靳鴻澤 郭大為

（1 大連交通大學(xué)機車車輛工程學(xué)院，遼寧 大連 116028；2 大連交通大學(xué)理學(xué)院，遼寧 大連 116028）

一、研究目的及背景

隨著智慧交通的發(fā)展，我國目前針對交通擁堵問題的方式更加智慧化，管理效率不斷提高。本文通過以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)服務(wù)為主線，基于TOS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，根據(jù)不同車站的站臺占地面積，不同環(huán)境下的車廂滿載率情況控制及限流措施，在實際運營過程中仍然需要通過嫁接AI 技術(shù)與VER 等3D 呈現(xiàn)技術(shù)，更加有效地呈現(xiàn)出車站車廂擁擠度，為乘客出行提供便捷的路徑選擇，全面深入推進智能交通建設(shè)，助推為優(yōu)化軌道交通運營服務(wù)。

TOS（三色運營狀態(tài)TRI-COLOR OPERATING STATUS 的簡稱），通過“紅、黃、綠”三色狀態(tài)生動地向公眾提供實時的軌道擁堵信息，幫助乘客選擇設(shè)計最優(yōu)的出行路徑。而當?shù)罔F發(fā)生重大事件或典型故障等問題時，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的緊急預(yù)案，TOS 系統(tǒng)將發(fā)布疏導(dǎo)信息，避免造成客流大量積壓導(dǎo)致交通癱瘓，起到疏散誘導(dǎo)作用[1]。

二、基于TOS 系統(tǒng)與AI 技術(shù)嫁接的數(shù)據(jù)模型分析

TOS 系統(tǒng)基于目前較成熟應(yīng)用的售檢票系統(tǒng)（AFC）、列車自動監(jiān)視系統(tǒng)（ATS）、列車稱重系統(tǒng)等系統(tǒng)采集的軌道網(wǎng)絡(luò)運營的實時和歷史數(shù)據(jù)，通過多種數(shù)據(jù)模型處理計算生成多項定量化的、實時性較強的運營服務(wù)指標，并通過在軌道交通行業(yè)網(wǎng)站、App 等途徑，同時與各類城市融媒體、新媒體、傳統(tǒng)媒體等系統(tǒng)的嫁接同步等多種方式，向乘客和社會發(fā)布實時運營信息，傳統(tǒng)TOS 系統(tǒng)與AI 技術(shù)嫁接模塊鏈路詳見圖1。

參照智慧城市建設(shè)參考模型[2],從運營規(guī)則入手進行數(shù)據(jù)分析處理，建立相適應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和著色模型，從采集上來的數(shù)據(jù)中得出各車站、區(qū)間和列車的故障及客流狀態(tài)，然后根據(jù)設(shè)定的閾值和規(guī)則進行設(shè)定VR 虛擬人數(shù)及圖像呈現(xiàn),，通過Python 語言實現(xiàn)具體可視化界面[3]。TOS 系統(tǒng)與AI技術(shù)嫁接后形成的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將針對城市軌道全路網(wǎng)的線路、車站及列車運行數(shù)據(jù)進行實時采集，通過從各類數(shù)據(jù)監(jiān)控獲取的數(shù)據(jù)進行清洗、分析、挖掘，盡量完整準確的抽象出車站關(guān)鍵區(qū)域（譬如：車廂、站臺、站廳、電扶梯、換乘樓梯等處）的滿載率、舒適度，通過3D 技術(shù)模擬展示列車運行班次、軌跡、計劃，采取3D 動畫模式直管闡述全路網(wǎng)的運營狀態(tài)。

（一）傳統(tǒng)TOS 系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計

傳統(tǒng)TOS 系統(tǒng)主要基于AFC 系統(tǒng)票務(wù)數(shù)據(jù)，結(jié)合部分天氣數(shù)據(jù)等做簡單顏色分布，通過紅、黃、藍三種顏色來體現(xiàn)線路、區(qū)間及車廂內(nèi)的擁擠度。因為地鐵AFC 系統(tǒng)傳統(tǒng)五層架構(gòu)傳輸系統(tǒng)較為復(fù)雜，數(shù)據(jù)延遲性較大，基于此為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)TOS 系統(tǒng)存在的最大弊端就在于無法及時有效地反饋客流及擁擠度，有時還需要人為干預(yù)。本文在傳統(tǒng)TOS 系統(tǒng)基礎(chǔ)上提出軌道交通大數(shù)據(jù)資源池的建設(shè)，綜合融合行車運行圖數(shù)據(jù)、PIS實時到站數(shù)據(jù)、CCTV 視頻信息、車站站臺面積及規(guī)劃基礎(chǔ)信息、智慧車站屏蔽門傳感器信息、車地通信載體信息等，打造基于AI 技術(shù)的大數(shù)據(jù)資源池，綜合分析和抽象出短時區(qū)間斷面客流信息，通過3D 動畫視頻信息實時為運營組織及乘客提供直觀的擁擠度、舒適度畫面。

（二）人臉識別系統(tǒng)設(shè)計

在基于AI 技術(shù)的軌道交通大數(shù)據(jù)資源池中，增加人臉識別系統(tǒng)，通過人體畫像直接識別用戶身份，及時響應(yīng)提供給乘客具體乘車軌跡，為乘客提供實時路徑規(guī)劃，提升乘客出行體驗度。

（三）人機交互及VR 展示模型設(shè)計

通過車站智能設(shè)備、手機App 等智慧出行系統(tǒng)體系對大數(shù)據(jù)的解析和應(yīng)用功能，增加人機交互及VR 展示功能，乘客在出行時可享受語音問詢、人臉識別、軌跡查詢、路徑規(guī)劃、3D 擁擠度模擬體驗、舒適度體驗等功能，及時準確地為乘客提供便捷的出行環(huán)境。

三、TOS 系統(tǒng)與AI 技術(shù)嫁接的功能應(yīng)用

目前城市軌道交通很多城市已經(jīng)開始應(yīng)用TOS 系統(tǒng)，通過車站站臺信息顯示屏、列車車廂液晶顯示屏以及地鐵網(wǎng)站三種主要載體，分別針對候車時、乘坐時、出門前三類空間和需求，實現(xiàn)快捷查詢與乘行方便選擇[4]。當運營處于非正常狀態(tài)，尤其是遇到突發(fā)故障時，運營信息將“三同步”及時、透明向乘客發(fā)布。TOS 系統(tǒng)實時客流的與軌道交通其他專業(yè)信息系統(tǒng)進行同步，通過站臺PIS、車廂車站顯示屏等，實時向乘客提供地鐵車站、線路、路網(wǎng)的暢通性、舒適度和擁擠度等運營信息，避免造成大客流；TOS系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)網(wǎng)站、App等途徑，同時與各類城市融媒體、新媒體、傳統(tǒng)媒體等系統(tǒng)的嫁接同步，實現(xiàn)相關(guān)運營信息的圖文展示，及時有效地向廣大乘客發(fā)布相關(guān)運營信息。

（一）面向運營決策的數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用及模塊

1.針對大客流及特殊日短時客流實施3D 可視化監(jiān)測

在時間維度和空間維度上，以實時的AFC 刷卡數(shù)據(jù)、手機信令數(shù)據(jù)和CCTV 監(jiān)控數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合計劃列車運行圖、實時行車監(jiān)察數(shù)據(jù)、車站客運組織方式 和乘客走行時間參數(shù)，對線路、斷面、車 站、列車的客流狀態(tài)進行實時監(jiān)[5]，實時預(yù)測未來5 分鐘時間粒度線路斷面、車站的進出站量、換乘客流量、客運量和斷面客流量等。運用機器學(xué)習(xí)算法和人工智能手段預(yù)測節(jié)假日期間、大型活動日期間不同時間段的客流變化，以及受大客流影響的時間段和空間范圍，為線網(wǎng)大型活動運力配置計劃、客運組織等業(yè)務(wù)提供決策支持。

2.車站智能限流

利用歷史數(shù)據(jù)確定車站限流閾值，結(jié)合短時客流預(yù)測模型預(yù)測結(jié)果，提前一天推送次日限流時間段；結(jié)合實時預(yù)測模型預(yù)測結(jié)果，實時調(diào)整限流時間段。

3.智能客運組織

運力運量匹配預(yù)警；換乘、重點車站負荷瓶頸預(yù)警；乘客擁擠風險預(yù)警等。

4.全方位3D 視圖仿真大客流演練

可針對極端天氣、節(jié)假日引起的客流增量和大型活動所吸引的客流增量（包括歷史客流、未來預(yù)測），建立全方位3D 視圖仿真大客流演練，為制定軌道交通運營管理制定有效的應(yīng)急預(yù)案。

（二）面向乘客的智慧出行模塊

1.乘客服務(wù)體驗

結(jié)合短時客流預(yù)測模型預(yù)測結(jié)果、車內(nèi)實時預(yù)測客流量、站內(nèi)實時客流量等，實時推送可視化的3D 擁擠度圖像畫面、乘客體驗舒適度、哪節(jié)車廂乘客較少等信息，給乘客以更優(yōu)的乘車選擇。

2.車站智能導(dǎo)航

實現(xiàn)車站內(nèi)3D 導(dǎo)航，智能導(dǎo)航電梯的位置及乘梯擁擠度、樓梯位置及擁擠度、候車廳上下車位置的排隊人數(shù)等通過3D 可視化模式展現(xiàn)出來。

3.乘客乘車最優(yōu)路線規(guī)劃

根據(jù)當前車輛乘客擁擠度、換乘走行時間、換乘候車時間、乘車舒適度和快捷性等，給乘客實時推薦最優(yōu)路線。結(jié)合語音識別等AI 技術(shù)，可以實現(xiàn)實時交流。

（三）面向智慧政務(wù)規(guī)劃模塊

通過以上功能實現(xiàn)、大數(shù)據(jù)挖掘、實際應(yīng)用等方面，綜合制定數(shù)據(jù)接口，直接對接城市公共交通一體化平臺，為城市總體交通出行規(guī)劃、城市重大節(jié)日、特殊時期限流等方面提供給可靠的數(shù)據(jù)支撐，實時提供科學(xué)的決策依據(jù)；同時，對于城市建設(shè)、公共資源規(guī)劃、國土資源優(yōu)化、商業(yè)資源開發(fā)等方面都有著重大的意義。

總結(jié)

本文主要是在已有的TOS 系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加人機互動，通過VR 等3D呈現(xiàn)技術(shù)為乘客提供更加有效的出行路徑選擇提供方案，因為每個車站站臺面積、站廳結(jié)構(gòu)因站而異，僅僅有TOS 系統(tǒng)的三色實時客流呈現(xiàn)對于乘客而言，還不夠直觀、不夠智慧化，本項目研究將數(shù)字化信息和三色客流系統(tǒng)嫁接AI 技術(shù)，將數(shù)字信息通過虛擬VR 技術(shù)呈現(xiàn)出更加實際的擁擠度，通過人機交互，更便捷地為乘客提供路徑選擇，譬如：通過人臉識別系統(tǒng)自動調(diào)取云平臺該乘客常常出行的乘車軌跡，根據(jù)乘客偏重的出行首要因素“擁擠度、時間因素等”提供實際VR 虛擬3D 呈現(xiàn)技術(shù)盡可能地還原車站客流實情，同時，也為城市軌道交通在應(yīng)對大客流、專項活動、特殊時期提供限流科學(xué)依據(jù)。