城市轨道交通智慧乘客综合服务平台方案研究与设计

田 源，杜呈欣，李 樊，汪晓臣，孙同庆

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 轨道交通系统测试国家工程实验室，北京 100081)

2019 年9 月国务院印发《交通强国建设纲要》，提出“到本世纪中叶，全面建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国”[1]。2020 年3 月中国城市轨道交通协会发布《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》(以下简称《纲要》)，明确要创建智慧乘客服务体系，“提高乘客服务的便捷化、舒适化、智能化水平”[2]。无论从国家层面，还是城市轨道交通行业层面，“以人为本、注重服务”的发展理念得到高度关注。城市轨道交通乘客服务的智能化发展需要在保障乘客安全的基础上，运用自动化、网络化、智能化等手段，完善客运服务质量，让乘客在出行过程中体验到便捷与舒适[3]。

1 城市轨道交通乘客服务发展现状

随着云计算、大数据、物联网、工业物联网、5G 等新技术在轨道交通行业的落地应用，无人客服中心、自助问询机器人、无感进站、可视化招援、客流感知等围绕乘客服务的智能系统和装备不断涌现，有效提升了乘客出行的便捷性和舒适性。近年来，以北京、上海、广州为代表的城市，在推进智慧城轨车站和线路建设方面取得一定的成绩。

（1）北京地铁6 号线投入智能列车乘客服务系统，通过车窗屏、车门上方屏的动态信息展示，为乘客提供下一站、前方车站洗手间、扶梯、换乘路线、出口位置分布、前后车厢的拥挤度等信息；基于车厢摄像头采集的视频流，通过图像识别和智能分析技术，可以对车厢内的乘客乘车情况进行动态监测和报警[4]。

（2）广州地铁建设线网智能客服系统平台，整合访客多渠道接入，有效提高客服中心的工作效率，提升乘客服务体验[5]；利用进出闸数据、车站Wi-Fi 数据、蓝牙数据、视频分析数据、安检数据等多元异构数据实现客流精准预测；构建乘客画像，实现无感支付进站，便利乘客出行；通过APP 为乘客提供多元化的资讯信息，为乘客提供信息增值服务[6]。

（3）上海地铁引入生物特征识别购票方式，增加乘客进出站方式。通过手机扫码方式，促进长三角都市圈公共交通二维码的互联互通，提高乘客售检票智能化水平。引入客服机器人、交互屏等智能设备，提高站内乘客服务质量。上海地铁“一网统管”平台可以实时监测分析列车客流密度，引导站务人员疏导客流，精准限流[7]。

总体来看，目前城市轨道交通的乘客服务智能化发展初见成效，多呈现为示范车站、试点列车的探索形式。乘客服务的智能化应用主要体现在咨询服务、票务服务、客流管控、列车服务等方面，通过运用先进的系统平台和智能化设备，提升乘客出行服务体验。但是，从数据运用和流程优化的角度来看，各系统产生庞大的数据资源，其价值尚未得到充分释放，系统间的业务交互有待进一步重构，需要构建体系化的平台级应用方案。

2 城市轨道交通智慧乘客综合服务需求分析与设计思路

2.1 乘客综合服务需求分析

基于乘客出行中的8 大核心场景(进站、咨询、购票、安检、检票、候车、乘车、出站)，以“站”“车”“人”3 要素为核心，梳理乘客在车站、列车环境下的服务需求。乘客服务相关业务包括车站业务域和列车业务域。车站业务域的物理实现主要指以智慧车站为载体的乘客服务，主要包括乘客咨询、票务服务、安全检查、运营信息、乘客招援、商业推广、周边信息等；列车业务域包括安全巡检、报站信息、媒体服务、紧急招援等。基于乘客出行场景，分析站车服务与产生的数据，得出在此期间乘客的潜在需求，包括全区域(含出入口、站厅、站台)的列车到站信息展示、出行路线规划、无障碍出行(语音咨询、语音购票等)、票价及优惠信息查询、通勤快速进站(疫情期间快速测温)、车厢拥挤度信息展示、高效换乘引导和周边偏好地点(商铺、景点等)推荐等。乘客出行场景与需求分析如图1 所示。

从图1 可以看出，乘客出行的信息需求不仅局限于运营信息的获取，对于车站、列车、运营和商业服务等方面的需求也愈发凸显。

图1 乘客出行场景与需求分析Fig.1 Passenger travel scenario and demand

（1）服务体验提质层面的需求。尽管国内多个城市已经着手智慧车站和智慧列车等示范工程的规划及落地应用，但大部分线路依旧沿用传统的系统架构和服务模式，静态导向牌体、售检票设备、信息发布等设施设备仅能满足乘客基本的出行需求，服务的可交互性与便捷性有待加强。在早晚高峰、节假日、大型活动、雨雪天气等场景下，车站容易出现客流激增、运能不足、人群拥堵等突发事件，造成相关站点进出站排队时间长、候车及乘车拥挤等问题，从而影响乘客的出行并降低乘车满意度[8]。

（2）运营管控增效层面的需求。车站、列车、乘客的智能化感知能力是智慧城轨建设的重要任务之一，《纲要》中指出，在构建智慧车站管控体系的过程中，需要实现车站行车及环境设备的自动/半自动运行、泛在感知和安全便捷的乘客服务[2]。传统车站对于机电、通信、环控系统的设备运行状态获取较为全面，但是从服务乘客的角度出发，对于乘车环境(如照度、温度、湿度、噪声等)的感知和调节能力有待提升。为充分保障乘客出行安全和问询需求，运营单位通过设置人工服务台、客流引导、安全保障等岗位，人力资源的耗费较多，业务流程也较为繁琐，对此可以通过智能化手段实现降本增效。

（3）商业资源挖潜层面的需求。城市轨道交通线路里程长、客流量大，在商业资源开发方面具有极大的潜在价值。然而，由于整个城市轨道交通商业资源的利用效率不高，车站商铺、广告投放、自动售卖机投入等方式独立存在，面向海量的乘客资源，无法形成高效的资源投放，相对应的经济收益也无法得到保障[9]。

总体来看，乘客的潜在需求存在业务覆盖面广、多专业信息交叉、难以系统化等问题，乘客服务仍然以人工和被动服务形式为主[10]。各城市在探索智慧城轨方案落地的过程中，通过工程试点或示范站的形式取得了阶段性成果，但依旧面临数据资源得不到充分释放的问题。

2.2 总体设计思路

基于乘客出行过程中的服务需求，运用先进的技术手段，结合既有的业务流程，通过提取各业务流程中的关键信息，构建智慧乘客综合服务平台。智慧乘客综合服务平台设计思路如图2 所示。

图2 智慧乘客综合服务平台设计思路Fig.2 Design idea of smart passenger integrated service platform

（1）出行场景提取服务需求。乘客在静态和动态空间产生位移的过程中，与车站、列车、运营管理者产生大量的业务交互。业务交互中渗透着对于乘客服务的智慧化能力需求，在此基础上，形成技术支撑和平台应用的设计方案。

（2）中台技术赋能平台构建。乘客出行服务体验的提升依托于业务、数据和技术的体系化架构。智慧乘客服务平台以城轨云、边缘计算、人工智能等技术为基础设施依托，汇集并融合业务交互过程中的海量数据，为上层应用的开发与迭代提供有效支撑。

（3）应用落地提升场景体验。利用平台的体系化优势，构建站务、票务、乘务、运输组织4 个维度的应用与服务，实现乘客进站前的便捷咨询、进站过程中的快速无感过闸、候车过程中的客流预测以及出站时的导向指引。

3 城市轨道交通智慧乘客综合服务平台方案设计

智慧乘客综合服务平台是基于城市轨道交通既有系统架构设计的乘客服务业务融合平台，平台采用3 层式设计架构，包括数据接入层、中台层和应用层。数据接入层提供外部系统接口和数据的接入功能。中台层是平台设计的核心，包括技术中台、数据中台和业务中台，技术中台为数据提供智能化处理手段，数据中台实现数据与信息共享，业务中台向上层应用提供智慧服务，如通过乘客交互过程中的语义识别、行为识别、消费特征等数据，不断学习完善乘客画像，为乘客提供更加人性化的出行服务；又如对于车站日常客流数据的不断学习，以期在高峰客流情况下实现具有自主决策能力的疏导，提供初步的客流疏导措施及运营管理建议。应用层由内部的乘客服务应用和外部应用组成，内部应用主要是指在乘客服务范畴内的应用，包括智能票务、服务质量评价、无人客服中心、智能导向、精准营销等，外部应用主要是指在乘客服务范畴外，调用平台业务能力的其他应用，包括智能调度、智能环控、智慧城市等。智慧乘客综合服务平台体系架构如图3 所示。

图3 智慧乘客综合服务平台体系架构Fig.3 Architecture of smart passenger integrated service platform

3.1 数据接入层设计

智慧乘客综合服务平台向综合监控、乘客信息、视频监控、乘客招援等生产系统提供Modbus协议、Restful API、视频流协议、定制协议等多种接入方式，也支持外部互联网信息(如周边地图、枢纽换乘、天气、大型活动、航班进出港等)的获取。不仅向新建线路的相关系统提供标准的业务接口，还兼容既有线路的升级改造。

（1）客服类数据。客服类数据主要包括信息发布、乘客咨询、导航页面等数据，涉及信息发布屏、客服查询机、电子导向牌等设备及其应用系统。通过构建智慧乘客综合服务平台到各类客服终端和应用系统的链路通道，实现对语音识别、站内定位、出行引导等业务的智能化技术支持。

（2）票务类数据。票务类数据主要包括售检票相关设备及其应用系统。向智慧乘客综合服务平台提供进出站客流、乘客出行信息等数据。

（3）流数据。流数据主要包括直播流媒体和网络摄像机视频流。中台层的智能化组件可以对直播流图像内容进行监管，并在必要时切断播放源。网络摄像机画面用于中台层处理车站客流分布、乘客行为等信息。

（4）物联传感数据。物联传感数据主要包括微环境感知、定位基站、设备运行状态监测等传感信息，为车站环境调节、室内导航、电扶梯异常监测等功能提供数据支撑。

3.2 中台层设计

中台技术最初的提出，是互联网企业为了解决由于前台应用需求频繁更新而导致后台服务同步改动所产生大量工作的问题。中台技术通过将通用的组件、工具、业务能力抽象归集，形成中台层，与后台保持稳定数据交互的同时，跟随前台需求随时调整。中台技术的应用可以一定程度上提升前台软件的迭代效率，保障系统与平台的功能稳定。将中台技术应用于智慧乘客综合服务平台的中间层，稳定衔接与外部系统的业务、数据通道，综合考虑各地轨道交通特色和场景应用的快速开发，提供适应性较强的数据与业务支撑。

信息共享是提高乘客服务信息资源利用率、充分发挥其效益的重要手段，数据共享是大数据潜在价值挖掘和利用的重要基础[11]。智慧乘客综合服务平台以“业务+数据+技术”中台模式为核心，实现乘客服务的核心业务能力的沉淀和聚集；前台应用以中台为支撑，提供多样化、轻量化和敏捷化的应用与服务。

（1）技术中台。技术中台是平台智慧能力的基础支撑，提供基于语音识别、机器视觉、无线传感、室内定位、BIM 等技术的工具与组件，通过便捷的工具和组件调用，助力传统业务的智能化提升。无人客服中心通过调用语音识别服务，实现乘客语音问询的低时延响应；智能视频分析服务有助于实现车站与列车区域空间内人群拥挤度和异常行为的监测；利用无线传感技术获取实时的站车环境感知信息，为环境智能调控和可视化提供数据基础；基于蓝牙与无线基站的室内定位技术，实现站内导航和移动式站务管控。

（2）数据中台。数据中台是平台智慧能力的前提保障，通过汇集生产系统的关键业务数据，进行数据分析，掌握提升乘客服务的潜在信息。例如，售检票过程中的乘客出行偏好有利于形成乘客画像；安检过程中的传感设备获取乘客体温状况，确保疫情防控得到有效落实；视频分析得出的区域客流密度信息为站务管理提供数据支撑；通过分析乘客问询信息，可以归纳出乘客服务中重点关注的问题，有助于提升运营服务品质。数据中台通过服务管理、组件管理、API 网关等一系列技术手段，实现数据与信息共享服务，为业务中台的构建提供基础支撑。

（3）业务中台。业务中台是平台智慧能力的核心体现。乘客画像、出行支持、客流特征和场景模型作为其核心要素，为乘客服务及其他外部应用提供灵活复用的模块化服务。上层应用通过对业务能力的调用和编排，实现智慧化的业务流程。中台业务能力与上层应用调用关系如表1 所示。一是构建乘客画像，深入客户需求。乘客画像提供基于差分隐私的乘客行为特征，在避免个体信息暴露的前提下，提供有效的乘客出行与服务反馈数据。二是完善出行支持，提供人性化引导。依托室内导航、枢纽换乘、综合交通信息、乘客问询等信息，构建和持续完善出行支持能力，灵活应对无人客服中心及其他应用的查询需求。三是捕捉客流分布，保障出行安全。客流特征的实现源于智能视频分析技术，通过AI 计算单元(边缘终端或服务器)实时分析车站各区域、列车各节车厢的客流分布情况，监控人群异常行为并主动推送告警，增强客流监视能力。四是模拟场景特征，实现自主决策。场景模型对于不同运营状况下的场景提供模拟仿真能力，通过无监督学习，不断强化模型的准确度，辅助分析特殊场景下的客流分布与运量预测；对于典型场景，在保障运营生产安全规范的前提下，实现简单的自主决策与执行。

表1 中台业务能力与上层应用调用关系Tab.1 Call relationship between middle platform business capability and upper layer application

3.3 应用层设计

基于乘客出行全场景业务需求，依托业务中台设计典型场景应用。典型场景应用是后台服务、前端显示、边缘计算单元、人机交互终端等多种服务与设施设备的组合。

（1）智能票务。智能票务采用人脸识别技术，实现人脸注册、无感进站和实名制乘车。基于乘客画像，构建乘客信用体系，简化安检票检流程，实现通勤时段的白名单快速进站[12]。

（2）服务质量评价。传统的乘客质量服务评价是通过调查问卷、APP、小程序等形式，定期调研、统计、分析乘客对于运营服务的满意程度。服务质量评价系统结合乘客画像和出行支持，有助于周期性地掌握乘客出行过程中的关注点。

（3）无人客服中心。无人客服中心是智慧车站的建设热点，集成票务、信息、客服、咨询、人脸注册等功能，实现无人客服中心到线网人工客服坐席的呼叫接入功能。

（4）智能导向。在列车到站、列车清客、枢纽大站客流激增等场景下，由智能视频分析触发客流疏导场景，通过电子导向牌、乘客信息显示屏和分区广播的联动，从视觉、听觉、空间感知等多个维度，实现大部分客流的自疏导，减少人工疏导压力。

（5）精准营销。在了解乘客消费偏好、出行特征的基础上，通过分析客流分布、客服中心咨询历史、广告灯箱驻足频率、互联网相关内容搜索等数据，从经营内容、投放策略、运营模式等角度，实现车站商铺及周边商业的精准营销，平衡交通基础设施建设和运营中的巨额投入，实现车站商业与车站客流高度耦合[13]，满足乘客出行过程中便捷购物的需求。

（6）外部应用系统联动。智能调度系统获取车站与车厢客流拥挤度判断线路的断面客流和列车满载率，为调度管理者提供决策依据，通过临时加开列车，缓解车站客流拥堵，提升乘客出行满意度；智能环控系统感知客流分布，动态调整车站出入口、换乘通道、站台及列车车厢的灯光亮度，降低空闲状况下的能耗。

智能应用系统的设计在一定程度上解决了乘客服务中存在的问题。智能票务、服务质量评价、无人客服中心等系统有效提升服务体验；智能导向、智能调度、智能环控等系统有助于降本增效，完善运营管控水平；精准营销系统的应用为商业资源开发与乘客消费需求的平衡提供有力支撑。

4 结束语

城市轨道交通网络化、信息化、智能化发展的同时，乘客服务水平的提升也至关重要。聚焦乘客服务的平台化发展和智慧化研究，体现了对《纲要》中关于构建智慧乘客服务建设方向的切实思考。围绕乘客在出行过程中存在的诸多潜在需求，以服务平台化的思路提出设计方案，应对服务体验、感知能力、运营管控和商业开发等方面存在的挑战，有助于智慧城市轨道交通建设的推进和不断完善。下一步还应考虑围绕人工智能在乘客服务方面的应用需求，研究语音识别、图像识别、辅助决策在中台模式下的技术方案，提供一套标准统一、调用便捷、计算准确、运行高效的智能化赋能方案。