高铁车站客运计划数据在照明节能方面的应用

摘  要：为了降低高铁车站的照明能耗，减少大量无效照明带来的能源浪费，在调研并分析车站既有的客运计划数据特点的基础上，提出了基于客运计划数据拓展应用的车站照明节能系统设计方案。通过车站实时的客运计划和相关区域的照明计划形成联动机制，实现对照明设备“车来灯亮、车走灯灭”的智能化控制。经在某城市试点高铁车站验证，其结果达到了降低照明能耗，节能减排，减少铁路运营成本的目的，取得了满意的效果，可以在国内加以推广应用。

关键词：客运计划；列车照明计划；区域模式规则；设备照明计划

中图分类号：TP315  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）08-0193-03

Abstract： In order to reduce the lighting energy consumption of high-speed railway stations and reduce the energy waste caused by large amount of invalid lighting， based on the investigation and analysis of the characteristics of the existing passenger transport plan data of the station， a design scheme of the station lighting and energy saving system based on the expanded application of the passenger transport plan data is proposed. The linkage mechanism is formed through the real-time passenger transport plan of the station and the lighting plan of the relevant areas to realize the intelligent control of the lighting equipment “the lights turn on when the trains come and the lights turn off when the trains leave”. Through the verification of a pilot high-speed railway station in a city， the results achieve the goal of reducing lighting energy consumption， energy saving and emission reduction， and reducing railway operating costs. It achieves satisfactory results， which can be promoted and applied in China.

Keywords： passenger transport plan; train lighting plan; regional mode rule; equipment lighting plan

0  引  言

國家铁路局关于印发《“十四五”铁路科技创新规划》的通知中明确了绿色低碳的要求[1]。通知要求贯彻落实国家碳达峰碳中和部署，充分发挥铁路绿色发展优势，把绿色科技贯穿铁路技术装备、工程建造、生产运营全过程，着力降低铁路综合能耗方面关键技术的研发与应用，打造更高水平绿色生态铁路[2]。火车站是一个旅客人流密集的场所，需要照明设备多，每天耗电量大，成为车站的主要能耗部分，因此降低车站照明能耗契合建设绿色生态铁路的规划要求，本文将着重介绍如何通过技术手段实现车站照明能耗的降低。

1  系统的实用性及先进性

目前国内大部分车站内照明管理主要依赖人工控制或时间表控制的方式，人工控制是通过工作人员手动控制车站某场区照明设备的接通与断开，该方式工作量大，任务烦琐，缺乏远程控制手段[3]。传统人工控制方式造成这些区域在列车开走或旅客离站的情况下依然灯火通明，产生大量无效照明，增加了铁路运营成本[4，5]。因此，设计出一种根据车站列车客运计划信息，按照“车来灯亮、车走灯灭”的总体应用逻辑对照明设备进行自动控制的智能照明系统。对于实现能源的高效利用，避免无效光照，减少操作人员的工作量，建设绿色低碳铁路有着极其重要的意义，其相关理念及技术实现具有实用性、创新性和先进性。

2  系统的基本架构

如图1所示，本系统软件主要由四部分组成：基础设施、数据层、业务服务层和业务应用层四部分组成，其具体功能如下：

基础设施层：由系统软件、服务器、存储体系和计算机网络构成，主要为系统的运行提供硬件支撑；

数据层：由旅服客运计划数据，照明设备及照明规则类数据，区域类数据（如：站台、候车厅、进站通道、出站厅等），控制类数据构成，主要为系统的运行提供基础的数据支撑；

业务服务层：它是系统运行的核心，提供了支撑系统正常运行的各项业务逻辑运算，如区域的对应及转换，根据列车客运计划及有车时间规则生成列车照明计划，根据列车客运计划的变更及时调整相关照明计划，根据列车照明计划结合区域模式规则生成设备照明计划，报表所需数据的整合统计，然后以服务的形式提供给业务应用层调用。

业务应用层：提供浏览器B/S接入方式，此外还包含提供业务应用操作界面的各项框架构成，提供友好的人机交互界面。

3  业务流程

首先，系统通过轮巡的方式从外部既有系统获取本车站的客运计划数据，然后与上次轮巡获取的客运计划数据进行比对，若比对结果数据一致，则流程不向下进行，等待下一个轮巡周期；若比对结果数据不一致，则引起已经生成的照明相关计划的变更，同时把当次取得的客运计划数据缓存下来（系统首次运行时没有上次缓存的数据，这时把当次取得的客运计划作为基础去生成照明相关的计划）。照明相关的计划生成分为两步，第一步先根据变更的客运计划数据和有车时间规则生成列车照明计划，即因为列车到发本站从而影响照明的时间区间；第二步是根据列车照明计划和照明模式及区域模式规则生成设备照明计划，即具体到照明回路开关时间的计划，照明控制程序可以根据该计划直接生成回路的控制命令从而实现对照明回路的控制。车站照明节能系统业务流程如图2所示。

4  系统主要设计思想

4.1  实时获取客运计划数据

车站的智能照明计划离不开列车实时的客运计划，需要获取的列车的详细信息，如：车次名称、到点时间、发点时间、列车类型、列车停靠类型、检票口、候车厅、站台、出站口等列车的客运信息。同时需要系统能够运算出客运计划的变更，如检票口变更、站台变更、频繁的到发点的变更，根据变更的客运计划数据去生成或调整相关的照明计划，避免相关照明计划与列车的实际到发出现脱节现象，导致照明系统出现和当前车站业务不匹配的问题，影响旅客的出行。

根据实际的照明控制需求，业务的实时性要求达到分钟级别即可，因此可以设计采取每隔一分钟轮巡的方式获取外部系统的客运计划数据。获取客运计划数据后，需要进行区域的对应转换，比如，外部系统的站台是逻辑站台，即“二站台”和“三站台”在外部系统中是不同的站台，在本系统中一个物理站台才能作为一个站台，即外部系统的“二站台”和“三站台”两个不同的站台对应本系统的一个站台“二、三站台”，这是由不同的业务系统针对车次到发所影响的设备范围不同，以及设备在物理空间上布置方式不同所决定的。

4.2  列车照明计划的生成

有车时间规则即根据区域类型的不同（如站台、候车厅、进站通道、出站通道，出站厅等），列车类型的不同（如高速、动车、直特、特快、普快、普客、市郊、混合、准高等），列车停靠类型（始发、途径、终到）的不同，设置照明设备的开关相对时间，设置相对时间必须选定一个基准时间，基准时间可以根据不同的列车类型和停靠类型选择到点、发点、开检时间、停检时间等。比如区域类型选定“站台”，列车类型选定“动车”，基准时间选定“到点”，开灯相对时间设定一个数值为“-5”，则表示站台上的照明设备在动车到本站之前5分钟开启。

根据上述的有车时间规则，结合实时获取的客运计划数据，即可以生成列车照明计划。因为从外部系统获取的客运计划，确定了车次，车次类型，停靠类型，所影响的具体区域及区域类型，而且车次到点、发点、开检时间、停检时间都是绝对时间，从而可以算出某车次影响某具体区域的照明时间区间，即在某区域开灯时间和关灯时间。

4.3  设备照明计划的生成

列车照明计划解决了列车影响某区域的开关灯时间，但是开关哪些具体的回路设备尚没有确定，同时，有些区域的照明设备的开关和车次的到发没有关系，比如候车厅的照明回路设备的开关不关心车次的到发，夜晚某一时段全开，某一时段开一部分，白天只开一部分，而且只开一部分的情况时，为了照明设备的使用均衡而进行部分轮流使用，这就需要考虑这些需求的情况下进一步生成设备照明计划，即具体到每一回路设备的开关灯计划。

首先定义照明模式，比如针对和列车到发有关系的每个站台，可以定义夜间有车模式、夜间无车南侧半开模式、夜间无车北侧半开模式、白天模式等；针对和列车的到发没有关系的候车厅，可以定义白天模式、前半夜模式、后半夜模式等，这些应该根据具体车站的实际需求定义。然后把区域和照明模式以及该模式对应的照明回路设备关联起来，从而形成的照明模式定义如：一站台夜晚有车模式下影响回路一、回路二、回路三、回路四；一站台夜间无车南侧半开模式下影响回路一、回路二；一站台夜间无车北侧半开模式下影响回路三、回路四。

其次，建立区域模式规则，主要设定某区域在不同的时间段被不同的照明模式所影响，比如，一站台在“18：00—23：59”时间段采用“夜间有车”模式，在“00：00—06：00”时间段采用“夜间无车南侧半开”“夜间无车北侧半开”两种模式，即这两种模式在夜间无车时隔天交替均衡使用。同时需要明确该条规则和车次的到发有没有关系，若没有关系，则生成设备照明计划时不需要考虑列车照明计划。如候车厅在“18：00—06：00”时间段采用“夜间”模式，在“06：01—15：59”时间段采用“白天”模式，当然为了照明设备的均衡使用，也可以设置更多模式，不同的模式对应不同回路设备，同一时间段对应多个模式，当同一时间段对应多个模式时，则每天依次轮流使用不同的模式，即实现照明设备的均衡使用。

生成设备照明计划时，首先根据区域模式规则判断该条规则是否和列车到发有关，若无关，则看其所应用的照明模式，若有多个模式，可以采用当前日期与某日期的间隔天数取模的方式确定使用哪个照明模式，如：某条区域模式规则使用3个不同模式，当前日期为2022年10月11日，则与1970年01月01日的间隔天数为19 276天，对3取模值为1，则当天该区域采用第二个照明模式。若区域模式规则和列车的到发有关，则用到前述已生成的列车照明计划，列车照明计划确定了列车影响某区域的照明时间区间，根据区域模式规则得到该区域采用的照明模式，就可以得到该区域某时间段采用的照明模式，照明模式与回路设备已经建立关系，就可以得到该区域某时间段哪些回路设备要处于开启状态。

最后，需要对生成的设备照明计划进行优化调整，如某站台车次到发频繁，会导致该区域照明设备的频繁开启和关闭，会增加照明设备的损坏概率，降低设备的使用寿命，因此需要对过于频繁的模式切换进行优化调整。比如間隔时间5分钟以内的多条设备照明计划，若都采用了“夜间有车”照明模式，则把多条设备照明计划合并为一条，其时间区间采用该多条计划的最小时间和最大时间，最终生成的设备照明计划数据结构如图3所示。

4.4  设备照明计划的执行

车站一般在运行过程中，基本上按上述生成的设备照明计划进行车站照明设备的控制，如果出现临时任务，那么就需要进行手动和自动的切换 。如果当前区域的计划是自动计划，则需要停止该区域的自动照明计划，通过手动的方式发送手动命令。如果当前区域为手动计划，则不需要停止该区域的自动照明计划，直接发送手动命令，反之亦然。

不管手动计划命令还是自动计划，他们对控制终端来说，都是命令的形式，在现场实际环境中，好多照明设备的控制器都是在一个模块上，需要对照明设备发送指令时候，不能影响其他无关照明设备的开关。同时在发送命令时要注意不能重复持续对某一个设备发送同样的指令，否则容易造成设备损坏。

作为车站照明节能系统的使用人员不仅仅需要车站照明设备能够按照系统的要求执行设备的开关命令，而且需要能够实时看到所管辖车站照明设备运转情况，当前的照明设备是否按照自动或者手动的方式执行了开关命令，如果没有按照计划进行开关，则需要人员立即进行手动干预，在获取现场照明设备状态时不能影响正常的照明计划指令对照明设备的控制，这就要求终端控制器具有双向通信功能，即一方面接收控制指令对照明设备进行控制，另一方面把设备的状态上传上层照明系统。

5  結  论

本文介绍了高铁车站既有客运计划数据所具有的特点，通过充分挖掘和利用其蕴含的业务规律，从而转化为车站节能方面的应用。其实现途径就是根据从外部系统获取的客运计划，结合设定的有车时间规则，区域模式规则，从而生成照明相关的计划，通过对照明计划的执行达到相关区域“车来灯亮，车走灯灭”的节能效果，通过对车站既有数据进行拓展应用的探索，从节能的角度体现了“数据即是能源”的理念。

参考文献：

[1] 姚剑，史天运，端嘉盈.铁路客站站台照明节能控制策略研究 [J].铁道运输与经济，2022，44（8）：58-64+90.

[2] 廖美.高速铁路大型客站照明系统的节能研究 [D].武汉：华中科技大学，2011.

[3] 程清波，沈海燕，刘家涛，等.基于信息物理融合系统的铁路客站智能照明系统 [J].照明工程学报，2020，31（3）：50-53.

[4] 魏际洪.既有铁路车站旅服系统集成技术研究 [D].北京：中国铁道科学研究院，2016.

[5] 谢甲旭.高速铁路客运站旅客服务系统技术研究 [D].北京：中国铁道科学研究院，2013.

作者简介：马一人（1981.11—），男，汉族，河南淮阳人，中级工程师，本科，研究方向：计算机及应用。