基于系统融合的轨道交通智慧乘客服务平台设计及实践

文：赵文龙丨广州地铁设计研究院股份有限公司

熊振兴丨成都轨道交通集团有限公司

严 军丨成都智元汇信息技术股份有限公司

在智慧地铁建设及云计算技术广泛应用背景下，结合城市轨道交通安检、测温、乘车等多应用场景的业务需求分析，提出建设多系统融合的城市轨道交通线网智慧乘客服务平台的系统架构、功能以及系统融合设计的方式，对其他轨道交通城市建设大线网运营背景下的智慧安检、智慧测温、智慧票务平台具有一定的参考意义。

随着轨道线网建成规模不断扩大，常态化客运量持续攀升，车站运营组织愈加复杂，安保和防疫压力更大，如何有效应对大线网安全运营挑战是当前各地轨道交通运营亟待探索的课题。基于中国城市轨道交通协会发布的《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，成都轨道交通集团有限公司于2020年10月发布了《成都轨道集团智慧城轨发展纲要及行动计划（试行）》，行动计划将智慧乘客服务列为智慧城轨建设的首要目标，结合政策法规和运营实际需求，成都地铁启动了线网智慧乘客服务平台项目的建设。项目围绕智慧安检、智慧票务及智慧测温功能进行建设，通过云计算与大数据、人脸识别、智能判图、无感测温等先进技术的应用，实现对乘客出行全过程服务需求的主动感知，围绕资讯、出行、防疫等关键服务内容进行智能整合、构建新时代智慧出行服务体系。

一、智慧乘客服务平台建设概况

成都轨道交通智慧乘客服务平台主要由智慧安检、智慧测温、智慧票务三大子系统组成。根据系统功能规划和实际业务需求考虑，将系统应用分别部署在中心级云平台和车站数据库服务器上，针对各层次业务要求，分别在中心和车站及现场部署不同的功能集合，系统保持架构的高度灵活性。

服务于线网的智慧票务系统和智慧安检信息化平台系统均部署于主备数据中心的云平台上，可根据业务规模及需求灵活部署和按需扩展。本项目在异地分别建设智慧乘客服务平台数据主中心和数据灾备中心，实现两个数据中心的数据级灾备及关键业务的应用级灾备功能；并与线网清分中心、线网指挥中心、线网客流分析决策平台（NCCC）等实现数据互通和共享。

线网智慧乘客服务平台主要围绕以下核心功能建设：

1.智慧票务。通过在闸机上增设人脸识别模块、在安检通道附近增设智能摄像头，以及对成都地铁APP、MLC等票务系统进行升级改造，实现包括人脸识别、移动支付等在内的多元化智慧票务支付功能。

2.智慧测温。在车站安检通道设置红外测温摄像头，同时开发智慧测温系统，实现适应移动和固定场景的乘客体温无感检测与体温异常告警，并上传至乘客服务平台进行记录和告警，为智慧化防疫提供有效的技术支撑。

3.人脸识别过闸。通过人脸识别技术，为乘客提供刷脸过闸及支付票款的服务，实现即时通过，先乘后付，保障乘客刷脸无感快速过闸响应，提升乘客出行体验，同时提升地铁的智慧化服务。

4.智慧安检。通过人脸识别、视频智能分析、智能识图及智能集中判图等新技术、新产品的应用，实现重点安检乘客异常行为分析与预警；违禁物品检测与人脸抓拍联动；防止隔栏递物、带包漏检；智能检测辅助违禁品识别等功能；有效提升安检工作效率和智能化水平。

二、平台整体架构及功能

线网智慧乘客服务平台按三级架构部署，架构图见图1：

图1 智慧乘客服务平台功能架构图

·中心级：中心级包含智慧安检系统、智慧测温系统、智慧票务系统，以及与第三方系统平台的对接服务子系统；同时负责车站级子系统的监测与管理等。智慧乘客服务平台中心级的基础硬件、中心服务器、网络安全设备等设备根据数据中心统一规划，部署于数据中心云平台上。

·车站级：车站级子系统由中心级系统统一管理，提供边缘计算能力。主要包含站级智慧安检系统、智慧测温系统、人脸识别系统（提供人脸预筛服务、人脸对比服务）。

·现场级：在进出站闸机及BOM上增设人脸识别模块、在安检通道增设各类智能摄像头、红外测温摄像头及黑体，并将安检设备联网。现场配置环网交换机通过光纤组网，上传现场设备信息及监视系统图像、视频至站级GPU服务器和中心级业务系统。

三、系统融合设计

本项目在设计和建设过程中打破传统安检、票务独立设计和建设模式，减少接口、最大限度的实现了资源共享和系统融合设计。分别从以下方面开展系统融合设计：

1.前端和后台设备融合。在闸机AGM和票亭BOM设备上新增高性能的人脸识别终端（PAD），实现人脸识别功能，新增的功能与原票务系统功能融合。智慧安检、智慧测温及人脸识别过闸子系统均在前端设置了智能摄像头，后台共用视频管理及视频分析服务器、智慧安检与人脸识别过闸共用GPU服务器及磁盘阵列。各系统在站级整合了硬件资源，实现计算和存储资源的融合和共享。

2.系统网络架构融合。车站级智慧票务、智慧安检、智慧测温子系统现场网络采用融合设计，架构图见图2。在车站AFC设备室/弱电综合设备室多系统共用1台站点交换机，与车站公共区现场设置的环网交换机、POE交换机之间通过千兆光纤链路组成环网，保证车站网络的高可靠性。车站闸机及BOM新增的人脸识别模块通过环网交换机与站点接入交换机，实现与车站及中心数据传输；车站安检机、智能安检门、自动测温设备、各类高清摄像机通过POE交换机与站点接入交换机实现与车站及中心数据传输。

图2 车站级系统网络架构图

线网智慧票务中心及智慧安检中心的应用业务由主备数据中心的云平台统一承载，与车站级业务结合，实现线网中心-车站边缘的业务协同。

（1）视频智能分析及人脸识别算法融合

为实现智慧检人、智慧检物功能，各站安检点分别设置了带包漏检分析相机（集成于智能安检门）、人脸比对预筛相机、安检点监控相机、隔栏递物监控相机、红外体温检测相机、隔栏递物相机、乘客异常行为分析相机等各类监控摄像机；在安检机上设置了入包口摄像机、出包口摄像机以及AI智能识图设备等，以上各类相机及智能设备均需后台对采集的图像和视频进行实时的智能图像/视频分析。

智慧票务平台、智慧安检平台及智慧测温系统均对人脸识别算法有统一的需求：

人脸识别过闸：通过人脸识别算法，对前端抓拍人脸图像和后台进行快速比对。在线网中心和车站分别设置人脸库比对库，通过现场设置人脸预筛相机，利用本地人脸库的小数据量、短网路路径等优势，缩小比对范围，实现闸机人脸PAD抓取人脸信息的快速识别、极速过闸的乘客体验。

智慧安检平台：通过人脸比对，实现重点安检乘客异常行为分析与预警，以及违禁物品检测与人脸抓拍联动。

智慧测温：智慧测温系统对所有进站乘客进行智慧测温，体温记录与人脸信息进行关联。

本次设计将视频智能分析和人脸识别相关业务整合，由智慧安检系统线网中心统一提供智慧图像/视频分析功能模块，由智慧票务系统中心级人脸识别后台及车站级人脸识别子系统统一提供人脸识别功能模块；视频智能分析及人脸识别相关业务以虚拟机的方式部署在线网云平台节点上，各业务系统共用中心级和站级GPU服务器资源，实现车站级各业务系统视频分析和人脸识别的需求。

（2）业务场景和后台系统融合

安检、测温及刷脸过闸是乘客进站乘车前的三大关键应用场景，系统设计按照乘客乘车流程进行业务开发融合设计。

乘客通过成都地铁APP完成用户注册，注册数据存储在智慧票务平台。用户开通人脸乘车功能后，加密后的人脸注册数据同步至中心级“人脸注册库”。用户乘车时，先通过智慧测温设备，由智慧测温系统对乘客进行温度判断，温度异常时，该乘客人脸信息上送至异常人脸库，由人工安检进一步处理；温度正常的用户，将进入安检流程，由智慧安检系统设备对用户及随身物品进行检测判断，安检异常时，该乘客人脸信息上送至中心异常人脸库，由人工安检进一步处理；测温正常且安检正常的用户，可正常进站刷脸。用户过闸时，由位于闸机通道的PAD人脸识别终端获取乘客的人脸数据，上传至智慧票务系统对人脸数据进行比对，核对通过后打开扇门过闸；乘客出站后，闸机将通行数据上传至MLC多元化票务平台，完成基于脸码互通的票务匹配及用户扣费流程，推送扣费信息至智慧乘车服务平台，由APP向用户实时通知并显示扣费及行程相关数据。

智慧票务系统与地铁的AFC系统架构相互融合：基于统一的成都地铁APP作为人脸注册录入入口，建设线网级中心人脸识别比对子系统，并建立成都地铁乘客中心人脸信息库，同时建设车站人脸识别比对子系统，建立车站常旅客站点人脸信息库；对接MLC多元支付平台，打通人脸和二维码两种过闸方式的行程融合，通过完善一体化账户体系完成行程扣费，为地铁旅客提供良好的用户体验。

智慧乘客服务平台整体采用功能模块化设计。各业务子系统共享后台数据资源，打通了外部业务系统（NCCC/ACC/MLC）之间的数据接口，实现了业务流程的融合。

（3）机房设备融合

车站级各子系统共用GPU服务器、站级交换机、磁盘阵列、网络安全等设备，各类设备设于同一机柜内，共用UPS电源和配电设备，共享设备用房，实现了机房整合和运营管理及系统维护的融合。

线网中心级设备部署于主备数据中心的模块化机房，系统硬件由云平台进行统一维护和智能化管理，各业务应用系统由系统承包商及主管业务部门按照职责统一运维。

云化数据中心的运维应兼顾传统数据中心的运维方式和工具，遵循ITIL服务体系框架，对IT服务流程进行平台化管理。云平台配置专业的运维信息系统，采用集中部署、云化部署对云设备和非云设备信息进行实时监测，实现运维的可视化、智能化。

（4）后台数据融合

乘客在APP注册信息、安检、测温、刷脸过闸等流程产生的各类交易信息、以及系统从前端采集的各类设备状态、报警信息、图像及视频信息等在线网级云平台集中存储。数据处理平台对各层级子系统采集的各类基础数据（实时数据和历史数据）进行整理、分析、挖掘，通过对分析功能和基础能力的集成，形成不同功能支撑单元，为应用分析层提供数据和功能支撑：比如汇总各类交易统计报表、分析各类关键指标、预测客流结果、综合展现安检告警信息和设备状态信息等，根据需要向企业内部各生产系统以及企业外部职能部门提供分析汇总后的综合信息。结合大数据智能分析技术，可以实时显示线网安检态势、线网客流动态等，一方面为大客流预警提供有效的数据支撑，另一方面能深度了解乘客出行特征，提供高效、便捷的出行服务。通过叠加地铁信息要素如客流数据、行车数据、地铁周边交通信息等，以辅助城轨调度指挥和应急指挥。

四、系统设计的创新性

本项目在各系统设计和建设中实现了以下技术创新：

一是搭建国内轨道交通行业第一个集智慧安检、票务、测温系统的综合性乘客服务平台；前端及顶层系统融合，构建AI智慧交通一体化生态。

二是打破传统安检、票务分立模式，国内率先在城市轨道交通行业实现乘客实名制的人脸识别、智慧安检、测温防疫多场景综合应用落地，与公安人证系统信息互通；

三是国内首次大规模对全网车站全部通道闸机、BOM改造新增人脸识别PAD，人脸库规模达到千万级，通过人脸预筛，分级设库，实现超高并发比对和快速过闸；按需进行改造，系统平滑升级，改造期间运营不中断；

四是国内首次全线网线路应用集中判图系统，采用违禁品自动识别技术、多车站集中判图综合调度技术、智慧安检中心管理平台等达成实时判图、远程判图、集中判图、AI智能辅助判图等功能，实现轨道交通安检工作减员增效；

五是建设线网级乘客综合服务平台，系统、功能模块化设计，形成线网统一的建设标准、验收标准，接入标准，与外部系统COCC、ACC/MLC、NCCC数据互联互通共享；

六是采用云边协同架构，依托站级边缘层实现底层生产数据采集及处理，线网云平台后台数据信息互通、业务共享，实现人脸信息AI比对及乘客安检、测温、票务数据信息关联分析。

本项目建设的成都轨道交通智慧乘客服务平台是国内城市轨道交通集智慧安检、智慧票务、智慧测温多系统融合的综合性乘客服务系统平台之一，是城市轨道交通智慧票务、智慧安防、防疫管控的重要支撑平台，是落实建设智慧城市、智慧城轨的重点落地项目。

通过云计算、大数据、人脸识别、无感测温、智能判图等技术的综合应用，全面提升地铁运营的全息感知、实时分析、科学决策和精准执行能力，打造业务智能联动、资源智能适配的“智慧地铁”,保障运营全局安全、提高运输效率、改善经营效益和提升服务质量，实现乘客良好的无感出行体验。