文：杜呈欣丨中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司電子計算技術(shù)研究所、高速鐵路與城軌交通系統(tǒng)技術(shù)國家工程研究中心

王清永丨天津軌道交通運營集團有限公司

通過在天津文化中心站、天津站的智慧車站試點建設(shè)實踐，本文研究軌道交通車站運營管理的主要場景，分析車站智能化應(yīng)用需求，提出面向一體化集成及可視化運營的智慧車站總體設(shè)計，構(gòu)建基于設(shè)備全息感知、系統(tǒng)集成聯(lián)控、終端移動操控、高度自運轉(zhuǎn)的全時全景智慧車站管理系統(tǒng)，大大提升了車站的智慧化水平。

隨著城市軌道交通運營規(guī)模的迅速擴展和信息化水平的不斷提高，如何高質(zhì)量推進城軌信息系統(tǒng)向網(wǎng)聯(lián)化、協(xié)同化和智能化方向發(fā)展成為重要的研究方向。車站作為城軌網(wǎng)絡(luò)中較為關(guān)鍵的銜接部分之一，車站的有效監(jiān)測與管理關(guān)系著整個城市軌道交通運營的基礎(chǔ)。針對城軌車站業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)備部署分散、信息資源共享程度低、業(yè)務(wù)流程融合協(xié)同效率不足，智能化綜合管控提升難等問題，依托數(shù)字可視化模型、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，研究以數(shù)據(jù)為核心構(gòu)建車站人、機、物等要素的全面互聯(lián)，以實現(xiàn)城軌車站綜合業(yè)務(wù)、復(fù)雜專業(yè)系統(tǒng)集成的運營管理優(yōu)化和效率提升，推動城軌車站實現(xiàn)數(shù)字可視化、業(yè)務(wù)協(xié)同化、管理智慧化。

一、總體定位及應(yīng)用需求

智慧車站的建設(shè)遵循“安全可靠、需求導(dǎo)向、經(jīng)濟合理”的指導(dǎo)原則開展。建設(shè)可涵蓋智能客服、無感支付、全息感知、智能導(dǎo)向、一鍵開/關(guān)站、智能站務(wù)管理等基礎(chǔ)通用功能建設(shè)及智慧安防、客流監(jiān)測與預(yù)警、能源管理、電扶梯智能監(jiān)控與乘客異常行為分析等特色項目；根據(jù)功能需求和技術(shù)條件，實現(xiàn)智慧車站各應(yīng)用場景。

結(jié)合采用全自動運行系統(tǒng)的車站運營場景，設(shè)計智慧車站的總體功能，具體實現(xiàn)車站態(tài)勢全感知、客運服務(wù)智能化和人員管控精細化，全面支持多職能隊伍的建設(shè)，實現(xiàn)崗位復(fù)合和減員增效。一方面確定車站運營需求，定義車站管理內(nèi)容，明確運營場景，并以車站各崗位作業(yè)內(nèi)容為引導(dǎo)，轉(zhuǎn)換車站智能化需求； 另一方面梳理現(xiàn)有的技術(shù)支持，如系統(tǒng)設(shè)備和大數(shù)據(jù)支撐，以及車站現(xiàn)有的工作流程、臺賬記錄、崗位標準和預(yù)案文本等，并從車站運營管理、設(shè)備管理和人員管理智能化以及故障聯(lián)動、消防聯(lián)動、大客流應(yīng)急聯(lián)動需求進行梳理，從人員布崗作業(yè)、信息流轉(zhuǎn)和設(shè)備聯(lián)動三方面確定功能需求和系統(tǒng)配置。主要實現(xiàn)如下創(chuàng)新：一是推進智能感知技術(shù)在車站管理中的應(yīng)用，增強設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測廣度與深度，為設(shè)備運營故障及健康狀態(tài)的分析提供技術(shù)支持；二是采用基于BIM和數(shù)字孿生的車站生產(chǎn)要素全景可視化展示，有利于車站管理的全局管控，保障車站安全穩(wěn)定運營；三是實現(xiàn)多種運營場景的可視化監(jiān)控、應(yīng)急事件感知、人員異常行為感知，提升車站運營及應(yīng)急指揮能力。

軌道交通車站管理業(yè)務(wù)主要分為客運管理、設(shè)備管理、人員管理和應(yīng)急管理等諸多方面。其中客運管理包括乘客事務(wù)處理、運營信息發(fā)布、車站客運組織等；設(shè)備管理包括開站管理、運營管理、關(guān)站管理、施工管理等；人員管理包括公司內(nèi)部人員管理和外部人員管理；應(yīng)急聯(lián)動主要是指車站出現(xiàn)異常事件時，站內(nèi)人員的快速處置管理。由此可見車站業(yè)務(wù)類型眾多且專業(yè)性較強，有必要從提高車站智能化水平、提高車站運營人員工作質(zhì)量、改善乘客用戶體驗的角度出發(fā)，研究相應(yīng)的解決方案，針對性地解決實際運營中面臨的問題，提升車站的智慧程度。

1.安全提升需求。在車站安檢工作中，安檢人員人工判圖可能會有違禁品漏檢，并且當車站客流量較大時，安檢員長時間識別高密度的過包圖像容易疲勞，降低判圖效率；在車站客運組織中，對于瞬時客流無法預(yù)測，發(fā)生突發(fā)大客流時，車站不能及時有效的進行客流疏導(dǎo)。

應(yīng)急管理作為客運、設(shè)備及人員管理的融合應(yīng)用，主要提升車站在緊急情況的快速應(yīng)對能力，為此從應(yīng)急聯(lián)動場景的可視化、應(yīng)急聯(lián)動策略的細化和應(yīng)急聯(lián)動的效率三個方面提升：

一是利用BIM技術(shù)在“三維可視化”和“信息集成”方面的優(yōu)勢，進行車站的100%仿真和應(yīng)用，將BIM作為車站應(yīng)急管理的數(shù)據(jù)整合展示處理平臺。

二是建立應(yīng)急情況下各方聯(lián)動的應(yīng)用場景，基于各專業(yè)子系統(tǒng)功能與優(yōu)勢，細化相應(yīng)的邏輯與順序來展示各類運營場景，并結(jié)合其觸發(fā)調(diào)節(jié)來改善既有人員操作的不足之處，從而使車站運營管理人員能夠擁有更多的時間和精力來確認問題和解決問題，避免事件惡化及擴大。

三是根據(jù)應(yīng)急管理需求并結(jié)合既有設(shè)施設(shè)備技術(shù)水平的現(xiàn)狀，通過提升相關(guān)專業(yè)的自動化水平來提升應(yīng)急情況下的處置效率，如智能開、關(guān)站等。

2.服務(wù)提升需求。在車站服務(wù)過程中，運營人員通常為乘客服務(wù)的業(yè)務(wù)較多，需要向乘客提供導(dǎo)乘、問詢、票務(wù)處理等服務(wù)。為了更好地為乘客服務(wù)，充分理解乘客關(guān)鍵需求，提升服務(wù)質(zhì)量和效率，建設(shè)智能客服中心可為不同受眾群體提供差異化服務(wù)，提高不同顧客的滿意程度，推進傳統(tǒng)車站服務(wù)業(yè)務(wù)向智能化、信息化轉(zhuǎn)變；完成網(wǎng)絡(luò)支付方式應(yīng)用于自動購票機的舉措，探索直接刷臉進站的服務(wù)方式；通過增設(shè)異常票卡自助處理設(shè)備，使乘客能自助處理無法進出站的車票，減少客服中心人工票務(wù)處理的工作量；通過增設(shè)語音購票設(shè)備與智能語音機器人等服務(wù)設(shè)備，向乘客提供更加便捷的購票與問詢設(shè)施；利用生物識別技術(shù)，通過增設(shè)特殊人群通行設(shè)備，使車站能夠準確識別特殊人群并更好為之服務(wù)。

3.效率提升需求。在車站運營管理中，現(xiàn)場巡檢及車站設(shè)備管理中需要至設(shè)備現(xiàn)場進行的人工操作更多。在既有車站的綜合監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上集成與客運管理提升需求而增設(shè)的末端感知設(shè)備，完善與既有系統(tǒng)的接口，感知現(xiàn)場信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中，建設(shè)智慧車站運營管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)對車站機電設(shè)備狀態(tài)全面掌握的目標，從而為實現(xiàn)多種運營場景的聯(lián)動控制（如智能開、關(guān)站）創(chuàng)造前提條件，能夠大大提升車站管理的效率。

二、面向一體化集成及可視化的智慧車站設(shè)計

（一）智慧車站功能設(shè)計

智慧車站功能包含：全息感知、智能診斷、自主進化、自動運行、自主服務(wù)等功能（圖1）。

圖1 智慧車站功能結(jié)構(gòu)

1.全息感知。通過應(yīng)用智能傳感、視頻分析等智能感知技術(shù)，構(gòu)建以新型感知為依托的車站設(shè)備全自動智能運行系統(tǒng)，實現(xiàn)對車站的設(shè)備環(huán)境、客流、人員等對象的群體智能感知與發(fā)現(xiàn)。

2.智能診斷。應(yīng)用大數(shù)據(jù)智能分析與決策技術(shù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合智能學(xué)習(xí)、設(shè)備消耗與健康診斷模型等，構(gòu)建以車站為建模對象的智能運行系統(tǒng)，通過對各類運營場景下的車站運行數(shù)據(jù)深度分析挖掘，形成面向軌道交通車站運行管理與應(yīng)急處置的智能化運營輔助決策功能。

3.主動進化。根據(jù)全息感知提供的數(shù)據(jù)支撐，自動運行、智能診斷、自主服務(wù)提供功能支持，進行數(shù)據(jù)建模，采用機器學(xué)習(xí)模式，構(gòu)建智慧車站核心大腦，實現(xiàn)車站運營效果的自我評估與車站運行策略的自動完善。

4.自動運行。面向軌道交通車站管理業(yè)務(wù)，通過應(yīng)用先進的信息系統(tǒng)集成架構(gòu)，并應(yīng)用可視交互引擎、高效人機協(xié)作、智能建模集成等技術(shù)，構(gòu)建以可視化為核心的車站全自動智能運行系統(tǒng)，實現(xiàn)車站過程性控制與事務(wù)性處理等管理業(yè)務(wù)的高效化。

5.自主服務(wù)。面向軌道交通乘客出行服務(wù)及車站運維管理需求，應(yīng)用出行問詢機器人、設(shè)備巡檢機器人、智能語音購票車站綜合信息展示等技術(shù)，構(gòu)建以多媒體信息理解、智能人機對話為載體的車站全自動智能運行系統(tǒng)，實現(xiàn)對車站乘客高品質(zhì)服務(wù)與車站管理的精細化。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

智慧車站以高效的運營管理、優(yōu)質(zhì)的乘客服務(wù)為目標，實現(xiàn)車站系統(tǒng)及設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)視，實現(xiàn)車站環(huán)境、客流、突發(fā)事件的實時感知，實現(xiàn)車站的自主運行，實現(xiàn)乘客服務(wù)的無人化或者少人化運作，總體框架包括：

1.感知系統(tǒng)層。包括各智能化系統(tǒng)、智能設(shè)備、控制裝置、執(zhí)行裝置和傳感設(shè)備，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)及建筑內(nèi)部附屬設(shè)施、環(huán)境和人的實時感知與智能控制。

2.云IaaS層+邊緣計算。采用統(tǒng)一的通信接口協(xié)議，通過公網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)以無線或有線方式，將信息、數(shù)據(jù)與指令在感知系統(tǒng)層與數(shù)據(jù)層、平臺支撐層和應(yīng)用層之間傳遞。平臺運行所需的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和安全設(shè)備，可在邊緣端采用物理服務(wù)器，也可采用云服務(wù)器。

3.PaaS層。實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源統(tǒng)一組織管理及數(shù)據(jù)的標準化與統(tǒng)一表達，為數(shù)據(jù)交換和共享提供支撐。

4.SaaS層。支撐上層應(yīng)用的各種服務(wù)組件，可根據(jù)實際需求不斷增加。滿足運營管理和辦公生活需求的各類應(yīng)用。根據(jù)不同的應(yīng)用場景，提供多種展示交互方式。

三、場景應(yīng)用

1.管控平臺智能監(jiān)控。融合云、大數(shù)據(jù)、AI、IoT、視頻、GIS、BIM等新技術(shù)，基于城軌云腦平臺，聯(lián)通站、線、網(wǎng)、端的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車站智能運行與綜合管理。為車站客運管理、設(shè)備管理和人員管理提供高度融合的智能監(jiān)控服務(wù)。

基于BIM車站設(shè)備狀態(tài)感知數(shù)據(jù)，構(gòu)建站內(nèi)運營要素模型，實時監(jiān)控車輛、無人客服、AFC、PIS、照明、通風空調(diào)、卷簾門、電扶梯、屏蔽門等設(shè)備的運營狀態(tài)，實現(xiàn)基于時間與空間結(jié)構(gòu)的設(shè)備資產(chǎn)管理。通過車站BIM與智慧指揮、智慧運維、智慧站務(wù)、智慧客服的關(guān)鍵業(yè)務(wù)場景聯(lián)動，實現(xiàn)一體化數(shù)據(jù)與功能的智慧車站管控平臺（圖2）。

圖2 智慧車站管控平臺

通過智能視頻監(jiān)控技術(shù)，監(jiān)測與預(yù)警站臺、通道及其它重要區(qū)域客流情況，生成客流動態(tài)熱力圖，并進行態(tài)勢分析，有效提高車站的客流感知能力，智能調(diào)控車站人流量，減少大客流事件，實現(xiàn)車站安全高效的管理。

2.智慧安檢。利用“AI智能判圖+集中判圖”，系統(tǒng)自動對違禁品進行標注并向安檢值機員報警。首次利用5G傳輸技術(shù)，將AI判圖數(shù)據(jù)實時傳輸至集中判圖室，保證乘客出行安全，為線網(wǎng)級信息實時采集與集中處理提供了依據(jù)。

3.無人客服中心。無人客服中心運用“智能語音+機器視覺”技術(shù)，兼顧付費與非付費區(qū)乘客，實現(xiàn)了語音購票、補票退票、線路查詢、站內(nèi)導(dǎo)航等功能。中心整體采用現(xiàn)代化的設(shè)計風格，配備多個智能交互終端，提供業(yè)務(wù)功能的同時，實時掌握服務(wù)交互過程。通過車站管控平臺，實時分析各終端的服務(wù)數(shù)據(jù)，抽取接待人數(shù)、服務(wù)時長、服務(wù)比例、滿意度等關(guān)鍵信息，為改善服務(wù)質(zhì)量提供輔助決策與參考依據(jù)。

4.刷臉進站?；谌四樧R別技術(shù)，以乘客臉部特征作為進出站憑證，可極大方便乘客的過閘效率的同時，提升地鐵的智慧化服務(wù)。乘客可通過無人客服中心或天津地鐵APP對人臉身份進行注冊及認證，并與手機支付APP進行綁定，“人臉”暢通出行。

5.車站火災(zāi)預(yù)警聯(lián)動+應(yīng)急指揮。出現(xiàn)火災(zāi)等應(yīng)急事件時，智慧車站管控平臺實時定位事故點，基于車站BIM模型元素的空間位置與設(shè)備狀態(tài)，啟動智慧指揮系統(tǒng)；通過云腦計算模型分析突發(fā)事件類型、等級，啟動應(yīng)急預(yù)案、聯(lián)動應(yīng)急組織、推送應(yīng)急物資，發(fā)布應(yīng)急信息、跟蹤事件動態(tài)、監(jiān)控處置進度、規(guī)劃最優(yōu)乘客疏散路線、聯(lián)動疏散路線中的相關(guān)設(shè)備；為指揮人員提供智能化的預(yù)案調(diào)用、資源調(diào)配，實現(xiàn)對應(yīng)急事件處置的可視化指揮；通過突發(fā)事件處置過程回放，綜合評估分析應(yīng)急過程關(guān)鍵要點，優(yōu)化事件處置專家知識庫。

6.設(shè)備健康管理+智慧運維。采用基于BIM的綜合監(jiān)控技術(shù)，按照設(shè)備分類、設(shè)備區(qū)域、運行狀態(tài)，監(jiān)控設(shè)備運行參數(shù)、告警信息。運用設(shè)備運維規(guī)則、專家?guī)旒肮收现R挖掘技術(shù)，分析故障信息、故障現(xiàn)象、處理措施、執(zhí)行單位、維修條件、處理方法，指導(dǎo)維修作業(yè)，通過智能運維APP自動派發(fā)維修工單，生成多維度統(tǒng)計報表及設(shè)備運行報告，對設(shè)備運用情況和故障趨勢進行分析。智慧運維實現(xiàn)設(shè)備動靜態(tài)履歷管理、生產(chǎn)運營數(shù)據(jù)管理、檢修保養(yǎng)管理、故障及修復(fù)狀況記錄、設(shè)備性能分析、設(shè)備報廢管理的全生命周期管理，設(shè)備健康管理與智慧運維的綜合運用，可有效降低運維成本。

7.一鍵開關(guān)站。一鍵開關(guān)站包含一鍵自檢、一鍵開站、一鍵關(guān)站、BIM設(shè)備狀態(tài)健康感知及AI視頻監(jiān)控。為確保運營期間設(shè)備狀態(tài)良好，傳統(tǒng)方式運營前需人工逐一確認設(shè)備是否正常。智慧車站一鍵自檢可實現(xiàn)對關(guān)鍵設(shè)備的在線自動檢測、保障開站前設(shè)備運行正常；傳統(tǒng)方式開站時站務(wù)人員需分別開啟相關(guān)運營系統(tǒng)；結(jié)束運營后，需全面巡站，并逐一關(guān)閉車站設(shè)備。一鍵開關(guān)站功能可實現(xiàn)全設(shè)備一鍵自啟動及自關(guān)閉，通過BIM設(shè)備健康狀態(tài)感知監(jiān)控設(shè)備故障，保障開關(guān)站前人員安全、設(shè)備正常；通過一鍵開關(guān)站系統(tǒng)，可大大縮短開關(guān)站時間及工作量，實現(xiàn)智能化的站務(wù)工作。

8.AI視頻+BIM智能巡檢。智慧站務(wù)系統(tǒng)運用基于云邊協(xié)同的AI視頻監(jiān)控技術(shù)，聯(lián)動BIM設(shè)備狀態(tài)感知數(shù)據(jù)，實現(xiàn)BIM視角的遠程智能視頻巡檢。自動設(shè)置巡檢內(nèi)容、巡檢路線，通過云計算下的設(shè)備故障知識挖掘?qū)崿F(xiàn)智能化的故障分析，與智慧運維系統(tǒng)聯(lián)動，指導(dǎo)系統(tǒng)運維。

對巡檢中發(fā)現(xiàn)的安全事件或故障，提供事件上報功能并聯(lián)動智慧指揮系統(tǒng)，啟動應(yīng)急處置；根據(jù)應(yīng)急預(yù)案、管理人員應(yīng)急任務(wù)，人員位置信息靈活派發(fā)處置任務(wù)；聯(lián)動開啟電扶梯、閘機、卷簾門等相關(guān)應(yīng)急設(shè)備；自動發(fā)布應(yīng)急信息，廣播、PIS聯(lián)動播報，保障運營安全。

9.日常智慧運營。智慧運營通過BIM設(shè)備健康狀態(tài)感知、AI視頻分析及人員信息上報，基于云腦平臺的設(shè)備故障智能分析，實現(xiàn)智能化的運營信息監(jiān)控、應(yīng)急事件報警、設(shè)備預(yù)警及處置。包括日常值守、交接班管理、事件接報、應(yīng)急預(yù)案制定、應(yīng)急資源管理、智能預(yù)測預(yù)警、調(diào)度指揮、協(xié)同工作等功能。系統(tǒng)實現(xiàn)了高效、快捷、可擴展、易維護的數(shù)字化運營管理，為安全運營決策、智能化應(yīng)急處置提供全方位支持。

10.智慧能源。智慧能源系統(tǒng)包括用電量與用水量的管理，通過加裝智能電表、智能水表，實時采集車站電梯、照明、環(huán)控等設(shè)備用電量信息，實時監(jiān)測主供水、衛(wèi)生間、冷塔等水路用水量信息。通過云腦平臺服務(wù)實現(xiàn)設(shè)備能耗監(jiān)測與分析，對比特定歷史時間段的能耗數(shù)據(jù)，分析能耗趨勢，根據(jù)應(yīng)用場景以及節(jié)能策略，制定合理的設(shè)備運用計劃，通過改造車站風水聯(lián)動系統(tǒng)執(zhí)行節(jié)能控制策略，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。

智慧車站的建設(shè)運營，能夠達到節(jié)能、減員增效和提高管理與服務(wù)水平的目的，更重要的是可以為乘客提供更為舒適、安全、可靠、一體化和人性化的服務(wù)，提升了乘客出行體驗。在城軌智慧化提升的前行路上，智慧車站的建設(shè)既是響應(yīng)國家戰(zhàn)略規(guī)劃的需要，又是發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，帶動全國智慧城市建設(shè)。

通過總結(jié)在天津文化中心站、天津站智慧車站試點建設(shè)中遇到的問題，研究提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺架構(gòu)的智慧車站探索設(shè)計，能夠較好實現(xiàn)：基于智能物聯(lián)的車站全息感知；基于車站邊緣計算平臺的車站場景模式化管理；基于智能終端的車站自主服務(wù)；基于大數(shù)據(jù)分析、人工智能的車站智能診斷和自動進化，具有積極的推廣價值。