趙俊華，孟宇坤，周 超

（1. 北京經緯信息技術有限公司，北京 100081；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

車站是城市軌道交通運營管理的基本元素，是智慧城軌實施和承載的主體，也是展現(xiàn)城市軌道交通集成創(chuàng)新能力與應用成果的示范窗口[1]。

建設智慧車站旨在提升車站運營管理效率和乘客服務水平。隨著我國城市軌道交通建設的快速推進和網絡化運營的不斷深入，大型換乘站越來越多，客流增長迅速、車站時空特征復雜多變、運營環(huán)境復雜（大客流、突發(fā)事件等）等因素導致車站管理越來越困難。隨著智能設備、監(jiān)測手段、建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）技術、支付手段（刷臉支付等）在軌道交通行業(yè)蓬勃發(fā)展[2-3]，車站迫切需要向智慧車站轉變，提高智慧化水平以實現(xiàn)節(jié)能和減員增效，提升管理和服務水平，為乘客提供更為舒適、安全、可靠、一體化和人性化的服務，提升乘客出行體驗[4-6]。

本文針對城市軌道交通車站業(yè)務系統(tǒng)和設備部署分散、信息資源共享程度低、業(yè)務流程融合協(xié)調效能不足、智能綜合管控效率較低等問題，借助BIM、人工智能等現(xiàn)代信息技術，以數(shù)據(jù)應用為核心，基于跨類型數(shù)據(jù)計算及共享，打通業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉全過程，設計了智慧車站運行與綜合管理平臺，提高了車站綜合業(yè)務、復雜專業(yè)系統(tǒng)集成的運營管理效率，促進車站全面實現(xiàn)數(shù)字可視化、業(yè)務協(xié)同化和綜合管控智慧化。

1 平臺需求分析

1.1 安全提升需求

在車站日常管理中，無法預測瞬時客流，在突發(fā)大客流時，車站需及時進行客流疏導，以保證運營韌性。在面對乘客扶梯逆行、摔倒等異常行為時，迫切需要以可視化形式進行語言和圖片告警，以便及時應對，保障乘客出行安全。面對突發(fā)事件時，車站依托于線路線網級指令的上傳下達，尚沒有一套應急處置管理系統(tǒng)能快速應對緊急情況，實現(xiàn)視頻分析、綜合應用和應急場景聯(lián)動。

1.2 服務提升需求

在車站日常服務中，運營人員需提供乘客問詢、票務異常處理等多種服務，為減少客服中心人工票務處理的工作量和人工辦理排隊等候時間，需構建面向不同乘客類型的個性化服務體系，提供自助化、差異化服務，提升服務效率和乘客出行體驗。

1.3 效率提升需求

傳統(tǒng)車站的工作人員每天需接發(fā)列車、維持站臺秩序、監(jiān)視列車運行狀態(tài)、處理在接發(fā)車過程中的突發(fā)事件、巡視站廳設備運行狀態(tài)、統(tǒng)計能源消耗和人工開關站等情況，工作強度大、耗時長、效率低。因此，需借助智慧化手段簡化設備操作，實現(xiàn)漫游巡檢、一鍵觸發(fā)多系統(tǒng)聯(lián)動、隨時掌握能源消耗狀況等，提升車站管理效率。

2 平臺架構與功能設計

2.1 平臺架構

城市軌道交通智慧車站運行與綜合管理平臺架構包括平臺應用層、大數(shù)據(jù)處理層和感知數(shù)據(jù)層。平臺架構如圖1 所示。

圖1 平臺架構

2.1.1 平臺應用層

利用支撐應用的各種服務組件工具，構建智能客服中心、智能視覺分析、智能站務、能源管理、應急處置和一鍵開關站6 個場景化業(yè)務應用，推動實時分析、科學決策與精準執(zhí)行的業(yè)務與技術共融共生。

2.1.2 大數(shù)據(jù)處理層

大數(shù)據(jù)處理層對數(shù)據(jù)資源進行整合、分析和管理，通過數(shù)據(jù)共享打通各專業(yè)領域間的數(shù)據(jù)孤島，對平臺應用層的業(yè)務場景提供支撐。

2.1.3 感知數(shù)據(jù)層

該層利用傳感器設備、智能設備、控制裝置等對 視 頻 監(jiān) 控（CCTV，Closed-Circuit Television ）、自動售檢票（AFC，Automatic Fare Collection）、照明、電扶梯等系統(tǒng)及設備的運行狀態(tài)、視頻圖像、溫濕度數(shù)據(jù)等信息進行監(jiān)測，實現(xiàn)各類感知設備數(shù)據(jù)的匯集，為大數(shù)據(jù)處理層提供數(shù)據(jù)源。

運行與綜合管理平臺是智慧車站的核心，是資源共用、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務聯(lián)動、協(xié)同指揮的基礎?；诙鄬I(yè)系統(tǒng)的融合，該平臺實現(xiàn)了底層軟硬件資源統(tǒng)一調配、數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集共享、數(shù)據(jù)接口統(tǒng)一規(guī)劃、內外服務統(tǒng)一終端、人員設備統(tǒng)一指揮等。

2.2 功能設計

2.2.1 智能客服中心

智能客服中心功能模塊可顯示車站的運營信息、換乘信息、周邊信息、媒體播放內容和重要通知等。同時，可對各種異常車票進行分析、更新、交易查詢等。該模塊可增設智能客服終端，用于實現(xiàn)站內導航、票務處理、信息查詢等功能，可為乘客提供多元化、個性化的服務。

2.2.2 智能視覺分析

該功能模塊可對大型換乘站的站臺、通道和其他重點區(qū)域的人員排隊及客流情況進行預警管理?？蓪θ藛T排隊及客流情況進行統(tǒng)計，生成人群動態(tài)熱力圖，形成態(tài)勢分析，有效提升車站客流感知水平和安全管理效率，減少事故的發(fā)生。

2.2.3 智能站務

該功能模塊應用室內定位技術，進行基于位置的車站人員管理，實現(xiàn)任務動態(tài)派發(fā)和信息主動上傳，為車站人員績效考核管理提供科學、定量的評價依據(jù)。

2.2.4 能源管理

該功能模塊可分析能源使用情況，其遠程數(shù)據(jù)的傳輸可采用綜合監(jiān)控專業(yè)的通信傳輸通道。通過采集現(xiàn)場監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)，對車站內能源使用參數(shù)進行監(jiān)測分析，實現(xiàn)節(jié)能管理。

2.2.5 應急處置

該功能模塊利用智能傳感、視頻分析、BIM 仿真可視化等技術，通過對各類運營場景下的車站運行大數(shù)據(jù)進行深度分析與挖掘，實現(xiàn)對應急事件的快速感知、智能判斷，應急指令的主動推送、應急處置的高效聯(lián)動和評估優(yōu)化，為車站運行管理與應急處置提供智能化輔助決策。

2.2.6 一鍵開/關站

智慧車站運行與綜合管理平臺中的一鍵開/關站功能包括車站狀態(tài)監(jiān)測、視頻巡查、設備智能控制、告警通知等子功能，可實現(xiàn)對車站環(huán)境控制系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）、AFC 系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電扶梯、防盜卷簾等設備的自動控制，提升車站設備自動化、智能化水平，有效降低站務人員工作強度[7-8]。

3 關鍵技術

3.1 基于BIM 的車站多元生產要素融合技術

建立車站多元生產要素的數(shù)字模型，利用物聯(lián)網感知車站的設備設施。以BIM 技術為基礎，通過融合空間模型、設備對象模型、人員模型等，充分還原場景對象，協(xié)同任務數(shù)據(jù)庫、規(guī)則數(shù)據(jù)庫、流程庫及物聯(lián)網實時數(shù)據(jù)，將物理空間數(shù)據(jù)量化為數(shù)字孿生空間場景，建立多元生產要素下的異構系統(tǒng)協(xié)同控制模型。

3.2 車站數(shù)字可視化聯(lián)動控制技術

通過對“人員—設備設施—環(huán)境”在時域空間的預測與推演, 基于車站數(shù)字可視化聯(lián)動控制技術，實現(xiàn)照明、CCTV、PIS、AFC 等專業(yè)間數(shù)據(jù)的實時交互，以及數(shù)據(jù)和設備的協(xié)同聯(lián)動控制，實現(xiàn)車站作業(yè)自動化、管理信息化、乘客服務自主化、信息發(fā)布多樣化及設備管理精細化。

4 一鍵開關站場景應用

4.1 開/關站流程

通過平臺對開站及關站過程中涉及的系統(tǒng)和設備的自動聯(lián)動，將傳統(tǒng)的設備監(jiān)控轉變?yōu)閳鼍奥?lián)動，利用遠程操作完成一鍵開/關站。平臺人機界面可融合展示車站各專業(yè)情況、關鍵設施運營狀況，車站運營人員可了解所需的各類關鍵信息，并結合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，遠程確認開站、關站動作，從而有效保障開、關站過程的安全。

智慧車站運行與綜合管理平臺一鍵開/關站功能的開站具體流程如圖2 所示。

圖2 平臺一鍵開/關站功能的開站流程

4.2 控制策略

一鍵開/關站功能的控制策略主要涉及上位機、端口服務器和可編程邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller）模組。上位機負責接受站務人員控制指令、通過CCTV 調取各個設備的監(jiān)視畫面并顯示、連接照明系統(tǒng)、AFC 系統(tǒng)等，可向其下發(fā)指令，并采集記錄反饋狀態(tài)信息；端口服務器負責與各個系統(tǒng)進行通信數(shù)據(jù)傳輸； PLC 模組用于控制RS485 接口設備或不具備通信接口的設備。

車站站務人員通過操作上位機向PIS、AFC 系統(tǒng)等下發(fā)指令，上位機通過CCTV 為站務人員調取對應的設備監(jiān)視界面，實時監(jiān)控設備運行狀態(tài)，每個系統(tǒng)啟動或關閉完成后，上位機均調取其狀態(tài)并記錄。開/關站過程中，如被控設備出現(xiàn)故障可立即停止操作，站務通知相關人員處理，或確認安全后，跳過當前故障設備進行下一步控制；平臺通過調取CCTV 遠程監(jiān)控與設備運行狀態(tài)參數(shù)，雙重判斷設備是否正常啟動或關閉，確保了系統(tǒng)的安全、可靠。控制策略如圖3 所示。

圖3 一鍵開/關站功能控制策略

CCTV、照明系統(tǒng)、PIS、通風系統(tǒng)、AFC 系統(tǒng)通過接口服務器與上位機連接，上位機通過以太網向所連接設備下發(fā)模式切換指令、狀態(tài)自檢指令等，

并采集所連接設備的狀態(tài)信息，生成報表數(shù)據(jù)；電扶梯、卷簾門通過MODBUS RTU 總線連接PLC 模組，PLC 模組通過MODBUS TCP 連接上位機。

該功能采用自動化的方式取代目前人工操作方式，根據(jù)車站不同機電設備的控制流程，設定自動控制流程，集中控制，將原開/關站時間由40 min 縮短為5 min，顯著提高車站運營管理效率。

5 結束語

城市軌道交通智慧車站運行與綜合管理平臺是為車站的客運管理、設備管理和人員管理提供高度集成、融合自動化與智能化技術的全新車站業(yè)務管理平臺。本文分析了當前車站中的痛點問題，基于車站安全、服務、效率提升的迫切需求，提出平臺的總體架構、網絡架構及功能設計，并以一鍵開/關站功能為例進行詳細闡述。該平臺的建設提升了車站運營管理效率、提高了車站應急處置能力，有效促進了車站的智能化發(fā)展。