基于運營場景的地鐵智能導向集控系統研究

郭佳峰，裴加富，張兵建，楊雙磊

隨著我國城市軌道交通的飛速發展，地鐵導向標識作為地鐵運營管理體系中非常重要的組成部分，直接關系到地鐵運營的安全秩序。目前城市軌道交通車站的乘客導向標識普遍采用靜態的導向標識或單獨成套的走字屏系統。其中靜態標識由于提示信息是固定不變的，只適合于對不變的信息進行提示，例如出入口位置、目的地乘坐方向等，無法根據運營變化情況，實時動態導引乘客［1］。

而目前可以實現導向信息動態調整的導向屏系統都是單獨設置，與其他地鐵專業系統不能共享信息，無法實時獲取影響地鐵運營的多種信息，也不能根據運營場景實時發布到導向屏，需要運營人員手動調整導向信息，影響了運營人員應對突發事件的處理能力和反應速度［2］。另一方面，導向屏系統設備種類繁多，品牌也不同，存在同一個車站有多個導向屏信息發布系統共存的情況，不同的導向系統對應不同的軟硬件設備，在需要修改和發布導向屏引導信息時，需要車站運營人員在不同系統上逐個手動修改發布，這不僅增加了車站運營工作人員的負擔，而且降低了運營管理的工作效率，同時也會影響乘客出行體驗和安全。

基于以上背景，為提升地鐵車站運營管理水平，提高乘客出行體驗和安全，研究具備自動化和智能化水平的地鐵導向集控系統逐步成為迫切需求。

1 系統設計

通過現場調研獲知，根據車站客運組織工作的需要，車站導向屏系統設備顯示的乘客引導和疏散信息，主要依據運營場景進行調整。運營場景是指在城市軌道交通運營過程中，由關鍵運營事件或時間維度條件觸發的一系列場景，從大類上區分主要包括正常場景、故障場景和應急場景。正常場景：早高峰、晚高峰、平峰、開關站、列車正線運行、列車停站上下客等。故障場景：正線列車故障、信號系統故障、站臺門故障、供電設備故障、機電設備故障等。應急場景：大客流、列車事故、車站火災、恐怖襲擊、車站失電、列車區間疏散等。

目前很多地鐵線路尤其是早期建設的，主要運營場景的觸發條件都分散在各個專業系統中，如列車自動監控系統（Automatic Train Supervision，ATS）、自動售檢票系統（Automatic Fair Collection Systm，AFC）、閉 路 電 視（Closed Circuit Television，CCTV）、火災報警系統（Fire Alarm System，FAS）、環境與機電設備監控系統（Building Automatic System，BAS）、電力監控系統（Power Supervisory Control And Data Acquisition，PSCADA）和屏蔽門系統（Platform Screen Doors，PSD）等，這些系統和導向屏系統設備相互獨立，不能為導向屏系統直接所用。

結合上述現狀及調研情況，本文研究設計了一種基于地鐵運營場景的智能導向集控系統（以下簡稱“系統”）。該系統首先與車站主要業務系統進行接口，收集和感知各業務系統與乘客出行密切相關的運營和事件信息，匯聚到車站集控服務器的實時庫中；然后設計智能分析服務模塊進行運營場景的識別和分析，并基于Activiti工作流程框架設計運營場景聯動管理引擎；基于智能分析服務模塊的分析結果、影響范圍等信息，自動觸發相應的運營場景流程，自動控制導向屏系統設備引導內容的調整和顯示，從而達到智能、高效、自動集中控制發布的目的［3］。

1.1 系統結構

系統需在車站部署集控服務器、數據庫服務器、接口服務器、核心交換機、接口交換機、集控發布工作站等設備。系統主要控制的設備為由不同集成廠家提供的位于車站站廳、站臺以及出入口的走字屏、電扶梯信息屏、動態導向信息屏、出入口導向屏等。系統結構見圖1［4］。

圖1 系統結構圖

與本系統接口的專業系統主要包括：ATS、PSCADA、AFC、FAS、BAS、PSD、CCTV等［5］。本系統與這些專業系統通過Modbus TCP或電力104等標準規約，獲取各專業系統關鍵運營和事件信息，并將獲取到的信息寫入車站集控服務器的實時庫中，供智能分析服務模塊訂閱使用。

ATS主要提供信號系統和列車主要運營事件、關鍵故障信息以及運營時刻表信息等，車站早高峰、晚高峰、平峰和封站等模式按照ATS運營時刻表信息自動觸發［6］；PSCADA主要提供牽引供電臂故障信息，典型的故障信息為嚴重影響運營的供電區段失電；AFC提供閘機設備狀態信息及出入站客流統計信息，它與智能視頻識別的客流信息相結合，作為大客流場景的觸發條件［7］；FAS主要提供車站火災報警情況，為車站火災應急場景觸發條件［8］。

本系統可與不同的既有導向屏系統集成，并實現與地鐵運營核心專業系統的接口，實現軌道交通運營事件信息的全方位感知，建立地鐵運營核心專業與導向屏系統間的聯系，從而智能、自動、高效地控制導向屏信息的調整和顯示。

1.2 運營場景聯動引擎

運營場景聯動引擎是借鑒了工作流技術思想開發的、能夠實現聯動預案在線部署與業務快速更新的城軌監控領域跨專業聯動平臺。它采用基于Activiti工作流程框架，結合腳本引擎的方式實現，以工作流技術驅動聯動腳本指令執行。工作流技術以圖形化的方式實現了跳轉、定時、循環、判斷、并行等特性，可以基本模擬編程環境里的一系列場景。對于城軌綜合監控而言，使用工作流可視化技術可以使得監控效果變得更加直觀。圖形化的預案設計方式配合解釋執行的腳本，可以及時應對聯動需求的變更，大大增加聯動預案的配置靈活性和設計自由度。該聯動引擎以運營場景為基本數據模型，以ATS運營時刻表和運營事件為場景觸發源，通過智能分析服務模塊的分析處理，自動高效地控制不同廠家、不同位置的導向標識設備，調整引導信息的顯示，從而達到智能、自動、高效管理不同運營場景引導和疏散乘客的效果［9］。運營場景聯動引擎設計見圖2。

圖2 運營場景聯動引擎設計

該運營場景聯動引擎關鍵服務模塊如下。

訂閱服務：該模塊以訂閱-發布機制，負責從實時庫中獲取各專業接口系統的關鍵運營事件信息，并提供給智能分析服務模塊進行分析處理。

智能分析服務：該模塊主要綜合訂閱各接口數據進行深入分析，分析事件類型、影響程度和范圍等，并確定該運營場景是自動執行，還是需要運營人員確認后執行等；分析結果可通過指令推送給發布工作站或運營場景服務模塊執行。

運營場景服務：該模塊主要負責運營場景的后臺編輯管理，包括查詢、新增、刪除、修改等場景的執行；運營場景包括觸發條件、場景執行所在的車站、場景觸發后需要執行的操作和控制的設備等信息。

時刻表服務：該模塊主要負責對來自ATS的運營時刻表進行輪詢和處理，觸發基于運營時刻表的運營場景，如早間開站、晚間停運關站等。

協同控制服務：該模塊主要負責向導向屏系統設備發布控制指令，包括信息發布和設備電源的開關控制等；同時根據場景執行的需要，向發布工作站發布彈框確認執行指令等信息。

定時服務：該模塊主要負責響應其他服務模塊設置定時器的請求，包括延時控制和定時觸發等。

2 功能設計

2.1 功能結構

系統從功能結構上主要分為采集控制層、應用服務層和界面操控層，見圖3。

圖3 系統功能結構

采集控制層主要負責從ATS、PSCADA、FAS、BAS、AFC、PSD等系統采集與乘客密切相關的關鍵運營事件，并根據具體的運營場景，接收并轉發應用服務層下發的控制指令，以實現對導向屏系統設備的自動化和智能化控制。

應用服務層基于綜合監控平臺進行構建，擴展集成基于Activiti工作流的聯動引擎，實現運營事件的實時緩存、智能分析、報警服務、協同聯動、控制命令下發等功能。

界面操控層主要為運營管理人員提供運營場景管理、場景執行確認、導向信息編輯、導向信息發布、導向設備電源控制、報警管理等功能。

2.2 核心功能

1）運營場景管理。用戶可以編輯和管理所需要的運營場景，當場景觸發條件滿足時，通過集控發布工作站給出報警信息，供運營人員進行場景確認執行或自動執行；車站運營人員也可以在運營場景管理中手動觸發相應的場景。

2）導向信息編輯。提供對動態導向信息（包括傳遞信息、輪播時間、文字大小、文字滾動時間等各類信息）的編輯功能，并保存為動態導向預案，以供后續調用發布。

3）導向信息發布。運營場景條件滿足時，系統自動匹配預先定義的場景預案，進行自動化導向信息發布，實現地鐵多專業系統和導向屏的智能化聯動；當需要進行人工實時信息發布時，也可對選定的任意一個和多個導向屏設備進行人工發布，或通過設置指定時間段進行定時信息發布。

4）場景智能分析。對采集到的各接口專業系統信息進行綜合分析，智能化分析和匹配運營場景，自動分析影響范圍，并自動選擇需要調整信息發布的設備，顯著提升信息發布效率。

5）設備電源開關控制。基于ATS運營時刻表，實現對導向屏系統設備電源的遠程開關控制功能，自動于運營開始前30 min打開設備電源，于運營結束后關閉設備電源，從而輔助降低運營人員工作量。

6）權限管理。為了防止惡意入侵及誤操作的發生，系統同時采用了控制身份登陸和U盤加密認證等措施，對操作權限進行管理，根據登錄用戶角色賦予信息編輯、信息發布、當前或歷史顯示內容查詢等操作權限。

7）訂閱管理及圖形顯示。運營人員可以通過訂閱管理功能訂閱導向屏設備狀態信息，實時查看或歷史回看全線導向屏設備的運行、關閉、故障等狀態信息，以及當前或歷史的導向屏顯示內容信息。

3 系統優勢

1）平臺架構優勢。系統以城市軌道交通專用實時數據庫、消息總線等技術為基礎，提高了系統的實時性、可靠性；集成智能分析功能，顯著提升系統的智能化水平。

2）聯動引擎優勢。所有聯動場景的搭建只需通過圖形化工具拖拽圖元組合，配上簡單的業務腳本組態實現；可根據新增需求快速實現場景的擴展和定義，且聯動預案能夠在線部署；聯動效果輔以圖形化形式實時展示，非常直觀。

3）視頻智能識別技術。系統基于視頻智能識別技術，通過設置在車站和車輛上客流感知和客流感知識別分析裝置可以全面獲取線路上的乘客動態信息，關注客流實時變化，動態調整客運管理措施，大幅提高服務水平。

4）減輕運營人員負擔。系統實現了在同一個軟件平臺上對不同廠家導向屏系統設備的集中監控，減輕了車站運營人員的工作負擔，達到了對車站所有動態導向屏系統設備集控的目的。

5）降低運維成本。通過設置統一的導向屏系統集控發布工作站，對所有的導向屏設備進行遠程集控管理，減少了運維工作站數量，降低了初期建設投入及后期運營維護成本。

6）打通信息壁壘。系統可按照預先定義的規則，在導向屏上聯動發布各專業系統的信息，而且接口系統還可根據需要進行擴展，或根據用戶需求對定義的規則進行修改，實現了車站各專業間靈活聯動地進行信息發布。

7）更高效的信息獲取。系統信息發布更及時、內容更精準，增加了運營人員與乘客的溝通渠道，可以幫助乘客及時針對突發情況做出反應，實現了自動化導引客流出入站、換乘和疏散，確保乘客的出行安全。

8）智能化運營管理。系統在統一的軟件平臺上基于多專業信息，達到對車站所有動態導向系統設備集控發布的目的，提高了運營人員應對突發事件的處理能力和反應速度，提升了運營人員的工作效率，實現了地鐵車站運營的智能化［10］。

4 結束語

本文針對城市軌道交通導向屏系統的不足，研究并提出了基于運營場景的地鐵智能導向集控系統。隨著智慧地鐵的建設發展，地鐵運營管理單位對高效智能管理、乘客對安全出行等提出了更高的要求，期待本系統在地鐵運營中獲得更廣泛的應用，發揮更重要的作用。