(shí)現(xiàn)站內(nèi)導(dǎo)航、換乘指導(dǎo)、運(yùn)營時刻、線網(wǎng)地圖、票價體系、周邊環(huán)境與公交接駁等信息的自動應(yīng)答。根據(jù)地鐵的實(shí)際情況顯示車站內(nèi)及車站外的相關(guān)信息，包括出入口信息、衛(wèi)生間信息、售檢票設(shè)備、自助客服設(shè)備、無障礙設(shè)施信息、公交線路、重要建筑、銀行、便利店、一卡通充值點(diǎn)等。在緊急情況下，智能咨詢終端能夠快速接收控制中心或車站綜合監(jiān)控工作站發(fā)布的緊急信息。

3.4 面向人員管理的新增功能

3.4.1 車站工作人員管理

智慧車站綜合運(yùn)管平臺實(shí)現(xiàn)智能化排班、電子化任務(wù)表單，利用無線單兵手機(jī)APP 軟件和覆蓋整個車站的無線網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)，對車站內(nèi)站務(wù)人員、保潔人員、維保人員等工作人員進(jìn)行定位管理。

3.4.2 委外人員管理

在車控室內(nèi)和指定出入口設(shè)置人臉與身份證件統(tǒng)一性識別裝置，結(jié)合出入口的攝像頭視頻分析結(jié)果，認(rèn)證并記錄委外人員或施工人員的出入信息，進(jìn)行數(shù)字化管理，降低安全隱患，同時免去人工登記、人工開門的工作量。

3.4.3 巡更管理

在既有的門禁系統(tǒng)上增加在線巡更功能，在巡更位置增設(shè)讀卡器，在正常工作模式和離線模式下可自定義巡更路線和排班規(guī)則；同時具備電子巡更模式，利用調(diào)取、輪詢被巡視區(qū)域的視頻攝像頭，輔助以視頻分析，實(shí)現(xiàn)部分區(qū)域的自動巡更功能。

4 智慧車站綜合運(yùn)管平臺架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)智慧車站的新增功能，在車站需建立一套智慧車站綜合運(yùn)管平臺。具體方案為：利用本線既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分功能，在其基礎(chǔ)上新增AFC 生物識別終端、智能客服終端、一體式環(huán)境監(jiān)測、扶梯遠(yuǎn)程監(jiān)控、客流嗅探、能耗采集等感知層設(shè)備、智能子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口，通過系統(tǒng)集成技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能分析技術(shù)，形成一套創(chuàng)新的智能化應(yīng)用平臺。智慧車站綜合運(yùn)管平臺的整體架構(gòu)見圖2。

圖2 智慧車站綜合運(yùn)管平臺的整體架構(gòu)

1）數(shù)據(jù)源主要由2 部分構(gòu)成，一是既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括車站風(fēng)、水、電、通信、信號、電扶梯、閘機(jī)等各類機(jī)電設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)；二是智慧車站新增的感知層信息和智能化子系統(tǒng)，包括人員定位、環(huán)境監(jiān)測、客流嗅探、車站能耗、生物識別、智能客服、無線單兵等設(shè)備和子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息。

2）數(shù)據(jù)采集層用于數(shù)據(jù)采集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，主要由前端處理器和各類接口模塊構(gòu)成。通過數(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)通信和信息安全保障。

3）數(shù)據(jù)存儲層涉及實(shí)時數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫和文件存儲。實(shí)時數(shù)據(jù)庫處理并存儲實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)；關(guān)系數(shù)據(jù)庫處理并存儲業(yè)務(wù)關(guān)系數(shù)據(jù)，如歷史客流數(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；文件存儲包含視頻文件、圖片、word 文檔等。

4）數(shù)據(jù)融合層主要針對采集和存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時計(jì)算和數(shù)據(jù)處理。對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)挖掘、智能分析等基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的在線、近線和離線的數(shù)據(jù)處理。

5） 數(shù)據(jù)應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)功能，以及智慧車站新增的狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)管控、自動運(yùn)行、智能診斷、智能客服等功能。

6） 數(shù)據(jù)展示層用于向用戶展示各類智能化、智慧化的應(yīng)用。通過調(diào)度工作站、電子IBP 盤、乘客顯示終端、智能客服終端、無線單兵設(shè)備等展示智慧車站相關(guān)功能。

智慧車站綜合運(yùn)管平臺與綜合監(jiān)控系統(tǒng)共用基礎(chǔ)平臺，完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)融合，兩個平臺可無縫銜接，共用上位顯示終端、服務(wù)器、交換機(jī)等。智慧車站內(nèi)只需增加新增功能所需的感知層設(shè)備、智能子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口即可，可有效降低系統(tǒng)復(fù)雜程度和工程投資成本。智慧車站綜合運(yùn)管平臺的硬件構(gòu)成見圖3。

圖3 智慧車站綜合運(yùn)管平臺硬件構(gòu)成

5 結(jié)語

國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)經(jīng)過幾十年的建設(shè)和運(yùn)營，技術(shù)基礎(chǔ)已較為雄厚，為軌道交通自主創(chuàng)新發(fā)展提供了較好的條件，建設(shè)智慧地鐵已成為國內(nèi)各大城市軌道交通發(fā)展的總體目標(biāo)。智慧地鐵的建設(shè)有助于推動新技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)軌道交通產(chǎn)業(yè)升級，為構(gòu)建創(chuàng)新型國家貢獻(xiàn)力量［9］。西安地鐵近期開展的智慧車站建設(shè)，可實(shí)現(xiàn)自動化感知、智能化研判、自動化運(yùn)行、集成化展示、智能化識別、全感官服務(wù)、主動性推送、自動化生成等功能，提升了車站的自動化水平，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)感，減輕了運(yùn)營人員的壓力，降低了運(yùn)營成本，為最終實(shí)現(xiàn)地鐵長期可持續(xù)的健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。