地铁智慧车站的内涵和实践途径*

江志彬 陈菁菁 谷金晶

(1.上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室，201804，上海； 2.同济大学交通运输工程学院，201804，上海；3.上海地铁第四运营有限公司，200071，上海//第一作者，副教授)

新型智慧城市是贯彻落实创新、协调、绿色、开放、共享发展理念，推进新一代信息通信技术与城市战略、规划、建设、运行和服务全面深度融合，以信息化为引领的城市发展新形态。党的十九大报告首次提出“智慧社会”，明确了智慧城市发展的新要求[1]。“智慧地铁”作为“智慧社会”的一个重要分支，旨在地铁行业内广泛采用移动互联网、物联网、云计算、大数据、地理信息(北斗卫星)等信息技术，推进信息技术与地铁业务深度融合，以更好地保障运营安全、提高运输效率、提升出行体验[2]。车站作为地铁网络的最为关键的衔接部分，是地铁服务的社会窗口和城市门户，舒适、愉悦的体面出行已经成为乘客追求的新目标。从满足乘客多样化需求和提升设施设备智能化管控等方面来看，全面提升地铁车站的智慧化水平，是实现“智慧地铁”的关键。

目前针对“智慧车站”还没有明确的定义，有部分学者在智能设计[3]、智能维护[4]、智能服务[4]等的研究中提出了地铁车站智能化建设的建议与措施，而“智慧车站”的内涵、目标和实践途径等还有待进一步研究。本文将从地铁智慧车站的需求出发，剖析智慧车站的内涵和特征；从智慧设计和建造、设备智能检测和控制、客流智能监测与预警预测、智能决策和智能服务等方面探讨智慧车站的实践途径。

1 地铁智慧车站的需求与内涵

1.1 地铁智慧车站需求

智慧车站是基于各类智能化信息技术的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策等综合智慧能力，是人、建筑和环境互为协调的整合体，实现了设计、建造、运营、服务、维护等从“生产范式”向“服务范式”的转变。智慧车站的目标是实现车站管理与服务的数字化、网络化、智能化、绿色化、个性化、人性化、自助化和协作化，达到可测、可控、可阅读的目的。

智慧车站建设的核心目标是提升管理效率和服务水平。随着我国地铁建设的快速推进和网络化运营程度的不断深入，地铁网络结构的复杂程度越来越高，大型换乘站越来越多，客流增长速度快且时空特征复杂多变，加上日常运营过程中经常面临复杂的运营环境(如大客流、突发事件、恶劣天气、故障等)，导致车站管理的难度越来越大。随着地铁新的智能装备(如基于通信的列车控制(CBTC)系统、无人驾驶技术等)、新的监测手段(视频、Wi-Fi嗅探、手机信令、蓝牙、红外等)、新的设计与建造技术(建筑信息化模型(BIM)、节能减排技术等)、新的支付手段(刷卡、网络支付、移动支付、刷脸支付等)和新的信息技术(云计算、大数据、人工智能、物联网、全息感知、区块链等)的蓬勃发展，地铁车站迫切需要向智慧车站转变。提升车站的智慧化水平可以达到节能、减员增效和提高管理与服务水平的目的，更重要的是可以为乘客提供更为舒适、安全、可靠、一体化和人性化的服务，提升乘客出行体验。

1.2 地铁智慧车站的内涵和特征

传统车站与智慧车站的内涵差异分析如表1所示。智慧车站的特征主要体现在以下3个方面。

表1 传统车站与智慧车站的内涵差异分析

1) 全面透彻的感知与控制。利用各类智能系统和感知设备，智能识别、立体感知车站的环境、设施设备状态、乘客移动轨迹、列车运行过程等，对感知数据进行融合、分析和处理，促进车站各业务系统和谐高效运行。智慧车站还强调车站各设施设备的自动控制和有限条件下的自修复功能，强调运营维护的自动化和智能化。

2) 高度互联融合的决策。车站及其管理是一个开放的复杂巨系统，各类有线、无线网络技术的发展为车站中的物与物、人与物、人与人的全面互联、互通和互动，为车站的各类随时、随地、随需、随意的应用提供了基础条件。每一位乘客、每一个工作人员、每一列列车、每一个设备的终端都成为了互联世界中的信息体，泛在的互联作为智慧车站的“神经网络”极大地增强了车站作为智慧城市自适应系统的信息获取、实时反馈、随时随地提供智能服务的能力。新一代全面感知技术的应用产生了海量数据，通过将“云”与“端”结合，通过智能融合，能够实现对海量数据的存储、计算与分析；通过人的“智慧”参与，能够提升决策支持和应急指挥的能力。

3) 以人为本的服务。乘客是地铁服务的对象，未来乘客的出行需求不仅仅是出行，而是更体面、更舒适、更便捷的出行，因此需要重新定义地铁服务的内涵。智慧车站的设计、建设和运营尤其需要注重以人为本、乘客参与、公众参与、社会协同的开放创新空间的塑造以及公共价值与独特价值的创造，注重从乘客的需求出发，强化用户的参与，汇聚公众的智慧。

2 智慧车站实现途径

2.1 基于BIM的智能设计和建造

车站结构与空间是智能设施建设和运营服务的基础，因此在进行车站的设计和建造时就应考虑到乘客对车站的人性化、有温度的关怀服务需求。“BIM+”融合了BIM技术与地理信息系统(GIS)、移动互联、物联网、云计算、虚拟现实技术(VR)、激光扫描、3D(三维)打印和数字化加工等技术，能够实现项目全生命周期的信息共享，实现精细化项目管理，节约投资成本，提升工程管理效率，实现资产管理清晰化，展现空间的人文化和艺术化。

1) 智慧设计。设计是工程建设的灵魂。智慧设计可以通过BIM正向设计结合多项目、多专业系统集成的云平台来实现[5]。新一代的智慧设计，可以通过BIM的三维模型直接生成设计图纸，即正向设计。正向设计可以大大提高出图效率，并在第一时间发现问题，提高设计质量。智慧设计可以在可视化环境中真正实现乘客出行和企业管理需求，实现规划方案优化、场地现状仿真，同时可以模拟管线搬迁、道路翻交和装修设计。地铁承担着塑造城市良好形象、充当文化载体的使命，是传播城市文脉、展示城市风貌的窗口，因此，地铁空间的设计还需要充分体现文化和艺术的品质，使空间更具场所感、亲和感、地方感和历史感[5]。

2) 智慧建造。建造过程的智能化有利于提升建造的水平和效率，如将BIM模型轻量化和移动互联、信息集成整合，可实现项目信息门户(PIP)[6]。PIP将设计、投资、进度、现场、远程监控、视频监控等多个系统整合在一起，对项目进度进行动态的、可视化的风险预测，指导施工管理人员进行有效的资源配置和施工质量管理。通过PIP平台实现项目信息的集成和高效利用，能够从根本上提升BIM环境下的项目管理能力，有效降低工程建设中的安全、质量、环境与经济风险，进而提高项目工程整体管理效益，如：通过BIM+GIS实现领导驾驶舱功能；通过BIM+进度管理实现计划控制；通过BIM+成本中心实现投资管理；通过BIM+物联网实现物料溯源；通过BIM+远程监控实现风险管理；通过BIM+三维激光扫描实现智慧验收。

2.2 设施设备的智能检测、智能控制和高效整合

车站(包括车场)都安装了许多设施设备，各类设备的状态应能实现自感知、自检测、自控制，并且可以实现硬件设备的高效整合、设备与管理手段的联动，如车站出入口卷帘门的控制、进出站闸机的开关和方向控制、标志标牌的智能切换和信息的自动更新、照明系统的自动开关和调节、自动楼扶梯运行方向和速度的控制、空调和通风系统的智能控制等[7]。与人工操作相比，先进的自动化控制系统既可以满足随时、随地、随需、随意的设备控制需求，还可以节约可观的能耗[8]。同时，可从多源数据融合的角度出发，基于海量历史运营数据的车站客流特征挖掘，结合设施设备可靠性和维护保养规则与要求，在数据驱动的模式下进行车站设施设备的智能化运用决策，实现设施设备管理由被动管理向主动管理、由人工驱动向数据驱动的智能化方向转变。

2.3 客流状态的实时监测与预测预警

乘客是车站服务的主要对象，对于客流的流量、流向和密度的实时监测是提升客运服务的关键。智慧车站的建设需要融合多种检测技术(如视频、红外、热敏、Wi-Fi、手机信令、蓝牙等)，实现多场景、多维度的客流实时监测，实现各类数据的互联共享和及时传递。客流监测主要包括3个层次：从网络的宏观层面上，需要即时掌握网络内各车站、各趟列车的客流分布情况；从中观层面，需要即时掌握各个车站的不同出入口、不同换乘方向的客流分布；从微观层面，需要即时掌握客流在不同区域(如换乘通道、楼扶梯、分方向的站台)的流量、密度、流动速度以及滞留人数等。同时，通过多种监测技术，还可以还原或预测每位乘客在网络上的出行轨迹，自动识别乘客个体行为及状态，实现短时的客流预测和预警评估，为乘客提供个性化出行引导、运营信息推送等服务。另外，还可以从人群聚集、边界侵入、非法入侵等角度对车站的客流进行安全监测，如实现对敏感或可疑人员的追踪定位、自动识别运营异常事件和状态、自动识别能力瓶颈等[9-10]。

2.4 智能决策

通过多源数据进行多层次组合优化融合，结合大数据、云计算、人工智能、交互式探索方式、可视化仿真技术，结合乘客、列车、设施设备、站外交通环境、天气等状态监测数据，可以实现乘客精细化出行需求预测、网络承载能力分析、网络能力状态实时评估、车站设施设备与人员智能管理调度，以及联动预警、应急疏散决策、协同限流决策、列车运行调整决策、信息智能发布、智能导航等[11]。如：通过历史列车和客流状态的全息感知，基于处理、分析、计算、试验和建模等过程，提取出城市空间、交通方式间、轨道交通线路间乘客的出行特征信息；从群体和个体乘客出行时空轨迹大数据中提取出各类出行活动(通勤、通学、生活、游憩)的时空规律信息，结合实时采集的客流状态，精准预测客流和客流分布、大客流的流向，为网络列车开行方案和客流组织方案的优化提供支持。

2.5 智能服务

智能服务的目标是提升乘客的出行品质，达到体面与愉悦出行的目的，体现在以下几个方面。

1) 智能出行规划。基于出行的一体化规划，实现跨线路与跨交通方式的一体化出行智能规划，如实现多种交通方式(如公交、铁路、长途汽车、航空、共享汽车、共享单车等)的服务信息查询、出行路径规划、周边信息(如医院、公厕、银行、商业设施)查询等，实现乘客出行的全流程定制化服务。

2) 智能购票与售检票。基于移动终端、智能卡、人脸识别等新技术，实现车票的电子化和检票的快速化。

3) 快速安检。通过研发新的安检设备，实现不停留、非接触式安检，同时实现不同交通方式的安检一体化。也可以通过设立实名认证(如手机APP实名认证、刷脸认证等)，建立信用制度，实现线上安全认证，免除常旅客的安检程序。

4) 智能问询。针对售票和问询服务，能够提供智能面部识别、肢体语言识别、表情感知识别、语音识别、智能翻译的智能客服机器人，以人机互动、人机对话的方式为乘客提供信息咨询。

5) 站内智能导航。基于多维、多层次的数字地图，实现站内的自助导航、智能移动终端引导、移动机器人引导服务等功能。

6) 智能巡检和现场勘测。如实现移动机器人的智能巡检、突发情况下的现场智能勘测(如火灾)等。

7) 工作人员智能布岗。通过实时采集车站工作人员的位置和工作状态信息，能够实现人员布岗的智能管理。

8) 站台候车的智能引导。基于实时采集的列车、站台的客流信息，可估计不同车厢的拥挤程度，实现站台候车区域的智能引导。

9) 智能舆情监测。通过捕获乘客的上网行为和关键字等信息，可及时了解地铁用户群所关注的舆情热点和目前的运营状态，以改进服务质量和提升安全水平。

3 结语

我国各城市地铁运营方的关注焦点仍然是运营安全、效率和质量，但已从传统模式转向与新兴技术融合，开始着眼通过各种智能化技术手段提升网络化运营效率，推动服务向精细化增值服务方向发展，智慧车站正是未来的重点发展方向。但要实现真正意义上的“智慧”，仍然还有很长的路要走，除了打破目前数据互联互通的壁垒，更重要的是需要重新定义车站的服务功能，洞悉乘客的新需求，从业务流程、管理流程上进行优化，最终达到“将乘客变成顾客，将车站变成社区”的目的。