西安地铁智慧车站实施方案研究

罗 慧 王建文 耿 杰 钟锐楠

截止2019 年底，西安市已开通5 条地铁线路，目前日平均客流量达到270 万乘次，周一、周五日平均客流量超过300 万乘次［1］。至2021 年底，西安将建成并开通9 条线路，远景规划将建成20 余条线路，总里程1 000 余公里的地铁线网。为了满足西安地铁线路网络化运营需求，适应西安城市轨道交通可持续发展的需要，西安地铁近年以实现智慧地铁为目标，致力于实现更安全的运营、更高效的管理、更优质的服务和更卓越的绩效。

地铁的智慧化发展是一个持续迭代的动态过程，难以在线网层面做到一步到位。车站是地铁运营管理体系中的最基本单元，是地铁服务于城市发展和市民出行的直接窗口，更是地铁建设及运营管理水平高低的主要体现［2］。因此，以车站为抓手，率先开展智慧化建设，通过对提升自动化水平、运营安全与效率、减员、增效的智慧化应用进行验证后，再逐步扩展到线路和线网，更符合从点到面，由面到体的科学发展观［3］。

1 智慧车站需求分析

西安地铁智慧车站的建设原则是以业务为导向，以用户为中心，将车站运营业务需求归纳为四大板块：客运组织、设备运管、乘客服务和人员管理［4］。目前西安地铁既有车站的运营在上述4 个业务方面存在以下问题。

1）客运组织方面，如早晚开关站、大客流响应措施等业务，仍以人工处理为主，缺乏自动化、智能化的技术手段。综合监控系统（ISCS）虽然采集到了众多子系统数据，但对数据的分析和应用不足，很难在设备运管方面发挥更大的作用，各子系统间相对孤立，部分设备（如空调机组）不能达到理想的运行工况。

2）设备维护方面，仍采用高频次、多区域的人工巡检；日常业务大量使用纸质工单、台账和公告，智能化程度亟待提升。

3） 乘客服务方面，仍以人工和被动服务形式为主，缺乏智能化、自主化手段，乘客体验一般。

4）人员管理方面，包括运营人员管理和施工人员管理，多以管理制度为主，人员管理信息化水平较低。

通过对既有地铁车站四大业务的现状和存在问题进行分析，明确了西安地铁智慧车站建设的目标，并提出了智慧车站的建设分为3 个阶段。在西安地铁在建线路5 号线、6 号线工程中，各选取1 座试点车站进行初阶智慧车站的研究和建设，计划2020 年底投入试运营，对智慧化功能进行实际验证。在8 号线、10 号线、15 号线等第三轮新线建设中更进一步推广，于2023 年底实现高阶智慧车站，同时对开通线路进行全面升级改造。智慧车站阶段性建设目标见表1［5］。

表1 智慧车站阶段性建设目标

2 智慧车站总体设计思路

西安地铁智慧车站的总体设计思路是：联通现有的生产网（ISCS 等自动化系统）和管理网（办公自动化、资产管理等信息化系统）的数据，紧密结合车站级各运营班组的工作流程和实际需求，通过数据支撑与技术支撑，适当增设现场级和后台计算等软硬件设备，对各类数据进行梳理和综合再利用，建立起具备场景化、智能化、人性化的智慧车站综合运管平台（ISCS-SOM），提供更加全面、智能的管家式一体化应用功能，提高车站运营的安全性和效率，提升客服水平。下面具体说明总体设计思路中的4 个关键问题。

2.1 数据支撑

准确、实时的数据是车站智慧化应用的基础。车站基础数据应包括：机电设备数据、客流数据、票务数据、行车数据、能耗数据、安全数据，以及车站与信息化系统和外部系统交互的信息数据。

常规车站往往缺乏支撑智慧化业务的数据和接口，如缺乏实现设备健康度分析业务的设备状态数据（如风机、水泵的轴承偏移数据等），实现能源统分业务的用能数据（如卫生间用水量等），实现运维管理业务的信息化平台信息（如资产管理数据、人员定位信息等），以及实现客流精细化分析业务的实时客流数据（如实时进出站、实时车厢拥挤度等数据）。

智慧车站的建设首先要增加感知层探测，如增加设备参数远传表计，利用手机嗅探、视频分析、热力感应等技术实现客流采集等；增加与管理网的接口，扩展集成互联子系统范围等手段，解决基础数据来源问题。

2.2 技术支撑

技术支撑主要包括感知层、数据层、应用及决策层。感知层技术支撑，利用智能视频分析技术、智能传感技术和边缘计算等，实现现场有效信息的获取；数据层技术支撑，利用大数据处理和人工智能技术，对感知层数据进行聚类、关联、分析和统计等；应用及决策层技术支撑，利用GIS、BIM、数据可视化、信息“组团”等技术，为用户提供更直观、更清晰的信息展示。

2.3 数据梳理与综合再利用

地铁车站常规机电、弱电系统产生的数据一般未经分析和深化处理。传统ISCS 采集大量集成互联子系统的数据，但未进行多专业间数据的相关性分析。智慧车站建设时需对这种情况进行改善，要结合运营业务，对数据进行业务化梳理和智慧化应用［6］。数据再利用主要包括前文提到的数据指标化、数据可视化、BIM 和信息“组团”等展示手段，以及充分发掘各专业之间数据的关联性。如在节能减排方面，智慧车站统筹BAS 环境温湿度采集、AFC 客流信息、站台门PSD 开关状态、列车时刻表等输入，通过智能控制算法，对通风空调系统进行调节和节能控制，在满足运营需求的前提下，实现节能减排。

2.4 场景化设计

智慧车站应具备日常工况、紧急事件工况下的多种场景管理功能，如自动化程度要求较高的车站唤醒、车站休眠、高峰/大客流客运组织等场景。

3 智慧车站新增功能

结合西安地铁5 号线、6 号线初阶智慧车站的实施情况，对智慧车站较常规车站的新增功能进行全面的梳理和说明。西安地铁智慧车站新增功能紧密围绕和响应客运组织、设备运管、乘客服务和人员管理四大业务板块［7］。

3.1 面向客运组织的新增功能

3.1.1 数据可视化显示

利用数据可视化技术，统一展示和应用智慧车站的相关功能，向用户提供针对性的展示和交互服务，提升运营效率［8］。智慧车站综合运营平台人机界面见图1。

图1 智慧车站综合运管平台人机界面

3.1.2 智能视频分析

通过对视频监控画面进行智能化分析，实现对自动扶梯运行状态、旅客异常行为、车站客流密度、异常事件等的有效判别，其结果可与其他来源的数据进行综合分析，得出对某类事件的判定结果，为用户提供不同场景的应用。

3.1.3 客流实时采集及分析

在智慧车站公共区，利用先进的客流采集技术，包括AFC 闸机实时采集技术、手机嗅探技术和智能视频分析技术等，获取立体化的客流数据，实现对乘客出行时空轨迹的精准化识别。在综合运管平台软件层将其转化为多种客流情况的统计分析和应用，从而提升运营安全和效率。

3.1.4 车站场景联动

结合运营工作职责和流程，在综合运管平台上开发高度自动化的场景联动功能，包括车站唤醒、车站休眠、高峰大客流、乘客服务、节能运行等多种场景。以早间车站唤醒场景为例，场景联动方案按以下步骤顺序执行：启动车站环控系统早间运行模式；启动车站公共区工作照明模式；切换CCTV 监视各出入口视频图像；启动PA 系统播放开站信息；开启PIS 各显示屏；远程下发站台门开关自检指令并接收反馈；远程下发AFC 终端自检指令并接收反馈；远程下发车站电扶梯投入运营指令；远程开启出入口防盗卷帘门。

3.2 面向设备运管的新增功能

3.2.1 能源管理功能

在智慧车站的35 kv 柜、牵引配电柜、低压0.4 kV 配电柜、通风空调电控柜内设置多功能电表；在市政给水总管、卫生间给水总管等处设置远传水表；综合运管平台对上述用能数据统计分析，以指标化的形式展现能源数据和信息，分析出异常的能源消耗；同时，优化车站水系统、风系统的控制策略，从而达到最佳平衡点，实现通风空调系统节能减排的目的。

3.2.2 环境监控功能

在公共区设置空气质量传感器，在公共卫生间内设置异味传感器、烟味传感器，在出入口及风亭室外处设置照度传感器、雨量传感器，与气象局对接，获取中短期气象预测信息。综合运管平台利用环境实时监测数据和气象预测信息，联动对应的通风、照明模式，或及时提示站务人员。

3.2.3 车站管家功能

智慧车站新增的车站管家功能包括：维修支持和BIM 可视化分析。维修支持功能是指除了基础的监视车站受控对象的运行状态和故障报警信息外，还采用趋势诊断和寿命诊断等大数据算法，对部分机电设备，如扶梯、水泵等设备提供健康度分析和状态预警功能。另外，车站管家具备基于BIM 的可视化的位置数据信息系统以及室内定位系统，可实现多种场景的智慧化管理，如通过可视化信息进行故障点预警位置定位、站内巡检修路径规划及导航等。

3.3 面向乘客服务的新增功能

3.3.1 一体化智能客服中心

将传统票亭替换为开放式的一体化客服中心，集成乘客自助终端、票房售票机、生物识别（人脸、掌静脉等）注册终端，可由乘客自助操作，满足付费区、非付费区乘客不同的服务需求。

乘客能够自助操作或应用智能语音技术，按设定的票务规则处理车票，包括车票（含多元化票种）的分析、无效更新、网络支付、非现金充值、延期和交易查询等。

乘客能够通过自助操作实现咨询服务，如线网地图、列车运营时间、票价表、站内导航、换乘查询、地铁商业、地铁周边地理信息查询等。智能客服中心设置人工呼叫装置，在线网客服中心建成之前，暂使用车控室内综合运管平台实现人工客服功能。

3.3.2 移动式客服终端

站务员随身携带移动式客服终端，实现常见的乘客事务的快速在线/离线处理，如车票（含多元化票种）的分析、更新、延期等，同时可实现站务员或稽查人员对乘客的检查和检票。移动式客服终端可通过站内专用无线局域网进行音视频对讲，用于站务员之间的工作联络。

3.3.3 智能咨询终端

基于多媒体技术的智能咨询终端由乘客自助操作实现信息咨询和引导功能，通过智能语音或乘客自助操作实现站内导航、换乘指导、运营时刻、线网地图、票价体系、周边环境与公交接驳等信息的自动应答。根据地铁的实际情况显示车站内及车站外的相关信息，包括出入口信息、卫生间信息、售检票设备、自助客服设备、无障碍设施信息、公交线路、重要建筑、银行、便利店、一卡通充值点等。在紧急情况下，智能咨询终端能够快速接收控制中心或车站综合监控工作站发布的紧急信息。

3.4 面向人员管理的新增功能

3.4.1 车站工作人员管理

智慧车站综合运管平台实现智能化排班、电子化任务表单，利用无线单兵手机APP 软件和覆盖整个车站的无线网络接入系统，对车站内站务人员、保洁人员、维保人员等工作人员进行定位管理。

3.4.2 委外人员管理

在车控室内和指定出入口设置人脸与身份证件统一性识别装置，结合出入口的摄像头视频分析结果，认证并记录委外人员或施工人员的出入信息，进行数字化管理，降低安全隐患，同时免去人工登记、人工开门的工作量。

3.4.3 巡更管理

在既有的门禁系统上增加在线巡更功能，在巡更位置增设读卡器，在正常工作模式和离线模式下可自定义巡更路线和排班规则；同时具备电子巡更模式，利用调取、轮询被巡视区域的视频摄像头，辅助以视频分析，实现部分区域的自动巡更功能。

4 智慧车站综合运管平台架构

为实现智慧车站的新增功能，在车站需建立一套智慧车站综合运管平台。具体方案为：利用本线既有综合监控系统的一部分功能，在其基础上新增AFC 生物识别终端、智能客服终端、一体式环境监测、扶梯远程监控、客流嗅探、能耗采集等感知层设备、智能子系统和数据接口，通过系统集成技术、大数据技术和智能分析技术，形成一套创新的智能化应用平台。智慧车站综合运管平台的整体架构见图2。

图2 智慧车站综合运管平台的整体架构

1）数据源主要由2 部分构成，一是既有综合监控系统采集的生产数据，包括车站风、水、电、通信、信号、电扶梯、闸机等各类机电设备设施的状态；二是智慧车站新增的感知层信息和智能化子系统，包括人员定位、环境监测、客流嗅探、车站能耗、生物识别、智能客服、无线单兵等设备和子系统的数据和信息。

2）数据采集层用于数据采集和协议转换，主要由前端处理器和各类接口模块构成。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和信息安全保障。

3）数据存储层涉及实时数据库、关系数据库和文件存储。实时数据库处理并存储实时生产数据；关系数据库处理并存储业务关系数据，如历史客流数据、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。

4）数据融合层主要针对采集和存储的数据进行实时计算和数据处理。对业务数据进行数据建模、数据挖掘、智能分析等基于大数据技术的在线、近线和离线的数据处理。

5） 数据应用层实现既有综合监控系统功能，以及智慧车站新增的状态感知、数据管控、自动运行、智能诊断、智能客服等功能。

6） 数据展示层用于向用户展示各类智能化、智慧化的应用。通过调度工作站、电子IBP 盘、乘客显示终端、智能客服终端、无线单兵设备等展示智慧车站相关功能。

智慧车站综合运管平台与综合监控系统共用基础平台，完成数据处理、数据存储和数据融合，两个平台可无缝衔接，共用上位显示终端、服务器、交换机等。智慧车站内只需增加新增功能所需的感知层设备、智能子系统和数据接口即可，可有效降低系统复杂程度和工程投资成本。智慧车站综合运管平台的硬件构成见图3。

图3 智慧车站综合运管平台硬件构成

5 结语

国内城市轨道交通行业经过几十年的建设和运营，技术基础已较为雄厚，为轨道交通自主创新发展提供了较好的条件，建设智慧地铁已成为国内各大城市轨道交通发展的总体目标。智慧地铁的建设有助于推动新技术的发展，促进轨道交通产业升级，为构建创新型国家贡献力量［9］。西安地铁近期开展的智慧车站建设，可实现自动化感知、智能化研判、自动化运行、集成化展示、智能化识别、全感官服务、主动性推送、自动化生成等功能，提升了车站的自动化水平，增强了用户体验感，减轻了运营人员的压力，降低了运营成本，为最终实现地铁长期可持续的健康发展奠定基础。