淺析鐵路智能旅客車站系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

葉年發(fā) 楊 崗 嚴 瑾 程智源

(1. 中國鐵路經(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司， 北京100038；2.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031)

近年來隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，人類社會逐漸邁向技術(shù)與產(chǎn)業(yè)深度融合的智能化社會，各行各業(yè)都開啟了運用高新技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造的進程，催生了智慧機場、智能交通、智慧工廠、智慧物流、智能樓宇等多行業(yè)的智能化建設(shè)[1]。

鐵路旅客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)化需求的激增，智能車站的概念應(yīng)運而生，如何構(gòu)建智能旅客車站是未來鐵路發(fā)展的重要研究課題[2-3]。

目前，國內(nèi)外對于智能旅客車站都進行了一定的研究和應(yīng)用，法國鐵路公司通過在大型客運站設(shè)置信息服務(wù)中心，實現(xiàn)了各信息子系統(tǒng)之間的信息共享，有效提高了生產(chǎn)效率和服務(wù)質(zhì)量[4-5]；德國鐵路公司提出了鐵路4.0規(guī)劃，通過APP優(yōu)化乘客購票、換乘體驗以及故障設(shè)施的自動診斷和報警，實現(xiàn)了車站旅客服務(wù)與管理系統(tǒng)的一體化管理[6-7]；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)互聯(lián)互通，并通過互聯(lián)網(wǎng)實時地向旅客提供各類信息服務(wù)[8-9]；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數(shù)字化建設(shè)研發(fā)工作[10]；我國對于智能車站的研究走在世界前列，目前已基本實現(xiàn)了自助化旅客服務(wù)，特別是近期的智能京張、智能京雄等工程，將智能車站的研究引入了新的發(fā)展階段，取得了矚目的成就。

綜上所述，鐵路旅客車站智能化發(fā)展是大勢所趨，本文將對智能車站的系統(tǒng)構(gòu)成進行剖析，提出系統(tǒng)架構(gòu)，并對智能化具體功能進行構(gòu)想，對智能車站的發(fā)展趨勢進行展望，對構(gòu)建信息系統(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)深度融合的智能車站研究具有一定的指導(dǎo)意義。

1 智能車站系統(tǒng)構(gòu)成

智能車站系統(tǒng)采用“一個核心，三大領(lǐng)域”進行架構(gòu)，即以鐵路智能大腦平臺為核心，采用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、BIM等新技術(shù)，建設(shè)各類信息化和智能化系統(tǒng)，以實現(xiàn)建造智能化、設(shè)備智能化、運營智能化的目標(biāo)，滿足勘察、設(shè)計、建造、運營、維護全生命周期的智能應(yīng)用需求。智能客站大腦是鐵路智能大腦的重要組成部分,系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能車站系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1 鐵路智能大腦平臺

鐵路智能大腦平臺作為鐵路智能車站的核心，提供平臺、數(shù)據(jù)和計算功能，在此基礎(chǔ)上建設(shè)各專業(yè)領(lǐng)域的智能應(yīng)用。鐵路智能大腦平臺統(tǒng)一處理車站各專業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)，為智能建造、智能設(shè)備、智能運營等領(lǐng)域的智能應(yīng)用提供決策支持。

鐵路智能大腦平臺利用中國鐵路主數(shù)據(jù)中心相關(guān)資源，由基礎(chǔ)服務(wù)平臺、大數(shù)據(jù)資源池、智能計算三大部分構(gòu)成，平臺架構(gòu)如圖2所示。通過搭建生產(chǎn)組織、安全卡控、應(yīng)急處置、設(shè)備監(jiān)控、服務(wù)旅客五大業(yè)務(wù)版塊，以“系統(tǒng)智能”為引擎，利用模型化、自動化、智能化的手段對車站運營維護管理業(yè)務(wù)和服務(wù)進行模型構(gòu)建，實現(xiàn)鐵路旅客車站運營維護可視化、設(shè)備管理智能化，保障車站所有設(shè)備、設(shè)施、系統(tǒng)、人員、作業(yè)的高效運轉(zhuǎn)。

圖2 智能大腦平臺架構(gòu)圖

1.2 鐵路車站智能建造

通過運用多項技術(shù)融合，實現(xiàn)鐵路旅客車站相關(guān)專業(yè)的勘察設(shè)計、建造施工等過程的“智能化”、“信息化”管理，全面提高生產(chǎn)、管理效率。如基于BIM的鐵路車站建設(shè)管理系統(tǒng)和智能化輔助施工系統(tǒng)等。

基于BIM的鐵路車站建設(shè)管理平臺借助智能大腦平臺所提供的應(yīng)用服務(wù)和全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對旅客車站的勘察、設(shè)計、工程進度、質(zhì)量、安全、投資、環(huán)境等建設(shè)管理目標(biāo)的全過程、全要素、全生命周期精細化管控，包括施工工藝工法仿真模擬、工程質(zhì)量監(jiān)督反饋、進度推演預(yù)警、三維作業(yè)指導(dǎo)、材料設(shè)備精密診斷、設(shè)計仿真分析、設(shè)計復(fù)核、工程方案選擇等。根據(jù)需要選取BIM設(shè)計的工程范圍，為施工與運維的信息化管理提供信息載體模型。

智能化輔助施工系統(tǒng)綜合應(yīng)用新一代智能化技術(shù)，通過自動感知、協(xié)同互動、自主學(xué)習(xí)和智能決策等手段，實現(xiàn)施工過程的透明化、可視化、智能化管理，提高施工的精細度、質(zhì)量、工藝、效率，形成和諧共生的工程建設(shè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)環(huán)境[11]。

1.3 鐵路車站智能設(shè)備

智能設(shè)備基于人工智能、大數(shù)據(jù)以及故障預(yù)測與健康管理等技術(shù)，可實現(xiàn)車站設(shè)備設(shè)施全自動、全天候、可預(yù)判的自我感知、自我診斷、自我決策、自我適應(yīng)等自主處理能力，包括智能旅客服務(wù)信息系統(tǒng)、智能消防系統(tǒng)、智能建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等。圍繞客運車站內(nèi)的設(shè)施設(shè)備，運用感知與智慧等技術(shù)手段，以鐵路技術(shù)設(shè)備的智慧化為目標(biāo)，提高對車站安全的分析掌控能力和運營維護效率。

智能旅客服務(wù)信息系統(tǒng)使用現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對旅客服務(wù)設(shè)備進行全面智能化集中管控，實現(xiàn)客運廣播、綜合顯示、視頻監(jiān)控、時鐘等子系統(tǒng)的聯(lián)動控制與信息交互，為車站安全、高效的生產(chǎn)運營管理提供自動化手段，通過及時、準(zhǔn)確、完整的信息篩選與分析，提高服務(wù)質(zhì)量，降低運營成本。智能消防系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，構(gòu)建包含遠程控制、消防管理、應(yīng)急處置、安全評估功能的智能消防系統(tǒng)，實現(xiàn)動態(tài)感知、精準(zhǔn)防控、風(fēng)險預(yù)警、災(zāi)情處置等功能，有效加強消防設(shè)施監(jiān)管，落實消防職責(zé)，預(yù)防災(zāi)害事故。智能建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要包含客運專用設(shè)備(含電扶梯等)、空調(diào)、給排水、照明、動環(huán)等各類設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、自動化運維管理與聯(lián)動、設(shè)備能耗監(jiān)控與分析等功能，可有效提高設(shè)備壽命、降低設(shè)備故障率，便于管理，有效節(jié)能。

1.4 鐵路車站智能運營

智能運營包括智能客票系統(tǒng)、智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管理平臺、站城一體化綜合交通樞紐智能平臺等，通過各種智能運營技術(shù)，全方位保障車站高效運營和生產(chǎn)安全，也為旅客舒適出行提供了技術(shù)支撐。

智能客票系統(tǒng)通過拓展空鐵聯(lián)程票、常旅客優(yōu)惠票等多種票式，實現(xiàn)全面電子客票、無感進出站檢票等多種手段，增加旅客購票的便捷性，引導(dǎo)旅客智能出行。

智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺按照旅客服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全應(yīng)急、綠色節(jié)能四大板塊，利用鐵路智能大腦平臺提供的軟硬件資源，從鐵路相關(guān)系統(tǒng)獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行深度挖掘和再利用，實現(xiàn)智能旅客服務(wù)、智能生產(chǎn)組織、設(shè)備智能管理、風(fēng)險智能預(yù)警等功能，進一步提高智能車站的智能化和集成化水平[12]。智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。

站城一體化綜合交通樞紐智能平臺立足于城市格局，充分考慮城市環(huán)境布局、人文場所協(xié)調(diào)，將鐵路、地鐵、公交、商業(yè)區(qū)、停車場等各類機構(gòu)數(shù)據(jù)信息共享、挖掘、有效融合，更加高效地利用綜合體內(nèi)的各類資源發(fā)布信息，實現(xiàn)運力需求提前預(yù)測、運力資源智能調(diào)配、需求預(yù)測提前感知等功能，實現(xiàn)對綜合體內(nèi)各類區(qū)域作業(yè)、人員、設(shè)備狀態(tài)、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的綜合管理，并完成對應(yīng)急事件的聯(lián)動處置，滿足各業(yè)務(wù)單位運營維護需求，滿足旅客多樣化需求，為旅客提供舒適的出行、購物、休閑環(huán)境。同時，使鐵路交通樞紐與城市交通體系結(jié)合得更加緊密，為旅客提供更準(zhǔn)確的交通數(shù)據(jù)、更及時的交通路況信息，提高換乘效率。站城一體化綜合交通樞紐智能平臺如圖4所示。

2 智能化功能

基于“一個核心，三大領(lǐng)域”構(gòu)建的智能車站系統(tǒng)，可從出行服務(wù)、生產(chǎn)組織、安全保障三個方面進行智能化建設(shè)，本文將介紹旅客車站智能化的主要功能，并通過與現(xiàn)有系統(tǒng)或技術(shù)的對比分析，提出車站智能化建設(shè)的發(fā)展方向。

2.1 智能出行服務(wù)

將新技術(shù)應(yīng)用到旅客車站智能出行服務(wù)中，實時收集旅客對車站服務(wù)的用戶評價、調(diào)查反饋等信息，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析評價，將新技術(shù)與旅客的實際需求相結(jié)合，優(yōu)化客運服務(wù)流程和服務(wù)設(shè)施設(shè)置方案，從而提高用戶的滿意度。從購票服務(wù)、進站服務(wù)、檢票乘車、出站換乘、延伸服務(wù)等多個方面為旅客提供個性化、人性化的智能出行服務(wù)，全面提高旅客的出行體驗。對比目前的旅客出行服務(wù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能出行的預(yù)期目標(biāo)如表1所示。

2.2 智能生產(chǎn)組織

將新技術(shù)應(yīng)用到旅客車站的生產(chǎn)組織中，優(yōu)化生產(chǎn)組織流程和相關(guān)設(shè)施，采用實時監(jiān)測、智能運維、工程動態(tài)監(jiān)控、設(shè)備全生命周期管理等智能生產(chǎn)組織手段，有效提升生產(chǎn)組織效率，降低運營維護成本。對比目前車站的生產(chǎn)組織建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能生產(chǎn)組織預(yù)期如表2所示。

2.3 智能安全保障

將新技術(shù)應(yīng)用到車站安全保障中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、自動預(yù)警、安全疏散和輔助決策，有效保障旅客安全。對比目前車站的安全保障建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，智能化建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)如表3所示。

圖3 智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

圖4 站城一體化綜合交通樞紐智能平臺圖

3 發(fā)展趨勢

智能車站的發(fā)展依托大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、BIM、人工智能等多種新技術(shù)，通過新興技術(shù)的綜合應(yīng)用、集成創(chuàng)新，實現(xiàn)智能車站的整體目標(biāo)。

3.1 新技術(shù)應(yīng)用

(1)大數(shù)據(jù)

智能車站系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)挖掘、關(guān)聯(lián)與分析，對旅客信息、設(shè)備狀態(tài)進行全方位大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)危險預(yù)警、輔助決策、設(shè)備全生命周期管理等功能，從高效運行、安全可靠、綠色節(jié)能等方面建立評價機制，實現(xiàn)智能車站系統(tǒng)的高效運行和科學(xué)管理。

(2)人工智能

通過深度學(xué)習(xí)、邊緣計算等人工智能技術(shù)，對車站重點區(qū)域的前端設(shè)備進行智能化改造，實現(xiàn)基于人臉識別的自助實名制核驗系統(tǒng)、客流趨勢監(jiān)控、客流分析預(yù)警等功能，提供更加智能的候車服務(wù)，優(yōu)化客運組織流程。

(3)物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)基于互聯(lián)網(wǎng)以及各種信息傳感器、射頻識別技術(shù)、激光掃描裝置和技術(shù)等，實現(xiàn)所有能夠被尋址的物理對象互聯(lián)互通，實現(xiàn)對車站設(shè)備的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

(4)云平臺

采用虛擬化、分布式存儲、網(wǎng)格等技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)中的計算資源和存儲資源整合在一起，集合協(xié)同工作構(gòu)成共享存儲資源池，通過構(gòu)建云平臺數(shù)據(jù)中心，提供高性能、高可靠、不間斷的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)處理等功能的系統(tǒng)服務(wù)。

表1 智能出行技術(shù)分析表

表2 智能生產(chǎn)組織技術(shù)分析表

表3 智能安全保障技術(shù)分析表

(5)BIM

結(jié)合 BIM 和地理信息系統(tǒng)(GIS)的優(yōu)勢，推進旅客車站工程建設(shè)過程的三維可視化應(yīng)用，對項目信息進行高效采集、存儲、傳輸、檢索、處理、計算等，提高項目管理效率。在建設(shè)階段，實現(xiàn)對勘察、設(shè)計、工程進度、質(zhì)量、安全、投資、環(huán)境等建設(shè)管理目標(biāo)的全過程、全要素精細化管控。在運維階段，實現(xiàn)具有可視化遠程沉浸式特點的運維管理模式。

(6)生物識別

采用圖像及語言處理、視頻智能分析等多種技術(shù)，對旅客的指紋、聲音、虹膜、臉形、步態(tài)等生物特征進行識別，將識別結(jié)果與旅客購票信息、身份信息以及公安部門的黑名單進行對照分析，保障已購票旅客的正常安全出行，并對異常旅客進行追蹤和預(yù)警。

3.2 智能車站預(yù)期成效

基于以上新技術(shù)構(gòu)建的智能車站系統(tǒng)，通過鐵路智能大腦平臺，對旅客服務(wù)、客運管理、設(shè)備管理和客站應(yīng)急指揮等應(yīng)用進行深度集成，通過數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)、界面和用戶的深度融合，實現(xiàn)旅客便捷出行、自助服務(wù)、安全保障、生產(chǎn)組織、綠色節(jié)能的全方位智能化。

(1)旅客無障礙便捷出行

通過將新技術(shù)與旅客的實際需求相結(jié)合，優(yōu)化客運服務(wù)流程和服務(wù)設(shè)施，從購票服務(wù)、進站服務(wù)、檢票乘車、出站換乘、延伸服務(wù)等多個方面為旅客提供智能出行服務(wù)，有效提高旅客出行效率。

(2)人性化無縫自助服務(wù)

通過基于AR的站內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)、智能引導(dǎo)服務(wù)機器人、環(huán)境舒適度監(jiān)控、信息咨詢APP、延伸服務(wù)等功能，為旅客提供人性化自助服務(wù)。

(3)車站安全實時監(jiān)控

通過對站內(nèi)環(huán)境質(zhì)量分析、聚集密度分析、異常行為分析等功能，對客站設(shè)備進行智能監(jiān)控，依據(jù)客運生產(chǎn)組織需求，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理，對重點區(qū)域和設(shè)備的安全要素進行監(jiān)測、分析與預(yù)警，做到事先預(yù)警、快速處置，有效保障旅客安全。

(4)生產(chǎn)高效組織

通過應(yīng)用新技術(shù)到旅客車站生產(chǎn)組織中，優(yōu)化生產(chǎn)組織流程和相關(guān)設(shè)施，實現(xiàn)實時監(jiān)測、智能運維、工程動態(tài)監(jiān)控等智能生產(chǎn)組織手段，實現(xiàn)業(yè)務(wù)全流程可視化，有效提升生產(chǎn)組織效率，降低運營維護成本。

(5)全面綠色節(jié)能

利用新技術(shù)對車站用能進行統(tǒng)計、分析、報警，構(gòu)建車站智能設(shè)備能耗監(jiān)控與分析系統(tǒng)，為車站耗能管理提供決策依據(jù)，實現(xiàn)更精細化的節(jié)能管理，有效降低車站的能源消耗，實現(xiàn)全面綠色節(jié)能。

4 結(jié)論

本文提出了智能車站“一個核心、三大領(lǐng)域”的系統(tǒng)構(gòu)成，從智能出行服務(wù)、智能生產(chǎn)組織、智能安全保障三個方面，對比分析了智能車站的業(yè)務(wù)功能，進一步研究和探索了智能車站系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，可為鐵路智能車站系統(tǒng)的建設(shè)提供借鑒。