基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位平臺(tái)的智慧車(chē)站設(shè)計(jì)研究

唐 路，楊順娣

（中通服咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 638500）

0 引 言

火車(chē)站作為人流量密集的大型交通樞紐，是城市發(fā)展的重要?jiǎng)恿Γ溥\(yùn)行效率決定著產(chǎn)業(yè)和城市空間布局的靈活性與高效性。實(shí)現(xiàn)旅客快進(jìn)快出，對(duì)建設(shè)快速、便捷的鐵路客運(yùn)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)鐵路客運(yùn)高速化、公交化，提高鐵路運(yùn)輸質(zhì)量具有重要的意義。智慧車(chē)站的出現(xiàn)對(duì)內(nèi)能夠提升火車(chē)站站內(nèi)人員的工作效率、提高車(chē)站管理效率；對(duì)外增加旅客的出行體驗(yàn)、提高旅客出行效率、提升旅客滿(mǎn)意度、提升車(chē)站形象，讓旅客在新時(shí)代的獲得感和幸福感更加充實(shí)。本文介紹了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位平臺(tái)智慧車(chē)站的設(shè)計(jì)研究。

1 智慧車(chē)站業(yè)務(wù)需求

智慧車(chē)站是將相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行整合，為工作人員提供一個(gè)綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)，并提供乘客服務(wù)、設(shè)備監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)管理的智慧服務(wù)。利用4G/5G通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能力，結(jié)合客流位置服務(wù)系統(tǒng)及主動(dòng)定位引擎的位置服務(wù)能力，根據(jù)車(chē)站具體的運(yùn)營(yíng)、服務(wù)需要及車(chē)站的社會(huì)定位屬性。實(shí)現(xiàn)基于位置大數(shù)據(jù)的綜合服務(wù)能力平臺(tái)，通過(guò)信息化手段提高車(chē)站旅客服務(wù)質(zhì)量、擴(kuò)展車(chē)站服務(wù)場(chǎng)景、逐步降低車(chē)站運(yùn)營(yíng)成本，最終實(shí)現(xiàn)鐵路高質(zhì)量發(fā)展時(shí)提供可靠的安全保障。

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位業(yè)務(wù)平臺(tái)介紹

2.1 總體介紹

業(yè)務(wù)平臺(tái)能滿(mǎn)足4G/5G 環(huán)境下的定位能力，為火車(chē)站提供站內(nèi)綜合展示及導(dǎo)航解決方案，主要包括以下兩個(gè)系統(tǒng)。

（1）客流被動(dòng)定位服務(wù)系統(tǒng)。基于大數(shù)據(jù)指紋庫(kù)算法進(jìn)行站內(nèi)用戶(hù)定位，通過(guò)系統(tǒng)接口，獲取脫敏柵格級(jí)別統(tǒng)計(jì)信息，最終在大屏或者PC展示火車(chē)站總?cè)藬?shù)、分層總?cè)藬?shù)，不同區(qū)域人流密集情況、不同區(qū)域駐留時(shí)間等相關(guān)信息。

（2）主動(dòng)定位引擎系統(tǒng)。通過(guò)平臺(tái)層主動(dòng)定位引擎提供高精度的主動(dòng)定位能力（接入4G/5G慣導(dǎo)等數(shù)據(jù)），在應(yīng)用層提供位置查找、停車(chē)場(chǎng)導(dǎo)覽、人員到崗識(shí)別與管理，機(jī)器人智能代步/清掃等應(yīng)用服務(wù)。用戶(hù)通過(guò)手機(jī)程序發(fā)起定位請(qǐng)求，通過(guò)主動(dòng)定位引擎和大數(shù)據(jù)指紋庫(kù)結(jié)合進(jìn)行定位和導(dǎo)航。

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位的業(yè)務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.2 定位原理

MR定位解決方案如圖2所示，其定位原理包括以下4個(gè)部分。

（1） 客流定位服務(wù)系統(tǒng)。由于手機(jī)在室內(nèi)無(wú)法獲得有效的GPS信息，因此基于指紋的室內(nèi)高精度被動(dòng)定位必須要手機(jī)室內(nèi)CQT數(shù)據(jù)處理后作為指紋庫(kù)，同時(shí)利用運(yùn)營(yíng)商XDR規(guī)范中UEMR中上報(bào)的用戶(hù)無(wú)線(xiàn)環(huán)境信息和指紋庫(kù)進(jìn)行智能匹配來(lái)完成定位。并在與S1MME以及B域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理后提供給應(yīng)用進(jìn)行展示。

（2）主動(dòng)定位引擎系統(tǒng)。室內(nèi)主動(dòng)定位通過(guò)基于指紋的室內(nèi)高精度定位結(jié)果作為初始位置和糾偏位置，結(jié)合從手機(jī)讀取的慣性導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行位置計(jì)算，需要室內(nèi)CQT數(shù)據(jù)處理后作為指紋庫(kù)，在用戶(hù)的手機(jī)上安裝軟件來(lái)搜集用戶(hù)所在的無(wú)線(xiàn)環(huán)境信息和指紋庫(kù)進(jìn)行智能匹配來(lái)完成定位。

（3）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的指紋算法。利用離線(xiàn)階段建立的位置指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到定位MR位置的目的，可實(shí)現(xiàn)較高的定位精度。

（4）指紋庫(kù)采集原理。一個(gè)小區(qū)發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)隨著傳播距離的增加逐漸衰減，由于信號(hào)衰弱和周?chē)灰?guī)則障礙物遮擋，信號(hào)強(qiáng)度分布不可能像仿真軟件覆蓋分布那么規(guī)律，通常手機(jī)能夠同時(shí)觀(guān)測(cè)到其它多個(gè)鄰區(qū)信號(hào)，每一個(gè)鄰區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度分布也符合上述特點(diǎn)。因此，手機(jī)終端在每一個(gè)位置都會(huì)觀(guān)測(cè)到一組小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度樣本值，并且在不同位置所接收到的這組小區(qū)的RSRP樣本值又不相同，這種特征信息定義為指紋庫(kù)特征。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的指紋算法對(duì)比常見(jiàn)定位方法見(jiàn)表1。

表1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的指紋算法與常見(jiàn)定位方法的對(duì)比

2.3 功能描述

2.3.1 大客流精準(zhǔn)分析

實(shí)時(shí)客流監(jiān)控系統(tǒng)利用三維建模技術(shù)，呈現(xiàn)站內(nèi)實(shí)時(shí)客流總?cè)藬?shù)和各樓層人數(shù)，并提供歷史人數(shù)和歷史駐留時(shí)長(zhǎng)等相關(guān)的客流數(shù)據(jù)查詢(xún)服務(wù)，獲取客流的來(lái)源地、途徑地、年齡分布等基本信息。

通過(guò)結(jié)合熱力圖和密度圖的直觀(guān)呈現(xiàn)方法，利用顏色深淺和柱子高低直觀(guān)形象的呈現(xiàn)各柵格的人流密度，直觀(guān)呈現(xiàn)客流聚集區(qū)域人流分布情況以及擁擠程度，同時(shí)疊加站內(nèi)出入口、商戶(hù)等信息，方便指揮調(diào)度。

最后結(jié)合大數(shù)據(jù)特征畫(huà)像技術(shù)（如客戶(hù)性別、年齡段、來(lái)源地，途徑地等信息），挖掘出更多有用的總結(jié)性數(shù)據(jù)。其中客戶(hù)性別和年齡分布根據(jù)實(shí)名制登記信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，來(lái)源地根據(jù)用戶(hù)手機(jī)號(hào)碼的歸屬地進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，途徑地根據(jù)用戶(hù)手機(jī)號(hào)碼途徑切換的基站位置進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在疫情期間，公安等監(jiān)管部門(mén)可以通過(guò)獲取到的實(shí)時(shí)用戶(hù)出行信息進(jìn)行及時(shí)有效的疑似感染人員管理及人員隔離，防止疫情蔓延，為國(guó)家安全和人民安全做到基本保障。

2.3.2 智能交通接駁

用客流被動(dòng)定位服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)交通樞紐接駁室內(nèi)交通站點(diǎn)人流統(tǒng)計(jì)結(jié)合歷史人均等待時(shí)長(zhǎng)，提示預(yù)計(jì)等待時(shí)長(zhǎng)。

站內(nèi)人員及智能設(shè)備定位導(dǎo)航如下。

（1）用戶(hù)進(jìn)入火車(chē)站后可以通過(guò)手機(jī)軟件/微信小程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)自己位置的定位，同時(shí)能夠?yàn)g覽樓內(nèi)每一層的商戶(hù)/候車(chē)室信息，并對(duì)用戶(hù)導(dǎo)覽導(dǎo)航到某一個(gè)商戶(hù)/站臺(tái)/候車(chē)室等；

（2）車(chē)站管理人員可以實(shí)時(shí)獲取站內(nèi)人員的位置及歷史行為軌跡，判斷其到崗情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)外勤人員工作內(nèi)容與進(jìn)度的管理。遇到突發(fā)狀態(tài)也可以依據(jù)位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)員工的合理調(diào)度與調(diào)配功能，保障高鐵等正常穩(wěn)定運(yùn)行；

（3）輔助智能設(shè)備提供自動(dòng)清掃、代步服務(wù)，進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)航定位、自動(dòng)避障，自動(dòng)尋路部署等服務(wù)。

3 主要面臨的問(wèn)題

（1）由于業(yè)務(wù)平臺(tái)需要獲取運(yùn)營(yíng)商提供的用戶(hù)無(wú)線(xiàn)環(huán)境信息和指紋庫(kù)進(jìn)行智能匹配來(lái)完成定位，需要通信管理部門(mén)總體協(xié)調(diào)國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商提供相關(guān)信息，以此來(lái)保證獲取信息的完整性，操作難度偏大，最終落地維度偏長(zhǎng)。

（2）統(tǒng)計(jì)到的用戶(hù)信息包括來(lái)源地、途徑地、性別、年齡等需要遵循相關(guān)規(guī)范進(jìn)行脫敏等處理，信息需要由公安機(jī)關(guān)統(tǒng)一管理，增大了公安機(jī)關(guān)的監(jiān)管難度。

（3）主動(dòng)定位引擎系統(tǒng)中的指紋庫(kù)需要進(jìn)行階段性的更新擴(kuò)容和維護(hù)，不利于有效進(jìn)行成本控制。

4 結(jié) 論

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定位平臺(tái)的智慧車(chē)站能夠提供智能交通接駁服務(wù)、實(shí)時(shí)確定站內(nèi)人員及智能設(shè)備的位置、統(tǒng)計(jì)站內(nèi)用戶(hù)信息，輔助智能設(shè)備完成自動(dòng)清掃、問(wèn)答、代步、引導(dǎo)功能。車(chē)站可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)到的信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，提供針對(duì)不同用戶(hù)的業(yè)務(wù)，公安等監(jiān)管部門(mén)也可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)用戶(hù)的出行信息，為國(guó)家安全和人民安全做到基本保障，防止疫情蔓延。