基于运营场景的地铁智能导向集控系统研究

郭佳峰，裴加富，张兵建，杨双磊

随着我国城市轨道交通的飞速发展，地铁导向标识作为地铁运营管理体系中非常重要的组成部分，直接关系到地铁运营的安全秩序。目前城市轨道交通车站的乘客导向标识普遍采用静态的导向标识或单独成套的走字屏系统。其中静态标识由于提示信息是固定不变的，只适合于对不变的信息进行提示，例如出入口位置、目的地乘坐方向等，无法根据运营变化情况，实时动态导引乘客［1］。

而目前可以实现导向信息动态调整的导向屏系统都是单独设置，与其他地铁专业系统不能共享信息，无法实时获取影响地铁运营的多种信息，也不能根据运营场景实时发布到导向屏，需要运营人员手动调整导向信息，影响了运营人员应对突发事件的处理能力和反应速度［2］。另一方面，导向屏系统设备种类繁多，品牌也不同，存在同一个车站有多个导向屏信息发布系统共存的情况，不同的导向系统对应不同的软硬件设备，在需要修改和发布导向屏引导信息时，需要车站运营人员在不同系统上逐个手动修改发布，这不仅增加了车站运营工作人员的负担，而且降低了运营管理的工作效率，同时也会影响乘客出行体验和安全。

基于以上背景，为提升地铁车站运营管理水平，提高乘客出行体验和安全，研究具备自动化和智能化水平的地铁导向集控系统逐步成为迫切需求。

1 系统设计

通过现场调研获知，根据车站客运组织工作的需要，车站导向屏系统设备显示的乘客引导和疏散信息，主要依据运营场景进行调整。运营场景是指在城市轨道交通运营过程中，由关键运营事件或时间维度条件触发的一系列场景，从大类上区分主要包括正常场景、故障场景和应急场景。正常场景：早高峰、晚高峰、平峰、开关站、列车正线运行、列车停站上下客等。故障场景：正线列车故障、信号系统故障、站台门故障、供电设备故障、机电设备故障等。应急场景：大客流、列车事故、车站火灾、恐怖袭击、车站失电、列车区间疏散等。

目前很多地铁线路尤其是早期建设的，主要运营场景的触发条件都分散在各个专业系统中，如列车自动监控系统（Automatic Train Supervision，ATS）、自动售检票系统（Automatic Fair Collection Systm，AFC）、闭 路 电 视（Closed Circuit Television，CCTV）、火灾报警系统（Fire Alarm System，FAS）、环境与机电设备监控系统（Building Automatic System，BAS）、电力监控系统（Power Supervisory Control And Data Acquisition，PSCADA）和屏蔽门系统（Platform Screen Doors，PSD）等，这些系统和导向屏系统设备相互独立，不能为导向屏系统直接所用。

结合上述现状及调研情况，本文研究设计了一种基于地铁运营场景的智能导向集控系统（以下简称“系统”）。该系统首先与车站主要业务系统进行接口，收集和感知各业务系统与乘客出行密切相关的运营和事件信息，汇聚到车站集控服务器的实时库中；然后设计智能分析服务模块进行运营场景的识别和分析，并基于Activiti工作流程框架设计运营场景联动管理引擎；基于智能分析服务模块的分析结果、影响范围等信息，自动触发相应的运营场景流程，自动控制导向屏系统设备引导内容的调整和显示，从而达到智能、高效、自动集中控制发布的目的［3］。

1.1 系统结构

系统需在车站部署集控服务器、数据库服务器、接口服务器、核心交换机、接口交换机、集控发布工作站等设备。系统主要控制的设备为由不同集成厂家提供的位于车站站厅、站台以及出入口的走字屏、电扶梯信息屏、动态导向信息屏、出入口导向屏等。系统结构见图1［4］。

图1 系统结构图

与本系统接口的专业系统主要包括：ATS、PSCADA、AFC、FAS、BAS、PSD、CCTV等［5］。本系统与这些专业系统通过Modbus TCP或电力104等标准规约，获取各专业系统关键运营和事件信息，并将获取到的信息写入车站集控服务器的实时库中，供智能分析服务模块订阅使用。

ATS主要提供信号系统和列车主要运营事件、关键故障信息以及运营时刻表信息等，车站早高峰、晚高峰、平峰和封站等模式按照ATS运营时刻表信息自动触发［6］；PSCADA主要提供牵引供电臂故障信息，典型的故障信息为严重影响运营的供电区段失电；AFC提供闸机设备状态信息及出入站客流统计信息，它与智能视频识别的客流信息相结合，作为大客流场景的触发条件［7］；FAS主要提供车站火灾报警情况，为车站火灾应急场景触发条件［8］。

本系统可与不同的既有导向屏系统集成，并实现与地铁运营核心专业系统的接口，实现轨道交通运营事件信息的全方位感知，建立地铁运营核心专业与导向屏系统间的联系，从而智能、自动、高效地控制导向屏信息的调整和显示。

1.2 运营场景联动引擎

运营场景联动引擎是借鉴了工作流技术思想开发的、能够实现联动预案在线部署与业务快速更新的城轨监控领域跨专业联动平台。它采用基于Activiti工作流程框架，结合脚本引擎的方式实现，以工作流技术驱动联动脚本指令执行。工作流技术以图形化的方式实现了跳转、定时、循环、判断、并行等特性，可以基本模拟编程环境里的一系列场景。对于城轨综合监控而言，使用工作流可视化技术可以使得监控效果变得更加直观。图形化的预案设计方式配合解释执行的脚本，可以及时应对联动需求的变更，大大增加联动预案的配置灵活性和设计自由度。该联动引擎以运营场景为基本数据模型，以ATS运营时刻表和运营事件为场景触发源，通过智能分析服务模块的分析处理，自动高效地控制不同厂家、不同位置的导向标识设备，调整引导信息的显示，从而达到智能、自动、高效管理不同运营场景引导和疏散乘客的效果［9］。运营场景联动引擎设计见图2。

图2 运营场景联动引擎设计

该运营场景联动引擎关键服务模块如下。

订阅服务：该模块以订阅-发布机制，负责从实时库中获取各专业接口系统的关键运营事件信息，并提供给智能分析服务模块进行分析处理。

智能分析服务：该模块主要综合订阅各接口数据进行深入分析，分析事件类型、影响程度和范围等，并确定该运营场景是自动执行，还是需要运营人员确认后执行等；分析结果可通过指令推送给发布工作站或运营场景服务模块执行。

运营场景服务：该模块主要负责运营场景的后台编辑管理，包括查询、新增、删除、修改等场景的执行；运营场景包括触发条件、场景执行所在的车站、场景触发后需要执行的操作和控制的设备等信息。

时刻表服务：该模块主要负责对来自ATS的运营时刻表进行轮询和处理，触发基于运营时刻表的运营场景，如早间开站、晚间停运关站等。

协同控制服务：该模块主要负责向导向屏系统设备发布控制指令，包括信息发布和设备电源的开关控制等；同时根据场景执行的需要，向发布工作站发布弹框确认执行指令等信息。

定时服务：该模块主要负责响应其他服务模块设置定时器的请求，包括延时控制和定时触发等。

2 功能设计

2.1 功能结构

系统从功能结构上主要分为采集控制层、应用服务层和界面操控层，见图3。

图3 系统功能结构

采集控制层主要负责从ATS、PSCADA、FAS、BAS、AFC、PSD等系统采集与乘客密切相关的关键运营事件，并根据具体的运营场景，接收并转发应用服务层下发的控制指令，以实现对导向屏系统设备的自动化和智能化控制。

应用服务层基于综合监控平台进行构建，扩展集成基于Activiti工作流的联动引擎，实现运营事件的实时缓存、智能分析、报警服务、协同联动、控制命令下发等功能。

界面操控层主要为运营管理人员提供运营场景管理、场景执行确认、导向信息编辑、导向信息发布、导向设备电源控制、报警管理等功能。

2.2 核心功能

1）运营场景管理。用户可以编辑和管理所需要的运营场景，当场景触发条件满足时，通过集控发布工作站给出报警信息，供运营人员进行场景确认执行或自动执行；车站运营人员也可以在运营场景管理中手动触发相应的场景。

2）导向信息编辑。提供对动态导向信息（包括传递信息、轮播时间、文字大小、文字滚动时间等各类信息）的编辑功能，并保存为动态导向预案，以供后续调用发布。

3）导向信息发布。运营场景条件满足时，系统自动匹配预先定义的场景预案，进行自动化导向信息发布，实现地铁多专业系统和导向屏的智能化联动；当需要进行人工实时信息发布时，也可对选定的任意一个和多个导向屏设备进行人工发布，或通过设置指定时间段进行定时信息发布。

4）场景智能分析。对采集到的各接口专业系统信息进行综合分析，智能化分析和匹配运营场景，自动分析影响范围，并自动选择需要调整信息发布的设备，显著提升信息发布效率。

5）设备电源开关控制。基于ATS运营时刻表，实现对导向屏系统设备电源的远程开关控制功能，自动于运营开始前30 min打开设备电源，于运营结束后关闭设备电源，从而辅助降低运营人员工作量。

6）权限管理。为了防止恶意入侵及误操作的发生，系统同时采用了控制身份登陆和U盘加密认证等措施，对操作权限进行管理，根据登录用户角色赋予信息编辑、信息发布、当前或历史显示内容查询等操作权限。

7）订阅管理及图形显示。运营人员可以通过订阅管理功能订阅导向屏设备状态信息，实时查看或历史回看全线导向屏设备的运行、关闭、故障等状态信息，以及当前或历史的导向屏显示内容信息。

3 系统优势

1）平台架构优势。系统以城市轨道交通专用实时数据库、消息总线等技术为基础，提高了系统的实时性、可靠性；集成智能分析功能，显著提升系统的智能化水平。

2）联动引擎优势。所有联动场景的搭建只需通过图形化工具拖拽图元组合，配上简单的业务脚本组态实现；可根据新增需求快速实现场景的扩展和定义，且联动预案能够在线部署；联动效果辅以图形化形式实时展示，非常直观。

3）视频智能识别技术。系统基于视频智能识别技术，通过设置在车站和车辆上客流感知和客流感知识别分析装置可以全面获取线路上的乘客动态信息，关注客流实时变化，动态调整客运管理措施，大幅提高服务水平。

4）减轻运营人员负担。系统实现了在同一个软件平台上对不同厂家导向屏系统设备的集中监控，减轻了车站运营人员的工作负担，达到了对车站所有动态导向屏系统设备集控的目的。

5）降低运维成本。通过设置统一的导向屏系统集控发布工作站，对所有的导向屏设备进行远程集控管理，减少了运维工作站数量，降低了初期建设投入及后期运营维护成本。

6）打通信息壁垒。系统可按照预先定义的规则，在导向屏上联动发布各专业系统的信息，而且接口系统还可根据需要进行扩展，或根据用户需求对定义的规则进行修改，实现了车站各专业间灵活联动地进行信息发布。

7）更高效的信息获取。系统信息发布更及时、内容更精准，增加了运营人员与乘客的沟通渠道，可以帮助乘客及时针对突发情况做出反应，实现了自动化导引客流出入站、换乘和疏散，确保乘客的出行安全。

8）智能化运营管理。系统在统一的软件平台上基于多专业信息，达到对车站所有动态导向系统设备集控发布的目的，提高了运营人员应对突发事件的处理能力和反应速度，提升了运营人员的工作效率，实现了地铁车站运营的智能化［10］。

4 结束语

本文针对城市轨道交通导向屏系统的不足，研究并提出了基于运营场景的地铁智能导向集控系统。随着智慧地铁的建设发展，地铁运营管理单位对高效智能管理、乘客对安全出行等提出了更高的要求，期待本系统在地铁运营中获得更广泛的应用，发挥更重要的作用。