智慧地铁移动站务管理系统研制与应用

刘建委，张国明，白雪亮，李镇文

（1.广州地铁建设管理有限公司，广东广州 510250；2.广州新科佳都科技有限公司，广东广州 510700）

1 前言

地铁生产系统如综合监控系统、电力监控系统、环控系统、自动售检票系统等已成为地铁信息系统建设的标配，而缺乏面向地铁站务的业务系统建设[1]。通过地铁站务安全风险分析得出，车站安全包括行驶安全、建筑安全、消防安全和旅客运输安全[2]。目前，有效的地铁站务管理系统研究相对滞后。当站务人员不在车控室时，无法实时掌握车站客流情况和设备运行状态，而且发现问题时也无法及时沟通反馈。

基于工业互联网、大数据、人工智能等新技术，广州地铁22 号线采用基于综合监控的移动站务管理，利用移动信息技术管理和监控地铁运营和服务，实现“口袋”综合监控功能，实时展示运营信息数据、设备运行状态、事件和报警数据、视频监控画面、智能客服等信息。在现场巡视发现异常时，移动站务则成为现场与监控中心的信息桥梁，通过移动站务可对异常事件的现场照片、视频文件进行上报，即时反馈和解决现场问题。借助车站内移动热点网络（Wi-Fi），将车站中的各种设备连接到同一个互联网络系统中，同时通过热点网络将各专业的实时数据传送到特定的系统界面上，并对其进行相应的监管。搭建站内通信联络体系，赋能单兵作战能力，从而提升地铁运营的效率和安全性。

2 站务管理系统移动终端设计要求

2.1 设计原则

基于综合监控系统实现的智慧地铁移动站务管理系统是移动互联网技术与传统综合监控技术紧密结合的产物，即在传统综合监控系统的基础上，辅以自动、实时、远程的站务管理模式。移动端站务管理系统的建构原则为简洁实用，且稳定可靠。因此，系统建构过程要切合实际需求，防止过度设计。设计原则如下。

（1）柔性。柔性是该系统设计的重要特征，它反映了软件开发过程中对外部环境的适应性。移动客户服务终端系统要具备一定的弹性，才能对其进行及时的调整和改进。

（2）自适应性。由于该系统所处位置为地铁自动售检票系统中的车站设备子系统当中，需要与多种不同设备及外部业务系统进行对接。因此，在系统的设计开发过程中，要使其具备一定的弹性，便于日后接入更多种类设备，并与更多外部子系统进行对接。

（3）独立性。系统的每个部分要具有独立性，且方便进行变动，能够提升系统的性能，并能持续满足系统功能变化的需求。

2.2 接口需求

（1）设备层。用户通过基于iOS 9.x 操作系统的iPad Pro 移动端设备访问系统。

（2）接口层。移动端设备与服务层通信使用Web API（一种网络应用程序接口）技术进行数据交互。

（3）服务层。提供设备监视服务、告警与事件服务、客流分析服务、电能分析服务、运营数据汇总服务、用户管理服务。基础组件包括交互式连通（ICE）通信框架、Cache 组件、Log 日志组件。其中，Cache 组件提供数据缓存功能，数据可缓存30 min（过时自动清除），以满足界面频繁查询的响应速度要求。

2.3 技术选型

由于系统需要支持iOS 移动终端应用，后续还需支持Android 应用，故服务层选择使用Web API 技术提供服务接口供前端客户端调用。同时，由于服务层采集数据来源于外部综合监控系统，故还需支持综合监控系统现有的ICE 通信框架和支持访问综合监控系统现有数据库DB2（IBM 公司开发的一个关系型数据库管理系统）。另外服务器需部署在Linux（一种开放源代码的操作系统）环境上。

综上，移动站务管理系统最终选择使用C 语言、.NET Core 框架（一种构建跨平台软件应用程序的开源框架）开发Web API、EF Core（开源对象关系映射框架）连接DB2数据库。

3 站务管理系统移动终端设计方案

3.1 系统架构

移动站务管理系统使用WPF（微软推出的桌面应用开发系统）和H5（一种构建应用程序的HTML5 标准）页面作为界面展示，其中WPF 使用的MVVM（模型 -视图-视图模型）模式具有低耦合、高重用性等优点。

图1 移动站务管理系统架构图

视图层使用LiveCharts（一种可自定义的图表控件）展示数据图表，集成了Xceed（一种可视化组件的开发工具包）、WPF、AalonDock（一个开源控件库）优化界面显示。视图模型层集成Prism（一个应用程序框架），高性能实现命令和数据的绑定。H5 页面使用高性能开源框架CEF（Chromium Embedded Framework）展示。客户端主要的数据来源为数据中台（DataHub），连接模式按业务需要有WebSocket（一种在单个TCP 连接上进行全双工通信的协议）、HTTP（超文本传输协议）、RESTful API（一种互联网软件架构的设计规范）等方式。由DataHub 来与实时数据中心、历史数据中心、DB 对接。客户端集成一些第三方组件方便实现业务逻辑，如日志组件NLog、处理JSON（一种轻量级的数据交换格式）的Newtonsoft.Json（.NET 下开源的json格式序列号和反序列化的类库）、用于WebSocket 通信的WebsocketSharp（一个用于 .NET 和.NET Core 的WebSocket 客户端库）等，移动站务管理系统架构如图 1所示。

3.2 技术架构

系统的技术架构分为设备感知层、平台层、应用层，如图2 所示。

图2 系统技术架构图

（1）设备感知层。支持不同类型工业互联协议（如Modbus、IEC 104、TCP/IP 等）的接入，采集各专业海量的设备信息，并转换为统一的物联协议后发送给平台层。

（2）平台层。对采集到的数据进行实时处理和转换，结合数据中台的大数据处理能力，形成对上层应用的数据服务。

（3）应用层。在上述服务的基础上，通过移动站务管理应用对车站运行状态进行监控，并实现单兵作战、站内通信。

3.3 工作原理

3.3.1 数据采集逻辑

该系统主要功能为对站点各专业数据进行收集并进行显示，因此，采集数据进行统一处理的逻辑关系如图3 所示。

图3 移动站务管理系统数据采集逻辑示意图

3.3.2 即时通信

用户在登录成功后，自动与车站值班人员、中央调度人员等建立群组进行即时通信，实现对现场信息的即时报送，同时可接收车站值班人员、中央调度人员和维修人员的反馈信息。报送及反馈信息格式支持文字、语音、图片、短视频等。其中短视频拍摄时长限制为15 s，语音时长限制为60 s。

（1）车站无线Wi-Fi 局域网内的移动终端之间可进行音视频对讲，用于站务员之间工作联络[3]。

（2）通过车站无线Wi-Fi网与智能客服系统连接，并接受系统的设备管理及接受客服代表的呼叫。

（3）各车站站务人员自动组成群组，拥有多个车站的管理权限，可查看并使用多个群组，中央级拥有整条线路所有站的群组。

4 站务管理系统移动终端应用情况

4.1 移动单兵

目前，地铁系统的视频监控系统只能对车站各关键点及车厢等场所进行实时视频监控，但对轨道沿线的日常巡检、突发事件现场的视频监控存在很多盲点。因事件发生时间和地点具有随机性，而固定监控点覆盖存在着局限性，这就造成事件现场的图像信息无法实时反馈到监控中心，不能及时、准确获取现场实际情况[4]。在这种情况下，车站值班人员可随时赶赴事件现场，使用可移动式视频监控设备进行图像采集，并通过无线网络及时传输到监控中心，使管理人员能够及时、全面了解情况，制定完善的处理方案。

本文中移动单兵是指地铁站务运营场景应用的单兵智能监控终端，作为综合监控系统的有效补充。该终端设备可配合综合监控平台的统一管理，能够快速发现预警信息，实时将巡检过程中发现的隐患通过报警或记录功能上报至综合监控平台，方便指挥中心及时发出准确指令，保证车站运营安全，真正意义上实现综合监控点面结合的应用需求。

移动单兵作业支持用户在巡站过程中，发现问题即时上传照片、视频、语音及集体通信，更好地帮助实现协调沟通。移动单兵具备如下特点。

（1）图像融合。利用定位系统，对站务人员所在地点进行自动或人工报告，并支持拍照和摄像，实现图像采集和实时传输到综合监控系统平台。

（2）应急通信融合。出现突发情况时，支持一键报警功能，并向站点监控中心发出紧急求救信号，通过综合监控平台，可实现跨系统、多终端的统一管理及调度，打破通信孤岛，突破沟通障碍，提高指挥效率。

（3）单兵数据监控。巡视检查可设置巡检路线、巡检时间、巡检人员、排班计划等功能，实时查看站务人员巡视轨迹，便于管理层进行人员管理。

（4）调度指挥辅助决策。通过地理信息系统（GIS）地图和实时音视频，指挥中心可以观察到移动单兵传输的信息，实现联动可视化指挥调度，达到点面结合的指挥效果。

4.2 功能实现

移动站务管理系统可实现对站内整体情况实时感知，通过大数据实现客流分析，为站务客控决策提供数据支撑；通过移动端对专业设备预警信息进行实时监测，及时掌握设备运行态势；依托站内移动终端设备自动建群，实现站务人员即时通信，方便现场灵活调度[4]。

4.2.1 运营数据汇总

由于系统主要功能为采集车站各专业数据并展示，因此需要统一采集数据。综合监控系统和移动站务管理终端两侧同时采集投产运营统计信息，指标信息包括投产状态的线路情况（包含线网、客流、车站、车辆速度、车辆里程等统计数据）、生产作业系统、乘客服务系统、应急安全等系统运行数据，形成统一的运行监控窗口。如图4 所示。

图4 移动终端运营信息界面图

4.2.2 客流分析

系统界面可展示客流曲线，可查看相应频次不同时段的客流变化趋势。根据车站进站、出站客流数据,可以通过饼状图等可视化方式展示当前进出站客流情况。通过对地铁客流实时运行数据统计分析，展示线网指标、车站指标、客流指标、运行指标、服务指标、收入指标等指标，提供客流预测和报警功能，为管理人员进行指挥调度、安全运行监控、决策提供有效的技术支持和帮助。

4.2.3 设备监视

站务人员除了通过站内综合监控系统对设备运行状态进行实时监控，站台或站厅的站务人员还可通过移动终端监控管理供电系统、车站机电系统、火灾自动报警系统等系统。站务人员在移动端界面上能够查看电力监控系统的设备状态、车站各机电系统设备运行状态、火灾报警、设备故障、联动对象执行情况、行车相关信息及关键设备的运行、报警和故障信息。当系统信息发生异常时，操作员不需在车控室的PC 端操作，在移动端界面具有监视权限的子系统中可查看并处理报警信息，如图5 所示。

图5 移动终端设备监控界面图

（1）供电系统设备。界面可查看包括27.5 kV、33 kV、400 V 等电力监控系统的主要设备状态、报警和故障信息。

（2）车站机电系统设备。界面可查看站内环控设备（隧道风机、冷水机组、通风空调）、给排水设备（区间水泵、车站水泵）、照明设备（智能照明、应急照明、导向照明）、乘客服务设备（自动扶梯、电梯、站台门、AFC 设备）等机电系统各主要设备的状态、报警、故障和运行模式信息。

（3）火灾自动报警系统。界面可查看火灾报警、设备故障、联动对象执行情况等相关信息，包括火灾预警或报警信息，探测器、控制盘、模块、电源等关键设备故障信息，非消防电源、消防水泵、防火卷帘等火灾联动对象执行情况。

（4）行车设备。界面可查看当前运营列车数量、信号系统报警、车辆报警等行车相关运营信息及关键设备的运行、报警和故障信息。

4.2.4 事件报警

系统监测全线车站、主变电所、车辆段及通信信号楼，界面显示全线监控的报警情况。当系统报警信息发生变化时，后台将报警数据推送到前端，操作员可在界面上查看子系统的报警信息。移动终端可远程查看所有受监测位置点的实时趋势和图形概览。基于Web 的界面允许操作员在控制面板视图中深入查看受监视区域，可以查看任何时间的数据。报警仅显示紧急、严重级别的报警，其他级别的报警不显示。报警界面只显示激活的报警（包括激活且未确认的报警、激活且已确认的报警），关闭及消除的报警将不显示，如图6 所示。

图6 移动终端事件报警界面图

4.2.5 能耗数据查询统计

移动终端支持能耗数据多维度统计分析呈现，支持表单快速查看导出，以车站维度、专业维度分析各项能耗指标，并可根据灵活设置定义的告警策略和告警参数进行智能报警，及时发现用能异常。

4.3 系统优势

通过广州地铁22 号线的应用实践，总结该系统具备如下优点。

（1）自动化。操作员可快速在移动端发起流程，手机通知消息及时，部门领导可及时获得信息反馈，流程处理有据可依。

（2）高效化。随时随地获知车站实时动态，可做到及时发现，即时处理，大幅提高工作效率。

（3）互通化。移动端与综合监控系统数据共享，上传数据规范标准，即时通信出错概率降低，协助运营管理，不断提高管理、设备维护、领导决策的效率和水平[5]。

（4）效益化。移动站务管理界面简单，操作容易，只需1 部移动终端，即可实现车站站务人员办公移动化，工作效率得到质的飞跃。

4.4 社会效益

移动站务管理系统在广州地铁22 号线的应用带来多方面的社会效益，有助于提高城市交通系统效率、乘客体验。

（1）提高运营效率。移动站务管理系统帮助地铁运营公司更有效地监控列车运行、车站人流、票务管理和设备维护，减少延误、提高准时性，并降低运营成本。

（2）改善乘客体验。通过提供实时列车信息、站点导航、座位可用性等信息，乘客可以更轻松地规划出行，减少不便和等待时间，提高出行的舒适性。

（3）增强安全性。移动站务管理系统可以用于监控站点和车辆运行状态以及紧急情况的处理，有助于提高乘客的安全感，同时可以更快速地应对紧急情况。

（4）减少交通拥堵。通过提供实时列车信息和乘客导向，乘客更有可能选择公共交通而不是驾车，从而减轻道路交通拥堵，减少尾气排放，改善城市空气质量。

（5）数据分析和规划。移动站务管理系统可以生成大量数据，用于分析乘客出行模式、高峰时段、拥挤站点等信息，从而优化公共交通系统的规划和设计。

5 结语

在信息化高速发展的今天，人们对于地铁运营服务要求越来越高，亟需地铁运营服务快速响应乘客需求。广州地铁22 号线基于综合监控系统的移动站务管理模式，采用移动端与客户端交互使用、互为补充的形式，减轻了站务人员工作量，提高了运营效率，提升了运营服务质量。