基于工業互聯網平臺架構的軌道交通智慧車站探索研究

熊天圣　司春寧

摘要：通過在上海諸光路站、顧村侖園站智慧車站的試點建設實踐，本文研究軌道交通車站運營管理的主要場景，分析車站智能化應用需求，提出基于工業互聯網平臺架構的智慧車站總體設計，構建車站自動化和信息化專業系統融合、各類運營管理業務高度集成聯動，實現運營管理高效化、設備管理智能化、乘客服務自主化的軌道交通智慧車站。

關鍵詞：智慧車站工業互聯網平臺 大數據分析人工智能

引言

網絡化運營和全自動無人駕駛成為軌道交通發展的主要趨勢，以上海為例，截止2019年6月，開通運營線路17條，運營里程705公里，運營車站415座，日均客流1170萬乘次，已經開通運營的10號線和浦江線，在建的14/15/18均為全自動無人駕駛系統。在線網運營、超大客流、重點車站功能集中的車站運營管理壓力和車站自動運行技術發展的趨勢下，上海軌道交通引領智慧車站試點建設，成為軌道交通車站智能化建設熱點。智慧車站的研究是智慧地鐵的基礎，通過智慧車站的建設實現車站運營管理模式的變革，采用高度智能化的應用提升車站運營管理和服務水平，是軌道交通車站技術發展的必然趨勢。

1軌道交通智慧車站運營場景分析和智能化應用需求研究

1.1車站運營場景分析

面向乘客服務的車站場景包含進站、乘車、下車、出站四個業務節點。在進站環節，依次需要站外提示、站內導航、快捷進站、站廳指引、與車站工作人員即時溝通等服務;在乘車和下車環節，需要站臺引導、車內引導;在出站環節，需要站廳引導、快捷出站、站內導航、站外導航等服務。具體業務流程如圖1所示。

站長/值班員的車站管理業務主要包括開站、運營、關站、夜間施工。在開站環節，需要對各個自動化系統進行自檢、測試和啟用;在運營環節，根據車站環境和具體場景，啟用相應運營模式，對車站進行全息感知和監控;在關站環節，發布車站關站廣播、出入口卷簾門關閉、自動扶梯停止、智能照明和大系統模式關閉等;在夜間施工環節，需要進行清場巡查、施工監護等業務。各個環節具體業務流程如圖2所示。 面向維保管理業務主要環節包括設備巡檢維修計劃維修物資、維修工單、維修策略、巡檢、全生命周期管理，具體業務流程如圖3所示。

1.2車站智能化需求分析

從設備管理、客運管理、人員管理等車站運營管理業務出發，對車站智能化需求分析如下：

（1）設備管理能力

通過建設智慧車站，利用移動互聯，物聯網、研究知識計算和可視交互引擎、大數據等先進的智能技術，對接入智慧車站的各專業機電系統和各類感知終端，達到對車站設備群體智能主動感知與發現，實現多種運營場景的聯動控制，提高運營人員的工作質量。

（2）客運管理能力

提供豐富乘客導向信息乘客自助服務設備智能視頻分析監控、車站客流實時監測、智能機器人等，應用人工智能服務機器人、自然語言處理、自主無人操作系統等技術，改善乘客體驗與提高運營服務水平。

（3）人員管理能力

實現對車站各項管理業務系統的實時數據綜合分享和應用，通過采集各業務系統中的人、事、物及其關聯數據和信息，運用復雜

環境下基于計算機視覺的定位、導航識別、虛擬現實智能建模分析技術，實現對數據的整合分析，并基于整合分析的結果來構建、豐富和完善車站各崗位工作人員的個人工作檔案，提出效能提升管理建議。對運營人員日常的作業流實現電子化管理，包括信息化部崗、任務派發、設施設備操作監督、行車管理操作監督、乘客服務響應監督、工作效能評定等。

2基于工業互聯網平臺的智慧車站設計

2.1智慧車站功能設計

智慧車站功能包含：全息感知、自動運行、智能診斷、自主服務、主動進化等功能。

（1）全息感知

通過應用智能傳感、視頻分析等智能感知技術，構建以新型感知為依托的車站設備全自動智能運行系統實現對車站的設備環境、客流、人員等對象的群體智能主動感知與發現; （2）自動運行 面向軌道交通車站管理業務，通過應用先進的信息系統集成架構，并應用可視交互引擎、高效人機協作、智能建模集成等技術，構建以可視化為核心的車站全自動智能運行系統，實現車站過程性控制與事務性處理等管理業務的高效化;

（3）智能診斷

應用大數據智能分析與決策技術多源異構數據融合智能學習、設備消耗與健康診斷模型等，構建以車站為建模對象的智能運行系統，通過對各類運營場景下的車站運行數據深度分析挖掘，形成面向軌道交通車站運行管理與應急處置的智能化運營輔助決策功能。

（4）自主服務

面向軌道交通乘客出行服務及車站運維管理需求，應用出行問詢機器人設備巡檢機器人智能語音購票車站綜合信息展示等技術，構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，實現對車站乘客高品質服務與車站管理的精細化。

（5）主動進化

根據全息感知提供的數據支撐，自動運行、智能診斷、自主服務提供功能支持，進行數據建模，采用機器學習模式，構建智慧車站核心大腦，實現車站運營效果的自我評估與車站運行策略的自動完善。

2.2基于工業互聯網平臺的智慧車站架構設計

上海軌道交通智慧試點車站主要實現功能為全息感知、自動運行和自主服務，需要大數據分析和人工智能能力的智能診斷和主動進化難以在單個車站實現，基于車站綜合監控的邊緣計算平臺主要以實時計算、場景聯動執行、智能監視為主，為了充分發揮車站全面采集的海量數據，研究設計了基于工業互聯網平臺架構的智慧車站整體架構，應用大數據分析、人工智能技術，實現智慧車站的智能診斷和自主進化功能，并在線路/網絡的層面進行車站間的調度協調和應急聯動。整體架構設計如圖4所示。

邊緣層：依托智能物聯、工業控制、智能終端技術，通過車站邊緣計算平臺綜合監控，實現對設備、人員、環境等信息進行實時采集和處理，實現智慧車站全息感知、場景模式化自動運行、綜合可視化看板、車站節能、數字車站等功能。

平臺層：為應用層功能提供數據接入，提供大數據平臺能力、微服務框架、人工智能、數字孿生等基礎支撐。

應用層：依托邊緣層的數據接人和平臺層的人工智能、工業大數據分析等PaaS支撐能力，將設備、數據、流程、人等因素信息綜合分析，提供隱患預警分析、故障智能診斷、設備健康評價、車站運營評估、車站策略優化以及線路/網級的協調和聯動。

3結語

通過總結在上海軌道交通諸光路站、顧村公園站智慧車站試點建設中遇到的問題，研究提出工業互聯網平臺架構的智慧車站探索設計，能夠較好的實現（1）基于智能物聯的車站全息感知;（2）基于車站邊緣計算平臺的車站場景模式化管理;（3）基于智能終端的車站自主服務;（4）基于大數據分析、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。

參考文獻

[1]工業互聯網產業聯盟.工業互聯網白皮書（2017）.

[2]和小雙;張騰蛟;車站管理對地鐵運營安全的影響[J].技術與市場;2019年05期.