物联网技术在智能铁路客站的应用

赵 耀，冯敬然，周 敏

（中国铁路设计集团有限公司,天津 300308）

随着中国高铁技术日益成熟，采用云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能、北斗导航、BIM等先进技术的智能高铁，成为在已经相对固化的铁路基础设施前提下大幅提升铁路运输组织效率效益、优化旅客服务品质、提高铁路安全生产水平的关键。在众多先进技术中，物联网技术是智能高铁架构中感知层面的核心技术，也是智能高铁众多先进技术中与工程建设阶段关系最为密切相关的技术。有必要深入研究物联网技术在智能高铁各领域的应用，从而在工程设计及建设中为高速铁路赋予丰富的感知能力，进而实现各类智能化应用功能。

铁路客站是连接社会旅客与铁路的重要结合点，是铁路面对旅客的重要服务窗口。目前铁路客站的信息及监控系统已经具备了服务旅客及车站管理的基本功能，但由于各系统独立构建无法协同联动，在旅客服务、安全保障、生产指挥、节能环保等方面功能仍然有待加强。

本文介绍了铁路客站信息及监控系统现状，通过深入分析物联网关键技术及铁路客站对智能化的需求，提出物联网技术在智能铁路客站的应用及存在问题，为后续工程建设提供思路。

1 物联网技术研究

1.1 物联网技术简介

物联网是指通过射频识别（RFID）、激光扫描器、生物特征识别、智能传感器、视频监控、卫星定位等信息感知设备，按照约定的协议通过网络连接各种对象，进行信息交换和通信，以实现对象的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网总体上分为感知层、传输层、处理层和应用层4个层次。其中感知层主要负责数据采集，主要指各类传感设备；传输层主要负责数据的传送，主要指各类有线/无线通信技术；处理层主要负责对传感器采集数据的处理和分析；应用层主要指与行业需求结合的物联网系统应用，是物联网技术作用在各行业的基础。

物联网不是一项单一的技术，只有以物联网技术为基础经云计算、移动互联等手段实现对物的泛在感知，并将得到的覆盖全面、数量庞大数据通过大数据处理提供给人工智能进行分析，并形成智能应用将结果反馈到现实世界的物，才可以实现从信息化上升到智能化的转变。

1.2 物联网技术与智能高铁的关系

中国智能高铁的总体框架包括智能建造、智能装备和智能运营3大板块，智能化发展涉及到的智能建造、基础设施、安防、养护维修和客运等众多领域发展均需以物联网技术为基础。

在智能高铁的业务应用体系架构中，物联网技术属于重要的支撑技术；在数据汇集体系架构中，物联网服务是移动装备、固定设施、内外部环境、人员等数据接入系统平台的途径；在智能高铁的技术体系架构中，物联网技术是实现智能泛在感知的重要手段。

2 铁路客站智能化系统现状

2.1 铁路客站信息及监控系统现状

铁路客站内信息及监控系统主要包括客运服务类信息系统和车站监控类系统，为客站工作人员提供旅客服务、安全防范、机电设备管理及消防监控等功能。现阶段客站主要系统设置情况如图1所示。

图1 铁路客站信息及监控系统Fig.1 Information and monitoring system for railway passenger station

1）铁路客站客运服务信息系统

铁路客站客运服务相关的信息系统包括旅客服务信息系统、客票系统、车站门禁系统、客运管理信息系统等。

a.旅客服务信息系统

旅客服务信息系统设置集成管理平台，旅客提供客运相关服务，主要包括客运广播系统、综合显示系统、视频监控系统、时钟系统、旅客携带物品安全检查设备、信息查询系统、入侵报警系统及求助系统。

b.客票系统

车站级客票系统为旅客提供购票、换票、改签、退票、补票、检票、实名制验证等服务。

c.车站门禁系统

车站门禁系统对车站重要机房、房屋进行出入管理。

d.客运管理信息系统

客运站级客运管理信息系统为客运工作人员提供日常生产管理、客运组织管理、人员管理、设备履历管理、站车信息交互等功能。

2）铁路客站监控类系统

铁路客站监控类系统主要包括电力监控系统、机电设备监控系统、火灾自动报警系统等。

a.电力监控系统

电力远动系统实现对客站变配电所各类远动终端的遥控、遥测、遥信；能源管理实现对客站电能使用情况的全方位动态监测并记录；智能照明系统对车站的照明进行控制。

b.机电设备监控系统

机电设备监控系统主要实现车站机电设备的集中监控，保障车站正常运行。

c.火灾自动报警系统

火灾自动报警系统进行车站的火灾探测及报警，从而减少火灾风险、降低火灾危害。

2.2 智能客站旅客服务与生产管控平台

针对客运生产应用信息系统存在难以互联互通、共享资源、形成合力，难以满足客运生产指挥及旅客服务信息化发展的问题，国铁集团组织开发了智能客站旅客服务与生产管控平台。该平台通过整合客票、旅服、客管、调度、动车、视频、机电设备控制等系统数据资源，在部分客站实践应用中实现了计划生成自动化、生产组织一体化、风险管控精准化、应急处置高效化、设备监测实时化、信息数据集成化等效果。

2.3 客站设备智能化管理系统

针对铁路设备设施与客运生产、旅客出行密切相关，且种类多、数量大、分布广、系统复杂，为满足客站运维管理需求，部分铁路局集团公司研发了设备智能管理系统，主要实现对客站设备的全面管理与控制，实现诸如设备全生命周期管理、应急处置联控、能效最大化应用等功能，辅助运维单位进行管理。

2.4 存在的问题

铁路客站各类信息及监控系统经过多年发展，已具备了较为完善的旅客服务及客站管理能力，通过智能客站旅客服务与生产管控平台等客站集成平台的建设与试用也具备了初步的数据互联互通能力，但与智能客站对旅客服务、安全保障、生产指挥、节能环保等方面的需求存在一定差异，存在的主要问题包括：

1）监控功能和范围有待提升，如客站环境感知能力不足；

2）各类系统数据信息共享不充分，集成平台的建设尚处于局部试点阶段；

3）缺乏基于客站大数据分析基础上的智能应用功能。

3 物联网技术在智能铁路客站的应用

3.1 物联网技术在智能铁路客站应用架构

如图2所示，物联网技术在智能铁路客站应用主要由感知层、数据处理层、智能应用层几级逻辑实现。

图2 物联网技术在智能铁路客站应用架构Fig.2 Application architecture of the IoT technology at intelligent railway passenger station

1）感知层

在智能铁路客站应用物联网技术，主要是增强监控功能及范围，提升客站对环境、人员、设备状态的全面感知及控制能力，实现广泛、大量数据的采集。

2）数据处理层

数据处理层通过构建客站统一的数据共享平台，打破传统系统独立构建的壁垒，实现物联网获取各类数据的互联互通。

数据处理层可以统一规划、统一构建，也可根据需求独立构建。

3）智能应用层

智能应用由于数据处理层实现了数据的互联互通，因此可以综合利用各类客站数据，打破了传统烟囱式的应用架构；另一方面可以结合人工智能等先进技术，对客站物联网采集的广泛、大量数据进行分析，挖掘内在联系，满足智能客站对应用的功能需求。

3.2 增强监控功能及范围

利用物联网技术增强车站智能化系统的监控功能和范围，相当于强化车站的感官和肢体，提升车站的感知、执行能力。

1）环境监控能力提升

利用5G、Wi-Fi、Zigbee、LoRa等无线传输手段构建低功耗、灵活的传感网络，完善温度、湿度、空气质量、噪声、环境亮度参数的采集，并增加对各类用电、照明设备的远程控制，提升车站的感知能力和执行能力，解决传统有线传感器工程量大、调整困难的问题。

2）人员导航及定位

大型车站具有出入口多、地形复杂、多种交通工具换乘的特点，乘客很难找到最优路径或容易出现走错方向的情况，提供室内导航服务是提升旅客体验的迫切需求。同时，根据工作人员定位信息安排应急工作，有助于提高旅客需求响应。

3）资产管理

利用RFID、BIM等技术构建车站的物联网资产管理系统，实现设备及物资的识别、出入库管理、数据实时更新及共享等功能，也是提升车站自身管理能力的重要手段。

3.3 构建客站统一数据共享平台

既有车站各类系统分立设置或部分集成，无法形成合力提升整体智能化水平。按照物联网的标准构建车站监控系统的统一平台，实现各类系统数据的互联互通，是实现智能化应用基础。

机电设备监控系统等利用总线构成的专用监控系统按照传统方式互联存在数据传输慢、接口众多的特点，有必要向物联网方向发展。通过适当调整系统架构，使这些系统末端设备具备灵活接入统一网络的特性。

各类系统均具备接入网络的基础上规划车站的统一网络，改变传统分立系统网络之间物理隔离的特性，形成有线、无线一体的车站网络平台，构建统一的网路安全体系。

可以为车站级应用系统搭建统一的车站云平台，为各类监控系统提供计算、存储资源，不仅有助于减低系统重复建设投资，并且有助于实现数据库层面的系统、本地与上级系统的互联互通。

3.4 基于物联网技术的智能车站应用

在统一的网络、计算、存储平台之上，各系统融合物联网技术的特性，可以在此基础上升级原系统功能，充分利用云计算、大数据、移动互联、人工智能等先进信息技术，通过系统的融合实现智能车站应用。

1）智能旅客服务及管理

通过人脸识别技术，可以快速辨识人物身份。与客票系统结合，采用刷脸过闸方案可以实现旅客的无感知乘车；与旅客服务相关系统结合，可以根据旅客习惯定制化推送信息；与公安部门结合可以用于协助追捕逃犯，维持车站的公共秩序。

在车站引入各类服务机器人，结合语音识别等技术，在传统固定设备服务模式基础上增加更加灵活、主动的旅客服务功能，辅助人工为旅客提供更加优质的服务。

将列车运营信息、设备使用情况、环境状态、旅客信息、工作人员信息等信息关联起来，指导客运服务工作，评价服务质量。如综合视频分析、购票、进出闸机等信息数据对车站旅客流量进行统计分析，实现车站人流量实时展示及预测，为客运服务人员工作组织提供支撑。

2）应急处置管理

各类系统融合进入统一的平台后具备了对车站各类信息的统一把控能力，在应对突发情况的应急指挥中可以迅速查询相关信息并进行关联，通过数据分析、事件库、关联展示等方式为工作人员提供辅助决策支持，提升车站的应急处置能力。

3）智能运维管理

利用物联网技术对车站内各类设备的运行状态数据进行采集，通过对各类设备固有参数、运行数据及行业数据进行分析，对设备的异常状态进行实时感知，预测机电设备使用寿命，提供运维计划，确保车站的安全、有序运营。

4）车站节能管理

通过引入物联网技术将传统车站的机电设备监控、能源管理、环境监控等系统功能结合起来，使车站具备对环境、机电设备运行的完善感知和控制能力，进一步实现智能的节能控制。利用车站环境数据分析旅客舒适度，结合各类机电设备运行状态信息，构建各类设备运行模式、车站环境、旅客舒适度关系的模型，使车站能够在满足旅客舒适需求的基础上自行调整各类机电设备运行在最经济的状态，实现车站绿色环保。

3.5 存在的问题

物联网技术不是一项单一的技术，在各行各业都是结合云计算、大数据、移动互联、人工智能、BIM等先进信息通信技术实现了智能应用效果。物联网技术在智能铁路客站的应用也是同样，需构建统一数据平台，并根据需求开发智能化应用才可以起到客站智能化的效果。

按照目前的工程建设模式，确定物联网设备部署方案后可以在工程中建设，统一数据平台可以随着智能客站旅客服务与生产管控平台或客站设备智能化管理系统等统建平台的推广利用这些平台的数据处理能力，也可以随着智能客站需求构建独立数据平台实现。但在这些基础设施建设基础上，需要以客运服务、客运管理、客设管理等部门在日常工作中遇到的问题及改进思路为基础，由具备智能应用开发能力的机构在客站统一平台技术架构之上开发实现智能化功能。

因此，基于物联网技术在智能铁路客站应用的基础上开发智能应用一定是个性化、持续化的过程，不是随着工程建设一蹴而就的。需要在既有建设和运营模式上确定一个合理的机制，实现持续性的客站数据共享及应用开发，才可以真正体现物联网技术在智能铁路客站的应用效果。

4 结论

本文对物联网技术进行介绍，研究物联网与智能高铁的关系。梳理铁路客站智能化系统现状，提出铁路客站存在监控功能和范围有待提升、各类系统相对独立集成度低、缺乏智能应用功能几项问题。在此基础上研究物联网技术在智能铁路客站的应用方案，提出了通过物联网技术提升客站的监控功能及范围，在构建统一数据共享平台基础上开发智能应用的思路。这些应用围绕智能铁路客站运营管理各环节，充分利用云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等先进信息通信技术，实现智能高铁客站各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷的特性，有助于优化车站的旅客服务水平、应急处置能力、运维管理能力及实现车站绿色节能，符合物联网技术及智能高铁的发展方向。