王照華，張 莉，周鱗真，張曉曦，史 楠

（北京軌道交通路網(wǎng)管理有限公司，北京 100101）

截至2020年底，北京軌道交通路網(wǎng)自動售檢票系統(tǒng)（簡稱AFC系統(tǒng)）覆蓋23條線路，430座車站，終端設(shè)備超過18 000臺。在既有AFC系統(tǒng)粗放式的設(shè)備運行管理模式下，車站終端設(shè)備采用全運營時段全開機運營的方式為乘客提供票務(wù)服務(wù)。北京軌道交通的運營里程長、車站分布廣，各站客流規(guī)律多樣，不同時期、不同時段客流對票務(wù)設(shè)備的使用需求差異很大；另一方面，車站設(shè)備配置考慮客流增長趨勢和高峰需求情況，設(shè)備配置往往比較充裕。因此，在客流低峰、平峰時段，甚至在有些車站的客流高峰時段都存在大量的設(shè)備閑置現(xiàn)象。這種現(xiàn)象不僅使大量閑置設(shè)備長時間空轉(zhuǎn)造成設(shè)備運行損耗嚴重，降低設(shè)備生命周期，提高故障率，增加運維成本，而且造成大量能源浪費。

為解決AFC終端設(shè)備閑置和空轉(zhuǎn)造成的浪費問題，本文研究AFC終端設(shè)備運行的智能化管控模型，依據(jù)設(shè)備使用歷史規(guī)律，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析不同時段，不同種類設(shè)備服務(wù)能力需求，按照供需匹配的原則，采用提前預(yù)制開機計劃、實時監(jiān)測和動態(tài)調(diào)整3個環(huán)節(jié)實現(xiàn)對設(shè)備服務(wù)的自動化管控，實現(xiàn)AFC終端設(shè)備的智能化管控，在滿足乘客服務(wù)需求的基礎(chǔ)上，提高設(shè)備使用效率，降低設(shè)備運行損耗，減少運行維護成本，節(jié)省能源成本，實現(xiàn)降本增效。

1 基于客流需求的AFC設(shè)備智能化管控模型

地鐵車站的AFC終端設(shè)備按照極限客流需求設(shè)計和配置，以滿足在高峰時段或者大客流條件下乘客票務(wù)服務(wù)的需要。但是大部分車站在實際運營中的客流往往呈現(xiàn)出明顯的高低峰特征，在低峰時段客流量小，票務(wù)服務(wù)能力需求低，導(dǎo)致設(shè)備服務(wù)能力浪費。本文提出基于客流需求的AFC設(shè)備智能化管控模型，如圖1所示。

圖1 基于客流需求的AFC設(shè)備智能管控模型Fig.1 Intelligent control model of AFC devices based on passenger flow demands

鑒于每個地鐵車站的客流和票務(wù)服務(wù)需求各不相同，因此采用一站一方案進行設(shè)備管控，換乘站按一個車站處理；將每個車站的同類服務(wù)功能的設(shè)備群組作為設(shè)備管控的獨立單元進行智能化管控。如望京西站東廳可分為出站群組1、進站群組1和東廳自助售票/充值群組1。

針對售票/充值、進站、出站等不同票務(wù)業(yè)務(wù)種類進行歷史大數(shù)據(jù)分析，分析自動售票機（TVM）、互聯(lián)網(wǎng)自動售票機（ITVM）、自動檢票機（AG）等不同類型設(shè)備的服務(wù)需求。針對每種設(shè)備的服務(wù)需求，根據(jù)每個車站服務(wù)需求量的波動，將每個運營日劃分為不同的時段。根據(jù)每個時段的設(shè)備服務(wù)能力需求，以及單臺設(shè)備的服務(wù)能力，計算該時段的設(shè)備開機數(shù)量，滿足票務(wù)服務(wù)需求。根據(jù)車站設(shè)備配置數(shù)量、布局，制定每個時段指定類型設(shè)備開機計劃（開機數(shù)量、具體哪些設(shè)備開機、開/關(guān)機時間）。設(shè)備開機計劃制定應(yīng)考慮設(shè)備使用均衡度，避免不均衡使用，提高設(shè)備使用壽命；應(yīng)考慮開機設(shè)備的安排符合車站現(xiàn)場客流組織和引導(dǎo)作業(yè)方式，不對乘客正常出行造成影響。

按照設(shè)備開機計劃執(zhí)行，在每個不同時段開啟或關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備，實現(xiàn)按需服務(wù)的智能管控模式。同時，對車站客流進行實時監(jiān)視，當發(fā)現(xiàn)大客流（開機設(shè)備負荷超限，或其他方式發(fā)現(xiàn)大客流）時，及時通過系統(tǒng)或人工控制開啟更多設(shè)備，滿足客流異常波動、突發(fā)大客流，或應(yīng)急狀態(tài)下的票務(wù)服務(wù)需求，保證提供足夠的票務(wù)服務(wù)能力，不影響乘客出行。

2 設(shè)備服務(wù)需求分析

2.1 客流特征日劃分

城市軌道交通客流呈現(xiàn)出明顯的日期特征屬性，不同特征日期的客流由于客流構(gòu)成、出行目的等的不同而呈現(xiàn)出不同的客流數(shù)量和波動規(guī)律特征，而每種特征日期的客流規(guī)律又呈現(xiàn)出較高的相似度和波動規(guī)律。因此，本文客流需求分析首先劃分不同的特征日期，包括工作日（周一到周五）、雙休日（周六、日）、法定假日（五一、十一、春節(jié)等）等，對每種特征日期的客流規(guī)律進行分析。

2.2 車站特征日基準客流提取

將未來日期根據(jù)特征日分類標準貼標簽，根據(jù)未來某一日的日期標簽組合，尋找歷史日期同類日期標簽的客流。同類日期標簽判定原則如下。

1）未來某一日的日期標簽組合必須找歷史日期中一樣的日期標簽組合。例如，“工作日第一天-活動日”與“工作日第一天”不屬于同類日期標簽。

2）若未來某一日的日期標簽組合在歷史日期中無法找到完全一樣的日期標簽組合，則在歷史同類標簽組合中提取客流。當“節(jié)假日”“農(nóng)歷節(jié)日”“活動日”日期標簽與“法定節(jié)假日”日期標簽組合時，認為法定節(jié)假日的客流不受節(jié)假日、農(nóng)歷節(jié)日、活動日因素的影響，則“法定節(jié)假日”與“法定節(jié)假日-節(jié)假日”“法定節(jié)假日-活動日”“法定節(jié)假日-農(nóng)歷節(jié)日”“法定節(jié)假日-節(jié)假日-活動日”“法定節(jié)假日-農(nóng)歷節(jié)日-活動日”“法定節(jié)假日-節(jié)假日-農(nóng)歷節(jié)日”“法定節(jié)假日-節(jié)假日-農(nóng)歷節(jié)日-活動日”為同類標簽。找到歷史同一日期標簽組合的分時段進站客流作為基準客流，若歷史這一日期標簽組合下有多個日期的客流，則以客流疊加后各時段客流最大值作為該日期標簽組合下的基準客流。

2.3 車站客流時段劃分

很多車站客流呈現(xiàn)出明顯的高低峰波動規(guī)律，而客流高峰期和低峰期對設(shè)備服務(wù)能力的需求差異很大，但是每個車站的客流波動規(guī)律和高低峰特征又各不相同。因此，對車站的客流分析首先要根據(jù)歷史客流大數(shù)據(jù)分析，劃分每個車站客流時段。

本文提出一種基于車站進出站量的高平峰時段劃分方法，能夠針對車站進站客流實際分布對各車站高平峰時段逐一劃分，形成各車站獨有的時段，為后續(xù)更好地分析、預(yù)測客流做準備。具體步驟如下。

1）利用車站歷史AFC數(shù)據(jù)，統(tǒng)計不同日期類型（包括工作日、雙休日、法定假日等）車站分時段（如30 min粒度）進站客流；

2）計算車站不同日期類型的平均分時進站量；

3）將分時進站量高于某一既定指標（如平均分時進站量）的連續(xù)時段劃分為初始高峰時段；

4）調(diào)整時段，對車站較短的高峰時段（小于30 min）進行合并，得到最終的高峰時段和平峰時段；

5）重復(fù)上述步驟，生成路網(wǎng)所有車站所有日期類型的高平峰時段。

車站時段劃分需要定期根據(jù)歷史客流數(shù)據(jù)重新計算一次，作為下階段的客流分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，新開通車站采用標準時段劃分方法。

3 設(shè)備應(yīng)用分析

3.1 設(shè)備群組劃分

結(jié)合車站設(shè)備布局、車站實際運營組織需要、設(shè)備功能配備等情況對車站自助檢票設(shè)備、自助售票設(shè)備進行群組劃分。將空間區(qū)域相連的設(shè)備劃分為一個群組，如圖2所示。

圖2 車站設(shè)備群組劃分Fig.2 Station AFC device group division

3.2 設(shè)備綜合服務(wù)能力分析

本文通過對車站設(shè)備使用情況的大數(shù)據(jù)分析，獲取車站設(shè)備在實際使用中滿負荷分布情況，采用高峰客流時段下的負荷加權(quán)合計算車站實際服務(wù)能力值，作為本車站的設(shè)備服務(wù)能力。

3.3 設(shè)備開機優(yōu)先順序分析

由于各車站實際布局、現(xiàn)場運營進出站組織方式以及電梯/扶梯等其他便利性措施影響，乘客往往會在選擇使用設(shè)備時具有傾向性，在方便乘客的前提下，應(yīng)優(yōu)先選用乘客習慣使用的設(shè)備進行開機服務(wù)，因此本文統(tǒng)計每個群組、每臺設(shè)備的累計使用量，在制定設(shè)備開機計劃時，盡可能地安排累計使用量較高的設(shè)備，并且可根據(jù)現(xiàn)場實際情況人工調(diào)整設(shè)備選用順序或者進行周期性輪換，以便達到設(shè)備均衡使用的目的。

4 設(shè)備開機計劃

AFC設(shè)備智能管控模型需要針對每一種票務(wù)服務(wù)類型進行大數(shù)據(jù)分析和計算，制定各類服務(wù)的設(shè)備開機計劃，包括售票、充值、進站、出站等。本文以進站AG為例說明如何制定設(shè)備開機計劃。

4.1 設(shè)備開機數(shù)量計算

分時段進站AG開機數(shù)量=分時段進站客流需求/車站進站AG單設(shè)備能力（向上取整）。

4.2 設(shè)備開機計劃制定規(guī)則

根據(jù)車站設(shè)備部署的數(shù)量和位置等情況，配置每個時段的具體開機設(shè)備，開機設(shè)備配置規(guī)則如下。

1）一個進站閘機群組應(yīng)最少開啟2臺進站閘機，開啟的進站閘機中應(yīng)至少有1臺寬通道閘機。

2）在滿足條件1）的情況下，群組內(nèi)進站AG按2019年進站交易總量由高到低的順序依次輪換開/關(guān)機。

語言中的絕大多數(shù)詞都擁有多個意義。傳統(tǒng)的語義研究沒有認識到多義詞各個義項之間的內(nèi)在聯(lián)系，沒有對語義擴展的機制做出合理的解釋。認知語言學(xué)揭示了多義現(xiàn)象的本質(zhì)，認為詞的多個意義中除了基本義之外，其他意義是通過隱喻和轉(zhuǎn)喻的方式由基本義擴展而來的。雷可夫指出，一詞多義起源于不同認知域之間以及同一認知域中不同元素之間的關(guān)系。詞的基本義與擴展義之間有直接的認知性關(guān)系。詞的各義項之間存在著理據(jù)性關(guān)系是因為詞義的擴展從主觀上來說主要是通過隱喻和轉(zhuǎn)喻思維來實現(xiàn)的。詞義擴展的方式主要有兩種:基于與中心義的相似性關(guān)系派生新義為詞義的隱喻性擴展，基于與中心義的鄰近關(guān)系派生新義為詞義的轉(zhuǎn)喻性擴展。

3）設(shè)備開/關(guān)機時段劃分方法：以進站閘機開機需求數(shù)量＞2臺（參數(shù)設(shè)置，可更改）為時段劃分規(guī)則。在進站閘機開機需求數(shù)量＞2臺（參數(shù)設(shè)置，可更改）的時段，這個時段內(nèi)以基準客流最高進站量計算所需進站閘機數(shù)量。

4）AG設(shè)備開/關(guān)機由系統(tǒng)自動化運行控制。在客流上升時段，考慮設(shè)備開機需要時間，每個時段開始時間點前30 min（參數(shù)設(shè)置，可更改）開啟下一個時段所需要的AG數(shù)量。在客流下降時段，每個時段結(jié)束時間點后30 min（參數(shù)設(shè)置，可更改）關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。設(shè)備在不同時段需要開機或關(guān)機前，提前提示車站人員即將開啟/關(guān)閉的設(shè)備編號，全站設(shè)備逐臺陸續(xù)開啟/關(guān)閉，開/關(guān)機間隔5 min（參數(shù)設(shè)置，可更改）。

4.3 設(shè)備開機計劃

1）車站設(shè)備配置和使用情況

根據(jù)各站自身設(shè)備配置規(guī)模、設(shè)備布局和各設(shè)備歷史使用頻次情況，并且兼顧現(xiàn)場的運營管理需求，按照業(yè)務(wù)功能分類將車站設(shè)備進行群組劃分和選用優(yōu)先級排序，如圖3所示。

圖3 車站設(shè)備群組劃分和開機順序Fig.3 Station AFC device group division and operating sequence

2）某工作日的設(shè)備開機計劃

根據(jù)該站歷史大數(shù)據(jù)分析和智能化管控模型計算得到某工作日的設(shè)備開機計劃，如圖4所示。

圖4 某工作日的設(shè)備開機計劃Fig.4 Operating plan of station AFC devices for a working day

5 實時監(jiān)控動態(tài)調(diào)整

通過車站客流進行實時監(jiān)控，根據(jù)實時客流需求進行設(shè)備開機的動態(tài)調(diào)整，以應(yīng)對突發(fā)大客流情況。以進站AG為例，具體方法如下。

1）實時采集車站AFC數(shù)據(jù)，對開機設(shè)備使用負荷（每分鐘使用量）進行動態(tài)監(jiān)控。

2）如出現(xiàn)開機設(shè)備的整體負荷值接近或達到滿負荷（單設(shè)備能力值×開機數(shù)量）的一定比例（參數(shù)，例如80%），并持續(xù)一定時間（例如2 min），則判定現(xiàn)場可能存在排隊的風險，立即開啟一臺備用設(shè)備；繼續(xù)實施監(jiān)控，如果還持續(xù)高負荷，則繼續(xù)開啟另一臺備用設(shè)備，以此類推，直至全部設(shè)備開機。

3）如果開啟備用設(shè)備后，開機設(shè)備的整體負荷值不斷降低，低于滿負荷的一定比例（參數(shù)，例如50%），并持續(xù)一定時間（例如5 min），則判定客流需求下降，關(guān)閉一臺備用設(shè)備。繼續(xù)監(jiān)控，如果開機設(shè)備的整體負荷仍然低于設(shè)定的滿負荷比例，則繼續(xù)判定客流需求下降，繼續(xù)關(guān)閉一臺備用設(shè)備。以此類推，直至達到該時段開機計劃數(shù)量為止。

6 自學(xué)習優(yōu)化

定期對車站設(shè)備開機計劃的執(zhí)行結(jié)果進行大數(shù)據(jù)分析，采用自學(xué)習方法對設(shè)備開機計劃進行優(yōu)化調(diào)整，包括車站客流特征日相似度的分析以優(yōu)化車站客流特征日的劃分；每種特征日客流時段的分析，以更加精準地劃分時段，提高設(shè)備使用效率；對車站設(shè)備使用負荷峰值情況進行分析，以對車站單設(shè)備能力值進行修正；對每個時段內(nèi)的客流異常波動和備用設(shè)備啟用情況進行分析，以調(diào)整時段設(shè)備開機數(shù)量等。從而對整體車站設(shè)備開機計劃進行優(yōu)化，以便更精準地滿足車站客流需求，提高設(shè)備使用效率。

7 試點驗證

為了驗證AFC設(shè)備智能化管控方法和模型，本文先后在京港地鐵運營線路、軌道運營線路和北京地鐵運營線路的12座車站采用預(yù)制開機計劃的方式進行驗證。其中14號線望京南站的試點情況如下。

1）設(shè)備配置

14號線望京南站設(shè)備配置如圖5所示。

圖5 望京南站設(shè)備群組劃分和開機順序Fig.5 Wangjing South station AFC device group division and operating sequence

2）設(shè)備開機計劃

依據(jù)AFC設(shè)備智能化管控模型制定設(shè)備開機計劃，如圖6所示。

圖6 望京南站設(shè)備開機計劃Fig.6 Operating plan of Wangjing South station AFC devices

3）試點結(jié)果

通過上述試點結(jié)果可以看出，本文提出的AFC設(shè)備智能化管控方法沒有對乘客的正常出行造成影響，設(shè)備的使用效率大大提升。全站自助售票類設(shè)備開機總時長降低33%，自助檢票類設(shè)備開機時長降低70%以上，達到提高設(shè)備使用效率、降低設(shè)備損耗、節(jié)省能源成本的目標。以群組1為例，實際開機情況如圖7所示。

圖7 車站開機設(shè)備數(shù)量情況Fig.7 Number of station AFC devices in operation

8 結(jié)論與展望

本文提出了城市軌道交通AFC終端設(shè)備智能化管控的方法，構(gòu)建AFC設(shè)備智能化管控模型，通過歷史大數(shù)據(jù)分析，制定車站分時段的設(shè)備開機計劃，以實現(xiàn)設(shè)備的按需服務(wù)運行方式，達到降本增效的目的。通過在試點車站進行試驗驗證，取得良好的效果。

AFC設(shè)備的智能化管控是新一代AFC系統(tǒng)實現(xiàn)智慧化票務(wù)系統(tǒng)的目標之一，將在未來新一代AFC系統(tǒng)中大規(guī)模應(yīng)用，并不斷完善和發(fā)展。