城轨智慧车站建设研究

马一博 钱锟 刘韦良 钟锐楠 张跃泷

摘 要：车站是组成城市轨道交通的基本单元，智慧车站是实现城市轨道交通智慧化的基础。车站智慧化是以运营、运维、服务三大主体对象作为研究方向，探索应用新一代设施设备物联网、环境自动化感知、云计算、大数据、人工智能、三维等技术，并增强与各专业的接口，以对数据和业务进行关联分析，并用信息组团、数据可视化的方法进行决策辅助展示。智慧车站是以运营业务需求为导向，新技术应用为基础，数据分析为依据，包含智慧运营、智慧运维、智慧服务三大方面。

关键词：城市轨道交通;智慧车站;智慧运营;智慧运维;智慧服务

中图分类号：U231.4;TP399

智慧城轨是当前的发展热点。智慧车站是智慧城轨的重要组成部分。又因车站服务于乘客、运营和运维，所以车站智慧化作为一个全新的课题，须以车站对象为抓手：面向运营，提升客运组织管理能力，实现运营管理更安全、更高效;面向运维，提升系统预警和应急能力，实现设备运行更稳定、更可靠;面向乘客，提升服务乘客能力，实现乘客服务体验更便捷、更舒适。因此，智慧运营、智慧运维、智慧服务是智慧车站建设中值得探讨的问题。

1 城轨车站现状

城轨车站是城轨运输服务的主要节点，涉及三大人群：①客运人员，负责客运组织与管理;②维护人员，负责设备维修与维保;③乘客，接受城轨服务。以人为本是车站智慧化的最终目标和根本落脚点。但当前车站现状还存在较多问题。

1.1 客运管理方面

目前，车站客运管理及布岗（包括外来人员登记、信息化布岗、任务派发、设施设备操作监督、行车管理操作监督、乘客服务响应监督、工作效能评定等）仍然主要依靠纸质化文件，存在数据遗漏、登记错误、资料丢失等情况，不仅给车站运营人员带来繁重的负担，还容易导致管理工作的缺失。同时，客运人员在处理车站事务时，是有固定的场景和特定预案的，且常常需要机电设备协同处理，而目前设备系统各自独立，导致协同性和及时性方面存在很大的不足。因此，探索设备监控系统（如综合监控系统（ISCS）、环境与设备监控系统（BAS）、火灾报警系统（FAS）、门禁管理系统（ACS）、视频监控系统（CCTV）、广播系统（PA）、乘客信息系统（PIS）等）和运营管理系统（如人员管理、访客管理、工单管理等）的融合，重定义客运组织管理新模式，是智慧运营的重要方向。

1.2 设备运维方面

目前，车站设备维修采用的是报修和定修的方式。报修是设备故障后，先上报生产调度，再安排维修工班维修，然后由生产调度上报维修完成情况，最终以台账的形式记录。定修则是按照设备维护章程进行定期的月检、季检、年检。定修按固定时间表，因此，一定有部分设备存在过度检查，造成人力物力的浪费。而且作为预防性检修，定修的检查针对性较差，存在检查盲点。

探索设备感知和故障预警，对设备设施全生命周期进行监测管理，建立设备管理和运维的综合管理体系，使运维更加科学高效，是智慧运维的主要手段。

1.3 乘客服务方面

在地铁车站，乘客对于空气质量、温度和湿度、车站照明以及环境声音仅是感性和模糊的感受，而没有直观的数据化认知。在出行规划查询方面，没有实时信息提示，更没有历史规律数据参考，导致部分车站在个别时刻人群拥挤严重，甚至威胁着公共安全。在出行支付方面，传统车站单程票、城市交通卡支付的比例已经明显下降，二维码、人脸支付等电子支付方式不断增加，快捷支付、高效运转亟待解决。在导向辨识方面，物理的导向标识固定不变，信息内容单一，更新慢，在大的人流量中不容易辨识。

探索新技术的应用，提升乘客的车站环境感知、出行规划、便捷支付、导向辨识，是实现智慧服务的重要方向。

2 基于综合监控的智慧车站解决方案

2.1 全面增强信息感知

综合监控系统掌握了大量的设备、环境数据。但传统综合监控是以机电设备为对象和目标进行管理的，在客运组织与管理、设备维修与预警、乘客服务引导等方面存在不足。因此，可以在综合监控系统大量数据的基础上，进行扩展和增强，将机电设备数据转化为有效信息，再利用这些有效信息形成决策支持，从而为车站管理赋能，为车站智慧赋能。

在车站综合监控系统基础上，增强子系统接口功能，将客流监测、一体式环境监测、扶梯远程监控等数据纳入监控范围;新增状态感知、数据管控、自动运行、智能诊断等场景联动;新增人员管理、设备管家、无线单兵系统;同时共享地铁“智慧大脑”线网中心大数据和统计分析指标。在丰富数据的基础上，构建运营、维護和车站服务的立体化模型，对数据进行智慧化分析，通过信息组团和综合看板展示出最关键和有效的信息，帮助车站安全、有序、合理、高效运转。

智慧车站需要增强的各专业接口：

（1）BAS专业增强扶梯、出入口卷帘门控制、消防压力表、电动蝶阀、消防液位、空气质量、异味探测器等传感器感知;

（2）FAS专业增加火灾预案展示;

（3）ACS专业增强人员打卡管理，巡更接口;

（4）PIS专业增强一键唤醒和一键休眠，展示列车拥挤度及车站环境;

（5）CCTV专业增强视频分析，包含站台客流密度分析、异常行为分析、扶梯逆行监测分析、隔栏递物分析、异常闯入实时提示、物品遗留分析、人员跌倒提醒、客流受阻分析、轮椅人员提醒等;

（6）站台屏蔽门（PSD）专业增强一键自检、电磁锁健康度预警;

（7）自动售检票（AFC）专业增强1 min进出站统计，AFC一键开站和关站，智能客服;

（8）新增无线接入点（AP）、安检系统、能源管理、办公室自动化（OA）、线网指挥中心（NCC）接口;

（9）新增人脸识别、人证识别、统一用户、手机嗅探客流监测系统。

2.2 优化系统架构

智慧车站对各种要素（人、设备、环境）进行全面感知、泛在互联、协同运行。智慧车站综合运管平台相比于传统的综合监控平台，服务器根据业务应用通过虚拟化技术对资源进行弹性分配与部署。网络将“物联网、生产网、办公网、互联网”四网融合，并规范信息安全。业务应用结合大数据优化客运组织相关业务，使用节能人工智能（AI）算法提升车站节能降耗水平，基于机器学习（C4.5决策树）提升设备运维能力。系统架构为：数据采集层、数据处理层、数据存储层、数据融合层、数据应用层、数据展示层（图1）。

数据采集层：除了既有综合监控系统（包括车站风、水、电、通信、扶梯、闸机等各类机电设施设备）状态信息采集，新增人员、环境、客流参数等现场采集信息。

数据处理层：通过数据采集、协议转换、数据隔离等功能实现与相关系统的数据通信。

数据存储层：数据存储层涉及实时数据库、关系数据库、历史数据库和文档库。实时数据库处理并存储生产实时数据;关系数据库处理并存储业务关系数据;历史数据库包括历史客流数据、历史预案执行数据、历史设备状态数据等;文件存储包含视频文件、图片、word文档等。

数据融合层：针对采集的数据进行实时计算和数据处理，对于业务数据则进行统计分析、数据建模及数据挖掘。

数据应用层：包括既有综合监控系统的机电设备监控系统、乘客服务系统等，新增智慧车站的状态感知、数据管控、自动运行和智能诊断等功能。

数据展示层：向用户可视化展示智慧车站的各类应用，主要通过信息组团和车站三维方式在工作站、乘客显示终端以及CCTV监视屏等中展示。

3 智慧车站的功能设计

智慧车站包括智慧运营、智慧运维、智慧服务三大功能模块（图2）。

3.1 智慧运营

智慧运营以客运业务为对象，对车站设备生产系统和运营管理系统进行融合，在综合监控的基础上，对车站业务数据进行有效组织，定义了包含场景联动、综合看板、环境监测、通风空调节能监控、能源管理、智慧水务、智慧消防、智慧安防八大类型。

（1）场景联动实现一键开/关站、一键自检、客流高峰、突发大客流、灾害联动、故障联动、人脸联动、节能联动、辅助决策等九大业务场景。当场景联动条件触发时，系统自动推送和提示运营，并实现多专业自动协同联动，提高运营处置能力。

（2）综合看板实现数据可视化和信息组团，应用曲线图、棒图、饼图等数据可视分析组件直观向车站运管人员展示车站客运管理、设备运管的整体情况。

（3）环境监测对车站站厅、站台、卫生间、各出入口、重要设备机房及端门出口等指定区域的空气质量（温度和湿度、二氧化碳浓度及PM10等）进行全方位监测，分析车站环境变化状况。

（4）通风空调节能监控是节能AI算法，进行节能控制和调节，同时面向广大乘客展示地铁车站绿色节能的环保理念。

（5）能源管理实现各系统用电、主要设备用电以及环比统计。

（6）智慧水务分析各生产、生活环节水量（用水量、排水量、废水量），对比每天、每周、每月、每年的数据，形成相关数据统计记录。

（7）智慧消防实现消防设备设施信息统一展示。

（8）智慧安防实现安防子系统综合展示与联动。

系统界面应用如图3所示。

3.2 智慧运维

智慧运维是以设备为对象，建立设备设施感知和故障预警的全生命周期监测管理体系，包含人员管理、设备管家、无线单兵、统一用户四大模块。

（1）人员管理实现人员智能排班、电子任务表单以及巡更任务等功能。

（2）设备管家对车站重点设备建立设备专家系统，其具有维修支持、三维可视化分析、维护管理、综合智能分析功能。对设备异常状态、故障累计次数、正常运行时间、维修记录（照片或视频）和历史事件进行数学模型分析，实现设备维修管理和预警。

（3）无线单兵系统实现车控室人员与现场人员的实时沟通。单兵终端实现两大类功能：①实时视频回传、实时视频预览、公网对讲、拍照、录音、录像、实时定位、文件检索功能;②定制巡更任务执行、设备维护任务执行业务类功能。

（4）统一用户登录系统是集账号管理、认证管理、授权管理和操作审计于一体的统一安全管理模块，包含应用管理、角色管理、群组管理、部门管理、用户管理、访问限制、操作审计、个人中心和参数设置等功能模块。

3.3 智慧服务

智慧服务是从信息服务、智慧引导、客流分析方面提升乘客服务能力（图4）。

（1）信息服务是将线网数据中心换乘方案（少换乘、更舒适、更省时）拓展到智慧车站应用。

（2）智慧引导通过列车车厢拥挤度实时展示，提示乘客选择舒适车厢乘车。

（3）智慧车站通过手机嗅探系统实时掌握出入口、站厅、站台客流情况，对乘客进行实时引导，尤其是大客流和突发大客流情况下的客流引导。同时，智慧车站将与线网数据中心进行联动，采取对应的客流管控措施。

4 结束语

智慧车站还属于新生事物，是基于综合监控，以智慧运营、智慧运维、智慧服务为突破口的智慧车站整体解决方案，能够满足当前阶段的运营、运维和乘客需求，在工程上和技术上也具备良好的可行性，希望能对城轨智慧化建设提供参考和借鉴。

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收稿日期 2020-08-12

责任编辑 冒一平