蔡一磊，李佑文，褚紅健

（南京國電南自軌道交通工程有限公司，江蘇 南京 210032）

0 引言

城市軌道交通作為城市脈絡(luò)的重大基礎(chǔ)設(shè)施，承載著城市公共交通運(yùn)輸?shù)木薮筮\(yùn)力。隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，地鐵運(yùn)營單位對城市軌道交通運(yùn)營管理、設(shè)備維護(hù)、安全保障的提升有著迫切的需求，因此引入智能化技術(shù)提高城市軌道運(yùn)營管理水平迫在眉睫。智慧車站運(yùn)營管理系統(tǒng)的核心是基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將先進(jìn)的態(tài)勢感知、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)有效集成，以一種更加智慧的方法來改變現(xiàn)有軌道交通的運(yùn)營和管理方式，實(shí)現(xiàn)智能化的服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)化的協(xié)同、立體化的安全預(yù)警，切實(shí)提升服務(wù)質(zhì)量、提升運(yùn)維效率、保障運(yùn)營安全[1]。

1 智能運(yùn)管系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能運(yùn)管系統(tǒng)既可以獨(dú)立成系統(tǒng)，也可以作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。智能運(yùn)管系統(tǒng)既可以利用綜合監(jiān)控的骨干網(wǎng)，也可以使用單獨(dú)的通信網(wǎng)作為其傳輸通道，車站的智能運(yùn)管系統(tǒng)在車站與ISCS站級(jí)服務(wù)器進(jìn)行交互。系統(tǒng)包含眾多軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施，既支持單站部署，也支持線路級(jí)部署，在硬件架構(gòu)上可以分成中心層和車站層[2]。智能運(yùn)管線路在中心層設(shè)置多臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器集群采用云平臺(tái)方案進(jìn)行部署，搭建數(shù)據(jù)中臺(tái)、IOT集成平臺(tái)和AI能力平臺(tái)，并構(gòu)建微服務(wù)數(shù)據(jù)平臺(tái)；在車站層，智能運(yùn)管系統(tǒng)在每個(gè)車站內(nèi)進(jìn)行本站視頻分析、各子系統(tǒng)的接入和數(shù)據(jù)采集，并通過Kafka總線完成與中心的交互。

智慧車站功能在既有綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增客流分布、環(huán)境監(jiān)測、扶梯遠(yuǎn)程監(jiān)控等系統(tǒng)和設(shè)備的接口，新增的狀態(tài)感知、數(shù)據(jù)管控、自動(dòng)運(yùn)行、智能診斷等軟件功能模塊，充分考慮全自動(dòng)運(yùn)行線路的車站運(yùn)營管理要求，通過最新的智能分析技術(shù)應(yīng)用和系統(tǒng)集成創(chuàng)新而形成，其系統(tǒng)架構(gòu)包含如下幾個(gè)部分：（1）設(shè)備感知層。各子系統(tǒng)擁有的原始設(shè)備數(shù)據(jù)是ISCS和智能運(yùn)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源頭。包括PIS、PA、CCTV、AFC、電梯、照明、屏蔽門等系統(tǒng)及設(shè)備。 （2）數(shù)據(jù)采集層。專門用于數(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。（3）分析處理層。對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理，按要求存入歷史數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行歷史分析和數(shù)據(jù)挖掘，并在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上利用微服務(wù)組件搭建微服務(wù)平臺(tái)，為服務(wù)層提供各類技術(shù)支撐。（4）服務(wù)層。根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的交互，利用微服務(wù)組件開發(fā)適用于上層業(yè)務(wù)的服務(wù)體系，服務(wù)層接受用戶應(yīng)用層請求的數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)分析處理層進(jìn)行交互后返回處理結(jié)果。同時(shí)，服務(wù)層還能接受應(yīng)用層的控制命令，并通過微服務(wù)組件發(fā)送至設(shè)備層。（5）應(yīng)用層。應(yīng)用層主要包含智慧車站運(yùn)行與管理應(yīng)用，以及面向乘客的服務(wù)應(yīng)用，包括站務(wù)場景管理、工況可視化、智能視頻分析、應(yīng)急預(yù)案管理、重要設(shè)備管理和人員管理等，用戶可通過應(yīng)用對傳感器和設(shè)備進(jìn)行控制、聯(lián)動(dòng)等操作。

2 智慧車站應(yīng)用業(yè)務(wù)研究

通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段進(jìn)行全面分析、綜合利用，結(jié)合車站三維模型通過數(shù)據(jù)可視化技術(shù)向中心調(diào)度、車站運(yùn)營、客運(yùn)服務(wù)、設(shè)備維保等各級(jí)工班人員提供符合其崗位特點(diǎn)和要求的、簡潔高效的可視化管家式車站運(yùn)營場景。場景化運(yùn)營應(yīng)包括車站運(yùn)行模式（大客流/普通客流）自動(dòng)切換、自動(dòng)開關(guān)站、設(shè)備全自動(dòng)控制、全自動(dòng)巡檢及故障率統(tǒng)計(jì)分析等智能化功能，以實(shí)現(xiàn)車站設(shè)備管理自動(dòng)化、檢修智能化、乘客服務(wù)自助化。

2.1 智慧車站場景輔助管理

在綜合監(jiān)控場景聯(lián)動(dòng)功能的基礎(chǔ)上，梳理傳統(tǒng)y由人員處理的運(yùn)維流程，利用智能化手段進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或半自動(dòng)的處理方式。針對不同的站務(wù)場景，設(shè)計(jì)電子應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急處置及輔助決策的流程，以信息化的手段進(jìn)行輔助，使站務(wù)場景在流程上形成閉環(huán)。典型的如智能開、關(guān)站、高/低峰場景等，場景設(shè)計(jì)流程如下所示：

（1）自動(dòng)開站場景。開站準(zhǔn)備—設(shè)備檢查—視頻巡檢—開啟站內(nèi)設(shè)備（BAS、AFC、站臺(tái)門、電扶梯、PIS、PA等）—出入口開啟—開站完成。（2）自動(dòng)關(guān)站場景。關(guān)站準(zhǔn)備—設(shè)備檢查—視頻巡檢—出入口關(guān)閉—關(guān)閉站內(nèi)設(shè)備—關(guān)站完成。（3）車站巡視。車站巡視啟動(dòng)—按預(yù)定路線、時(shí)間巡視車站—順序切換顯示巡視路線視頻信息—巡視結(jié)束。（4）客流監(jiān)測與疏導(dǎo)?？土鞣植?、密度檢測分析—客流疏導(dǎo)啟動(dòng)—啟動(dòng)高峰運(yùn)營模式（自動(dòng)或人工觸發(fā)PA、PIS疏導(dǎo)信息—客流疏導(dǎo)完成）。（5）排班布崗?；A(chǔ)信息管理—布崗管理—排班管理—崗位巡檢（人員定位）—交接班管理。

2.2 視頻智能分析

視頻智能分析功能通過后臺(tái)對各路視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行24小時(shí)實(shí)時(shí)分析和監(jiān)視，為業(yè)主提供不同場景的應(yīng)用。在車站人力無法兼顧的情況，系統(tǒng)自動(dòng)代替人眼分析出重要、異常的信息數(shù)據(jù)并進(jìn)行告警，如大客流事件、扶梯逆行事件等。視頻智能分析模塊的具體功能包括：扶梯口擁堵分析、旅客摔倒分析、站臺(tái)客流密度分析、目標(biāo)檢測、一鍵巡站功能、自動(dòng)扶梯運(yùn)行狀態(tài)分析、智能語音播報(bào)、異常事件實(shí)時(shí)提示、智能摘要、智能提示、視頻檢索。

地鐵站內(nèi)視頻分析系統(tǒng)需要接入監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對視頻進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)客流、站內(nèi)設(shè)備、站內(nèi)異常事件等維度的信息獲取，并基于視頻分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)輔助地鐵運(yùn)營的有效應(yīng)用。

2.3 三維輔助監(jiān)視

三維輔助監(jiān)視功能是以ISCS系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)已采集的監(jiān)視數(shù)據(jù)并結(jié)合虛擬三維展示場景，對當(dāng)前地鐵站點(diǎn)內(nèi)部環(huán)境的情況和列車運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行三維模擬，為用戶提供逼真的虛擬場景，從而使運(yùn)營人員可以擺脫實(shí)際場景中繁雜的干擾因素，直觀的觀測到整個(gè)車站和列車的運(yùn)行情況。三維輔助監(jiān)視功能分為車站三維輔助監(jiān)視功能、列車三維輔助監(jiān)視功能，結(jié)合全線當(dāng)前運(yùn)行情況分別對車站情況、列車狀態(tài)進(jìn)行輔助監(jiān)視。

對車站進(jìn)行三維輔助監(jiān)視，對車站進(jìn)行三維建模，實(shí)現(xiàn)車站工況的可視化顯示。在三維模型上，體現(xiàn)扶梯、電梯、CCTV、閘機(jī)、出入口、公共區(qū)溫濕度以及疏散線路等運(yùn)營管理中重點(diǎn)關(guān)注的信息，向車站運(yùn)營、客運(yùn)服務(wù)等各級(jí)崗位人員提供個(gè)性化、場景化的操作界面。

2.4 車站預(yù)案決策輔助

車站預(yù)案決策輔助圍繞應(yīng)急管理處置的建設(shè)目標(biāo)，結(jié)合日常應(yīng)急值守、應(yīng)急預(yù)案管理、預(yù)案演練和資源管理的應(yīng)急預(yù)防與準(zhǔn)備，以及有突發(fā)事件時(shí)的突發(fā)事件應(yīng)急數(shù)字化處置及善后恢復(fù)，覆蓋運(yùn)營應(yīng)急綜合管理的功能需求。

應(yīng)急處置及決策支持系統(tǒng)功能主要包括數(shù)字化預(yù)案的制定和管理、應(yīng)急資源管理、應(yīng)急事件數(shù)字化處置、應(yīng)急事件一鍵式聯(lián)動(dòng)、綜合預(yù)測預(yù)警、信息組團(tuán)、應(yīng)急處置、應(yīng)急地理信息應(yīng)用、歷史事件處置總結(jié)評(píng)估等功能模塊。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高效、快捷、可擴(kuò)展、易維護(hù)的應(yīng)急數(shù)字化處置平臺(tái)，為線路運(yùn)營決策提供全方位支持，充分發(fā)揮全網(wǎng)整體運(yùn)營效益，提高網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營管理水平和服務(wù)水平。

2.5 能管及環(huán)控策略輔助

能源管理業(yè)務(wù)是在實(shí)時(shí)監(jiān)測及分析的基礎(chǔ)上，不僅實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量評(píng)估、綜合性能分析等綜合優(yōu)化評(píng)價(jià)功能，具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)召喚、監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表等功能，還可以基于國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立標(biāo)準(zhǔn)的車站能耗指標(biāo)，對比分析并發(fā)現(xiàn)異常能耗，結(jié)合環(huán)控輔助系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。環(huán)控策略系統(tǒng)與綜合監(jiān)控尤其是BAS子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互針對地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過環(huán)控策略算法對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，應(yīng)用場景為空調(diào)季的地鐵環(huán)控設(shè)備的自動(dòng)優(yōu)化控制。針對風(fēng)系統(tǒng)可控設(shè)備，環(huán)控策略系統(tǒng)在不影響B(tài)AS系統(tǒng)整體功能的情況下，對風(fēng)水系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算并將優(yōu)化參數(shù)發(fā)送至BAS系統(tǒng)給出優(yōu)化策略供參考。

3 結(jié)語

本文從智慧車站的需求出發(fā)，分析了智慧車站的內(nèi)涵和特征，還從智能運(yùn)管系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)及業(yè)務(wù)應(yīng)用等方面詳細(xì)介紹了智慧車站的實(shí)踐方法。未來的地鐵運(yùn)營與服務(wù)，將從實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)采集與自由流轉(zhuǎn)的數(shù)字化、逐漸升級(jí)到數(shù)據(jù)價(jià)值流動(dòng)的智能化升級(jí)路線，最終實(shí)現(xiàn)新技術(shù)、新生態(tài)合作共筑下的業(yè)務(wù)智能聯(lián)動(dòng)、資源智慧匹配[3]。