面向“一體化”交通樞紐的智能引導設備

劉碩研，方 凱，王 靜

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

“一體化”交通樞紐的概念，即在高鐵與航空運輸系統運轉過程中，將高鐵作為航空運輸的“零高度支線”運作，實現兩者之間的無縫隙切換，達到兩者共同發展的目的[1-3]。為了實現該概念，我國涌現出一批與民航機場建設在一起的鐵路車站，從而有效實現鐵路運輸與航空運輸間的相互協作，將鐵路網絡與航空網絡有效銜接，形成聯合運輸網絡，為旅客提供高效、一體化運輸服務的新興綜合運輸組織模式。

目前我國空鐵聯運車站分為零換乘與緊鄰式兩種模式[4-6]。零換乘模式的車站與航站樓毗鄰或在航站樓地下，旅客換乘距離短，例如北京大興機場站，旅客從候車廳通過一條主通道抵達航站樓；緊鄰式模式的車站與航站樓相鄰，旅客換乘距離相對較長，需要特定的通道才能通行，例如海南環島高鐵上的美蘭機場站，與海口美蘭機場T1 航站樓以及T2 航站樓前的廊道相連，通往航站樓的換乘通道全長320 m[7-8]。

為能容納兩種交通模式，空鐵聯運車站一般占地面積都較為龐大，無論是零換乘還是緊鄰式模式，乘客的換乘路線都較為復雜，若沒有引導指示設備，旅客需耗費大量換乘時間，如何在龐大、復雜的區域內便捷換乘是目前亟待解決的問題。本文提出一種智能引導設備，該設備不同于傳統的查詢機，無需旅客點選等操作，以一張“臉”知行程的理念，通過旅客的人臉特征為其提示下一段行程的具體內容，如檢票口、開檢時間等，同時展示旅客當前位置到檢票口的最短路徑，旅客也可掃描設備上展示的二維碼，通過手機進行智能引導，從而實現真正的“一體化”交通，為旅客提供便捷無擾的換乘服務。

1 智能引導設備軟件流程和主要功能

1.1 智能引導設備簡介

智能引導設備安裝放置在空鐵聯運車站客流輸入輸出的重點區域。該設備配備3 塊顯示屏，具體機型如圖1 所示。

圖1 智能引導設備圖示

該設備上面的顯示屏主要進行廣告投放，左下顯示屏通過人臉識別或身份證件識別顯示旅客乘車信息并支持引導前往相關位置。右下顯示屏主要用于車次顯示、語音客服、站內查詢、搜索周邊、查車次、問詢、退改簽、愛心服務功能。3 塊顯示屏獨立運行3 個系統，觸控體驗更便捷智能、供電獨立、網絡互通，支持多種無線傳輸方式。

1.2 軟件流程

智能引導設備的軟件流程如圖2 所示。

設備感知距離屏幕1 m～3 m 內有旅客停留，即喚醒系統，啟動設備上方的攝像頭進行人臉檢測，如果持續15 s 未檢測到人臉，系統自動切換至休眠或低功耗工作模式；否則啟動設備中的攝像頭拍攝屏幕前方旅客的正面人臉照片，并將人臉照片剪裁成適合人臉比對的大頭照傳送給人臉比對平臺，平臺通過人臉照片查詢到其相應的證件號碼。此外，旅客也可使用身份證、護照等唯一身份標識證件，如果設備檢測到身份證件，讀卡器被觸發，識別所讀取證件的證件號碼。智能引導設備根據證件號碼進入后臺查詢系統，查詢該乘客的旅程信息。

圖2 智能引導設備軟件流程

1.3 智能引導設備的主要功能

自助查詢機以“暢通融合、智能便捷”為理念，采用無接觸式智能查詢，實現刷臉知行程，旅客僅需站立在智能引導設備前若干秒，設備即利用人臉活體檢測技術，主動提示旅客下一段行程的具體時間，并進行路徑引導，使得旅客可全程無憂候車，不誤點、不漏乘。該設備可提供開檢時間、乘車引導等信息，全方位、多層次、圖形化、智能化地滿足旅客的候車需求。

（1）乘車查詢

旅客站立于智能引導設備前，攝像頭自動識別人臉進行查詢。同時，旅客也可用身份證件在智能引導設備的身份證件識別區域進行識別。設備通過人臉識別或刷身份證件的方式顯示乘客乘坐的車次信息及相關位置，并對到達相關位置進行路線規劃（在地圖上展示當前位置到目的位置間的路線指引）。

（2）車次列表

顯示當前車站的車次信息，內容包括車次名稱、終點站、出發時刻、候車室、檢票口、狀態、站臺（該數據通過調用鐵旅大屏車次數據接口獲取），并支持車次數據的動態刷新。

（3）站內查詢

查詢車站內的候車室、檢票口、售票處、站內服務（飲水間等）、公共設施（衛生間等）等信息。

（4）語音客服

支持問詢站內候車室、檢票口、售票處、飲水間、服務臺、衛生間等的位置。例如，旅客描述“檢票口”，機器識別到“檢票口”后顯示搜索結果頁面。

（5）查車次

旅客可輸入想要查詢的車次，并點擊確認。顯示屏會顯示查詢車次的始發站、終到站、候車室、檢票口、出發時間、狀態等信息。

（6）搜周邊

旅客可搜索車站周邊的“美食指南”、“交通出行”、“賓館住宿”、“超市購物”等信息，選擇相應的類別后顯示該類別下的信息列表，選擇列表中某一項后顯示地圖并在地圖中標注所選位置。

（7）問詢

提供一些常見問題和相關規章的查詢。常見問題包括車票、改簽、退票、上車；相關規章包括掛失補辦、進站須知、特殊服務、遺失物品、禁帶品須知、接送站事項、行李搬運等。

（8）退改簽

退改簽中顯示車站的服務臺、退改簽窗口、值班室等服務窗口信息。

（9）愛心服務

愛心服務顯示車站的母嬰室、飲水間、公共設施等信息。

（10）智能查詢機位置導航

點擊車次列表的檢票口或候車室、站內查詢/退改簽/愛心服務中的顯示項、語音客服中的返回結果列表頁上的結果項、查車次后的查詢結果頁的檢票口均可進行導航。

（11）手機端位置導航

使用手機微信掃描智能引導設備導航頁的二維碼，可進行手機端位置導航，方便旅客前往指定位置。

2 智能引導設備的關鍵技術

2.1 數據交互方案

智能引導設備需要獲取多個系統的數據，具體數據交互方案如圖3 所示。

圖3 智能引導設備數據交互

智能引導設備上配備有攝像頭，有效覆蓋1.5 m～1.9 m 常人身高，角度內置可調。設備通過攝像頭采集旅客的人臉圖像，并將圖像傳遞給后臺的人臉比對平臺。人臉比對平臺具有人臉活體檢測功能，避免不法分子使用照片或視頻等方式盜取他人的行程信息。通過人臉數據庫查詢到該旅客的真實身份信息（如身份證號、護照號等身份唯一標志）。設備依據唯一標志，分別在高鐵和機場平臺中查詢該旅客下一旅程的詳細信息，如車次狀態和檢票口信息，并根據后臺的導航服務器，將旅客的下一段行程和行進路徑顯示在左下顯示屏。乘客也可掃描屏幕上方的二維碼，使用手機進行導航。智能引導設備的右下顯示屏，實時滾動顯示從高鐵和機場平臺查詢到的鐵路車次信息和民航航班信息（正晚點、候車地點）等與其相關的旅程信息。

2.2 人臉活體檢測

人臉檢測以其采集方便、易于識別等特征，逐漸成為目前非接觸身份認證的主要方式。然而在應用場景中一些人用照片、視頻、人臉模型等方式進行人臉復制，欺騙系統，從而使得人臉認證性能低下。為此，本文采用通過描述人臉細微動作進行人臉活體檢測的技術，避免照片欺騙等威脅。

離散余弦變換（DCT，Discrete Cosine Transform）[9]能夠將活體真實人臉圖像的大部分重要信息映射到DCT 域低頻部分，而高頻部分大多為噪聲。由于照片、模型中的人臉不具備細微動作的可能，那么在獲取人臉連續的、一系列細微動作的過程中，可以獲得一些線索來判斷是否是真實的人臉，如眼睛眨動、嘴唇的離合、面部肌肉細微動作以及人臉周邊場景的細微變化。我們將其投影到DCT 域的低頻部分，過濾掉高頻噪聲，隨后進行均值濾波、直方圖均衡，用SVM 分類器能較好地將真偽人臉區分開來。

設f(i,j)為 空域中一幅分辨率為M·N的人臉圖像，則其對應的DCT 變化如公式（1）所示：

其中，

3 現場使用情況

該智能引導設備目前已在北京大興機場站投入使用。北京大興機場站是京雄城際鐵路的主要車站之一，旅客可在該車站換乘高鐵（城際）、城軌、飛機3 種交通模式，是真正意義上的“一體化”交通樞紐。航空換乘城際：由地面航站區進入地下一層換乘通廊，通過開放式進站口進站檢票，進入二層站臺乘車；城際換乘航空：在地下一層南北區出站，通過換乘通廊向上進入航站樓。雖然站內安裝部署了許多引導指示，但乘客真正置身其中，還是很難準確找到換乘方向。為此，需在站內的諸多區域部署智能引導設備，旅客可隨時通過該設備的便捷引導進行換乘。現場使用情況如圖4 所示。

4 結束語

空鐵聯運車站作為“一體化”交通樞紐，旨在為旅客提供多種交通工具間的便捷換乘。然而，無法避免的大面積換乘區域問題，給旅客的換乘帶來困擾。為此，本文設計了一種智能引導設備，可以隨時隨地為旅客提供行程指導，助其在“一體化”交通樞紐順利換乘，全方位、多層次、圖形化、智能化地滿足旅客的候車需求。

圖4 智能引導設備現場使用情況