張春家，史天運，呂曉軍，白 偉，梁 博，胡 昊

(中國鐵道科學(xué)研究院，北京100081)

0 引言

客運車站作為鐵路與旅客的交互窗口，具有非常重要的地位.隨著新技術(shù)的發(fā)展和業(yè)務(wù)優(yōu)化的需求，構(gòu)建智能客運車站是未來的必然發(fā)展趨勢.法國鐵路公司在大型客運站設(shè)有信息服務(wù)中心，實現(xiàn)了各信息子系統(tǒng)之間的信息共享，并與客運段共享列車運營組織的相關(guān)信息，提高了生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量[1-2].德國鐵路公司建設(shè)的乘客信息系統(tǒng)基本上涵蓋了車站旅客所需要的全部信息，實現(xiàn)了車站旅客服務(wù)與管理系統(tǒng)的一體化[3-4].日本鐵路公司開發(fā)了面向旅客服務(wù)的車站綜合服務(wù)信息系統(tǒng)CyberStation，與新干線運行管理系統(tǒng)和客票發(fā)售系統(tǒng)聯(lián)通，并通過互聯(lián)網(wǎng)向旅客提供各類信息服務(wù)[5-6].東日本鐵路公司專門修建了與實際車站空間相同的智能車站實驗室，按照“安全可靠的車站”“高度便利化的舒適車站”“環(huán)保車站”3個主題對相關(guān)新技術(shù)和創(chuàng)新理念進行驗證與評判[7].瑞士聯(lián)邦鐵路公司將擴展車站數(shù)字服務(wù)視為一項重點任務(wù)，與谷歌、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院等合作伙伴共同開展車站服務(wù)技術(shù)的研發(fā)工作[7].我國車站基本實現(xiàn)了自助化旅客服務(wù)，2107年中國鐵路總公司在中國鐵路國際裝備展專門設(shè)立了智能車站論壇來探討國內(nèi)外智能車站的應(yīng)用和發(fā)展[8-10].

綜上所述，鐵路客運車站智能化發(fā)展的趨勢是信息系統(tǒng)高度集成、數(shù)據(jù)信息充分共享、設(shè)備設(shè)施協(xié)同聯(lián)動、技術(shù)業(yè)務(wù)深度融合、多式交通快捷聯(lián)運，為旅客提供全程化、一體化、自助化、個性化的出行服務(wù).

1 智能車站的基本理念

智能車站將突破現(xiàn)有鐵路客運車站旅客服務(wù)和生產(chǎn)組織模式，以業(yè)務(wù)、問題和技術(shù)驅(qū)動的方式建立一套將車站作為整體的通用框架和標準.智能車站致力于實現(xiàn)2個目標：一是為旅客提供輕松便捷的出行服務(wù)，二是為車站內(nèi)部提供高效安全的生產(chǎn)能力.

從服務(wù)旅客的角度來看，智能車站將是一位個性化服務(wù)助理.在旅客確定出行目的地后，該助理將為旅客提供多套“門到門”的全行程出行方案；在旅客選擇方案后，該助理將為旅客提供路徑導(dǎo)航、時刻提醒等延伸服務(wù)；當(dāng)旅客進站乘車時，該助理將為旅客提供快速安檢、舒適候車、連續(xù)引導(dǎo)、個性餐飲、豐富資訊、精準檢票等服務(wù)；當(dāng)旅客到站下車后，該助理將為旅客提供便捷的站內(nèi)換乘、清晰的出站引導(dǎo)、快捷地其他交通工具接駁等服務(wù).

從內(nèi)部運營的角度來看，智能車站將是一個協(xié)同指揮平臺.針對車站的客運業(yè)務(wù)，該平臺設(shè)置科學(xué)的考核標準、自動編制作業(yè)—人員—設(shè)備的運用計劃、提供合理的決策建議、全面展示生產(chǎn)要素、協(xié)同控制設(shè)備設(shè)施；針對車站的各類客運設(shè)備，該平臺開展設(shè)備工作狀態(tài)實時監(jiān)測、故障提前預(yù)警、全生命周期運維、設(shè)備閉環(huán)控制等工作；針對車站的工作人員，該平臺實現(xiàn)調(diào)度命令及時下發(fā)、位置狀態(tài)實時感知、作業(yè)情況分析評價、人員設(shè)備聯(lián)動指揮等功能；針對車站的安全，該平臺全面監(jiān)控站內(nèi)的安全要素，通過數(shù)據(jù)分析和場景分類制定科學(xué)的安全策略，當(dāng)出現(xiàn)各類安全應(yīng)急事件時，該助理結(jié)合現(xiàn)場情況制定安全應(yīng)急策略，并對站內(nèi)的人員、設(shè)備進行統(tǒng)一指揮，實現(xiàn)快速處置和人員疏散.

2 定義及特征

2.1 定 義

智能客運車站是以旅客無障礙暢通出行、人性化無縫自助服務(wù)、生產(chǎn)高效組織、安全實時監(jiān)控、全面綠色環(huán)保為目標，以現(xiàn)代鐵路管理、服務(wù)理念和云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人等最新信息技術(shù)為支撐，通過全面實時感知、信息及時服務(wù)和生產(chǎn)自動組織，實現(xiàn)客運車站列車、作業(yè)、設(shè)備、人員、環(huán)境的協(xié)同聯(lián)動和閉環(huán)控制，打造高效、自助、安全、綠色有機統(tǒng)一的新型生產(chǎn)服務(wù)系統(tǒng).智能客運車站的顯著標志是自助化、集成化、智能化、國際化.

2.2 特 征

鐵路智能客運車站將構(gòu)建1個以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的統(tǒng)一協(xié)同的有機整體，其典型特征是：全面感知、自助服務(wù)、資源共享、協(xié)同聯(lián)動、主動適應(yīng).

(1)全面感知.

通過對車站的移動設(shè)備、固定設(shè)施、運營環(huán)境、人員狀況及其他相關(guān)生產(chǎn)要素進行全面透徹的信息感知，掌握車站內(nèi)各生產(chǎn)要素的實際狀態(tài)，做到信息的廣泛、充分、持續(xù)、實時感知.

(2)自助服務(wù).

通過音視頻識別、虛擬現(xiàn)實、機器人等新技術(shù)和設(shè)備的運用，為旅客提供“刷臉”進出站、多語言自助問答、殘障人士無障礙進站乘車等人性化、個性化的自助服務(wù).

(3)資源共享.

對感知的海量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和管理，打通站內(nèi)信息數(shù)據(jù)之間的壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享復(fù)用，使數(shù)據(jù)的價值最大化；對站內(nèi)的硬件資源進行統(tǒng)籌管理、按需分配，減少資源的閑置和浪費.

(4)協(xié)同聯(lián)動.

打破現(xiàn)有信息系統(tǒng)各自為戰(zhàn)的狀況，通過系統(tǒng)的整合和互相操控、設(shè)備的閉環(huán)控制、人員的閉環(huán)管理形成1套完善的協(xié)同指揮體系，實現(xiàn)滿足業(yè)務(wù)需求的作業(yè)—人員—設(shè)備—設(shè)施快速協(xié)調(diào)聯(lián)動.

(5)主動適應(yīng).

利用數(shù)據(jù)深度融合技術(shù)建立業(yè)務(wù)模型，在客流、列車等內(nèi)外部運行環(huán)境變化時，自動生成決策建議，輔助管理人員決策，主動調(diào)整站內(nèi)的作業(yè)流程、人員部署、設(shè)備狀態(tài)來適應(yīng)變化，避免旅客排長隊、安全處置不及時等情況出現(xiàn).

3 總體框架

智能客運車站的總體框架包括數(shù)據(jù)感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)資源和業(yè)務(wù)應(yīng)用4個層次，信息安全保障和標準化評價2個體系，邏輯關(guān)系如圖1所示.

圖1 智能客運車站總體框架Fig.1 The general framework of IRPS

(1)數(shù)據(jù)感知層.

通過音視頻監(jiān)控、紅外監(jiān)測、高速攝像、定位系統(tǒng)、手持終端、空氣質(zhì)量監(jiān)測等多種手段，自動獲取客運車站內(nèi)旅客、列車、設(shè)備、環(huán)境、安全等信息，全方位掌握整個客運車站的運行情況.數(shù)據(jù)感知層是構(gòu)建智能車站的基礎(chǔ)，信息的實時采集和種類的多樣是其重要特征.

(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層.

通過多種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和通信技術(shù)，搭建聯(lián)通站內(nèi)各信息節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，匯集感知層采集的各類數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)資源層，為系統(tǒng)間的互聯(lián)互通提供高效穩(wěn)定的物理支撐條件.網(wǎng)絡(luò)傳輸層是構(gòu)建智能車站的關(guān)鍵，數(shù)據(jù)傳輸通道的全覆蓋和網(wǎng)絡(luò)種類的多樣化是其重要特征

(3)數(shù)據(jù)資源層.

通過數(shù)據(jù)庫、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、數(shù)學(xué)建模、平行計算等技術(shù)，對站內(nèi)客運數(shù)據(jù)進行匯集、存儲、管理、建模、分析和展示，支撐車站的具體業(yè)務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)客運數(shù)據(jù)的高效利用和價值挖掘.數(shù)據(jù)資源層是構(gòu)建智能車站的核心，數(shù)據(jù)的共享和深度價值挖掘是其重要特征.

(4)業(yè)務(wù)應(yīng)用層.

在數(shù)據(jù)資源的支撐下，開發(fā)滿足車站實際業(yè)務(wù)需求的具體應(yīng)用，實現(xiàn)旅客出行個性化溫馨服務(wù)、生產(chǎn)—人員—設(shè)備的協(xié)調(diào)聯(lián)動、全天候的安全風(fēng)險預(yù)防和安全保障.業(yè)務(wù)應(yīng)用層是構(gòu)建智能車站的手段，便捷服務(wù)、高效生產(chǎn)和全面安防是其重要特征.

(5)信息安全保障體系.

信息是客運車站智能化的基礎(chǔ)，智能車站將通過規(guī)則制度、系統(tǒng)設(shè)備使用規(guī)范、數(shù)據(jù)備份存儲、新技術(shù)風(fēng)險評估、角色和權(quán)限管理等方面構(gòu)建完備的信息安全保障體系，避免現(xiàn)信息丟失、錯誤、損毀等問題，保障智能客運車站的正常運行.

(6)標準化評價體系.

結(jié)合新技術(shù)的發(fā)展方向和智能車站內(nèi)涵的變化趨勢，構(gòu)建1套統(tǒng)一完善的可擴展的智能車站標準化的評價指標體系，科學(xué)客觀地構(gòu)建客運車站智能化水平的評價模型和方法，達到“以評促建”的目的.

4 業(yè)務(wù)劃分及智能化功能分析

4.1 業(yè)務(wù)劃分

按照服務(wù)對外、生產(chǎn)對內(nèi)、安全貫穿的原則，智能車站的業(yè)務(wù)可以劃分為如圖2所示的智能出行服務(wù)、智能生產(chǎn)組織和智能安全保障3大類.

圖2 智能客運車站的業(yè)務(wù)劃分Fig.2 The business division of IRPS

4.2 智能化功能

(1)智能出行服務(wù).

將新技術(shù)與旅客的實際需求相結(jié)合，為旅客提供全面的、個性化的、人性化的出行服務(wù)，提高旅客的出行體驗.主要包含：①對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、用戶評價、調(diào)查反饋等進行分析，優(yōu)化客運服務(wù)流程，提高旅客對服務(wù)的滿意度；②依據(jù)客流變化自動調(diào)整實現(xiàn)驗證口、檢票口、出站口的開通數(shù)量，使旅客排隊最短；③通過對空氣質(zhì)量、溫濕度、噪聲、照度等環(huán)境要素的實時監(jiān)測和自動調(diào)控，為旅客提供人性化的站內(nèi)候車環(huán)境；④通過整體風(fēng)格設(shè)計、色彩搭配、動靜搭配，為旅客提供高效清晰的引導(dǎo)指示；⑤為旅客提供無接觸式驗票、檢票服務(wù)；⑥利用大數(shù)據(jù)、人工智能、機器人等新技術(shù)，為旅客提供個性化、一體化的展示、查詢、求助等信息服務(wù).

(2)智能生產(chǎn)組織.

將新技術(shù)應(yīng)用到客運車站生產(chǎn)組織中，在保障車站正常運營、旅客正常出行的基礎(chǔ)上，進一步提升生產(chǎn)效率、降低運營成本.主要包括：①依據(jù)列車位置數(shù)據(jù)，精確計算出列車的到離站時間，并結(jié)合乘車人數(shù)、檢票口和車廂分布情況，自動控制廣播、導(dǎo)向等旅客引導(dǎo)設(shè)備的運行狀態(tài)和播報展示內(nèi)容；②依據(jù)客運組織的需求，自動編制車站客運人員的工作計劃并下發(fā)給客運人員，工作人員依據(jù)指令到達指定位置完成接發(fā)列車、上水吸污、驗檢票、旅客引導(dǎo)等工作，并及時反饋工作中出現(xiàn)的各類問題；③利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對站內(nèi)售檢票、照明、電扶梯、通風(fēng)、空調(diào)等設(shè)備整機及關(guān)鍵部件運行狀態(tài)的實際感知，依據(jù)客運生產(chǎn)組織需求，自動編組設(shè)備的運用計劃，實現(xiàn)各類設(shè)備的全生命周期管理和“按需運行”；④利用增強現(xiàn)實等技術(shù)，實時展示站內(nèi)全生產(chǎn)要素的狀況、決策建議和危險預(yù)警信息.

(3)智能安全保障.

通過將新的技術(shù)手段和設(shè)備應(yīng)用到安全保障中，實現(xiàn)事前自動預(yù)警、事中及時處置和事后科學(xué)評價，最大限度保障旅客和車站的安全.主要包括：①利用多數(shù)據(jù)融合處理等技術(shù)對視頻、聲音、氣味、溫度等安全要素進行分析，做到安全隱患事前預(yù)警；②利用大數(shù)據(jù)分析、計算實驗等技術(shù)，建立仿真人員疏散模型，制定人員疏散及應(yīng)急處置預(yù)案；③突發(fā)事件發(fā)生時，依據(jù)站內(nèi)客流、明火、煙霧等關(guān)鍵安全要素的實際情況，自動給出處置建議和流程，并協(xié)同控制站內(nèi)人員、設(shè)備，實現(xiàn)突發(fā)事件快速處置；④與當(dāng)?shù)蒯t(yī)院、消防、公安、政府等部門建立聯(lián)合處理機制，協(xié)同處理應(yīng)急事件.

5 試驗分析

按照上文所提總體框架的要求，在太原站搭建了智能車站試驗環(huán)境，圍繞著上文所提的智能化功能開展了相應(yīng)的工作，下面通過優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、縮短排隊時間兩個典型的應(yīng)用來證實上文所提內(nèi)容的真實性和可行性.

5.1 基于三維實景模型的全生產(chǎn)要素實時監(jiān)控

利用三維空間感知和成像技術(shù)構(gòu)建1∶1的車站三維實景建筑模型，將數(shù)據(jù)感知層實時采集到的旅客、工作人員、列車、環(huán)境等信息在三維模型上分類展現(xiàn)，實現(xiàn)生產(chǎn)和服務(wù)流程的可視化.建立車站擁擠度和舒適度評價模型，并實時評價車站的運營狀況，如有異常情況發(fā)生，自動生成相應(yīng)的報警信息.該功能極大地優(yōu)化了車站指揮中心的業(yè)務(wù)流程，減少了客運指揮人員的工作量.

5.2 基于客流預(yù)測的進站通道動態(tài)開行

進站通道是車站和外界的連接區(qū)域，客流密度變化較大，開行通道太少則會造成擁堵，影響旅客的通過體驗；開行通道太多則會造成資源浪費，增加車站的運營成本.因此，利用數(shù)據(jù)資源層匯集的客流相關(guān)數(shù)據(jù)，形成進站區(qū)域的客流預(yù)測模型，預(yù)測未來一天客流的變化情況，并依據(jù)預(yù)測結(jié)果調(diào)配生產(chǎn)和服務(wù)資源，實現(xiàn)通道動態(tài)開行，便于旅客快速進站，如圖3所示.

圖3 預(yù)測與實際客流對比及進站通道開行情況Fig.3 The comparison of predictive and real-time passenger flow and the situation of the entrance

6 結(jié)論

本文在概括鐵路客運車站現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，提出了智能車站的基本理念，明確了智能車站的定義及特征，設(shè)計了智能車站的功能，構(gòu)建了智能車站的框架，并搭建試驗環(huán)境驗證了上述內(nèi)容.通過智能車站的深入研究和應(yīng)用，將為旅客提供更加便捷的出行服務(wù)，為內(nèi)部生產(chǎn)提供更加高效的運營能力，進一步提高旅客的滿意度、降低車站的運營成本、提升車站的安全保障水平、提升中國鐵路在世界軌道交通領(lǐng)域的核心競爭力.

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