城市軌道交通智慧車站建設實踐研究

劉曉亮

（北京鼎漢技術集團股份有限公司，北京 100070）

引言

我國城市軌道交通建設進程不斷發展，截至2022年1月，內地共有51個城市開通運營軌道交通，交通線路共計270 條，運營里程總長達到8759 km，完成客運量18.0 億人次，進站量10.8 億人次。城市軌道交通線路里程與客流量的快速增長對車站的客運服務與運營管理帶來了新的挑戰，傳統車站提供的運營管理服務已不能滿足乘客日益增長的出行需求，智能化建設對于提升車站的服務水平具有重要意義。

目前，我國多個城市已開展智慧車站的建設試點工作，《中國城市軌道交通智慧城市發展綱要》[1]提出智慧車站的建設內容應包含智能運輸組織、智慧乘客服務、智能運維以及城軌云與大數據平臺。周茂慶[2]指出車站現階段的智慧應用主要集中在站臺、服務中心以及設備管理方面，且并無統一標準。陳菁菁[3]從上海漢中路站的建設實踐出發，聚焦客運管理、設備管理與人員管理三大核心業務，探索出一種智慧化的車站運營管理模式。蔡玉萍等[4]分析了南京草場門站的經濟效益，研究表明在智慧車站投入運行后不僅提高了整體運營效率，而且大幅降低了車站的運維成本。趙奕[5]總結了深圳地鐵的智慧車站建設工作，通過物聯網與人工智能等信息技術的應用，實現了車站管理由傳統向智能化轉型。

1 車站作業內容分析

車站是軌道交通運營管理最基本的核心單元，地鐵車站的作業內容主要由面向乘客出行和面向車站管理兩方面組成。

1.1 面向乘客出行

乘客出行可分為進站前、進站、乘車、出站和出站后5 個階段，其中各階段路徑內涉及到乘客的出行需求與所需服務內容如圖1 所示。

圖1 面向乘客出行圖

1.2 面向車站管理

車站管理主要有開站前準備、開站、組織運營管理、關站準備與關站結束運營階段，在整個管理過程中涉及到的各項具體工作內容如圖2 所示。

圖2 面向車站管理圖

2 智慧車站建設

X 市為我國一沿海城市，隨著城市經濟的快速發展與生態文明建設水平的不斷提升，該市地鐵客運量日均即將突破60 萬人次，傳統車站面臨的問題也接踵而來。由于車站設備自動化水平偏低、運維工作強度大以及運營組織管理復雜度高，導致車站的乘車體驗較差，乘客的乘坐意愿不斷降低，該城市地鐵車站的智能化建設已迫在眉睫。

針對X 市軌道交通“十四五”規劃建設的線路，本文選擇該市具有典型特征的地鐵車站（A 站）建設試點站，從提高乘客出行滿意度與加強車站管理服務水平角度出發，運用“互聯網+”、大數據與5G 網絡等最新信息技術，探索出了一種全新的智慧車站運行管理模式。

目前X 市地鐵5 條線路運營里程共計201.03km，共設車站77 座。其中，A 車站地處城市兩條主路交叉口，為城市地鐵1 號線與2 號線換乘樞紐站。地鐵站為單拱雙柱三層島式車站，建筑面積為25424m2，地鐵1 號線與2 號線采用疊落方式進入A 車站，每層站臺層上分設兩條線路。此外，1 號線與2 號線列車在兩個站臺層上都可交會，站臺設在兩條線路之間，同一方向的乘客在同一站臺就可以換乘到另一條線路。

2.1 智慧車站運行管理模式

智慧車站是應用云計算、大數據、物聯網、人工智能、5G、衛星通信與區塊鏈等新興信息技術，全面感知、深度互聯和智能融合乘客、設施、設備、環境等實體信息，經持續進化，能夠實現車站設備監控、智慧運管、智慧運維等功能，促進車站高效運營管理。

針對X 市地鐵車站存在的問題，在其A 車站試點建設“統一平臺+兩個主題+三層架構”的智慧車站運行管理模式。并以“統一規劃、統一標準、技術先進、突出應用、穩定可靠、資源共享”為前提，確保系統設計和建設滿足運營管理的全局需求，體現場站管理的數字化、自動化和智能化水平。

（1）“統一平臺”即將所有元數據匯集到一個平臺，其中包括設施設備、乘客信息、工作人員以及其它各子系統，實現資源的統一管理和統一調度，實現智慧車站的統一指揮和閉環管理。

（2）“兩個主題”即從乘客角度出發，提供完善、方便、快捷的服務，其中包括信息推送、顯示、自動化終端設備與服務質量等。

（3）“三層架構”為平臺的技術結構，充分考慮平臺的穩定性、安全性和統一性，將平臺設計為感知層、處理層與應用層，即數據的采集、清洗融合與應用終端。

2.2 智慧車站總體架構

在構建智慧車站管理平臺時，既要考慮到車站的運營穩定需求，也要開展智能化業務模塊的有序銜接。A 車站智慧車站建設整體由平臺端和移動端兩部分構成，平臺部分的應用程序采用B/S 模式獨立組網進行部署，移動部分的應用程序依托無線網進行部署。A 車站運行管理平臺的總體架構由信息感知層、數據處理層與應用層構成，如圖3 所示。

圖3 智慧車站運行管理平臺架構圖

底層是獲取數據的信息感知層，通過智能設備及監測傳感器采集車站現場的實時信息，包括流量監測傳感器、自動售票設備以及各類設施設備傳感器等；中間層是數據處理層，包含了設備狀態監控系統、不間斷電源系統以及既有廣播系統、乘客信息系統等服務系統；頂層是數據綜合管理的應用層，包含了車站運行控制中心、智慧平臺以及移動終端等管理系統。

3 智慧車站建設的關鍵技術

A 車站智慧車站采取統一的技術平臺建設，以保證系統的一致性、可維護性和可延續性。

所有子系統的架構都分為5 層，由用戶交互層、業務應用層、應用支撐層、數據資源層和基礎設施層組成。

3.1 乘客信息系統

A 車站有效站臺寬度為14m，有效站臺長度為118m，既有的導向主要分為動態、靜態兩種。動態導向設備主要為液晶電視，分布在站臺及服務中心兩側，主要用于顯示列車到發時間信息，但是由于顯示界面的廣告信息占用了太多篇幅，導致列車信息顯示不直觀；靜態導向設備主要為燈箱，用于顯示位置、線路及場所信息，但是由于不能根據作業場景及事件場景做聯動引導，無法根據現場布局變化而靈活改變，給旅客出行帶來不便。

除此之外，目前導向設備的信息載體點位存在盲點，即遇到因特殊情況站內工作安排發生變動時，乘客不能及時獲取信息，影響了乘客出行體驗。結合A 車站的實際現狀，通過4 種方式開展乘客信息系統建設工作，具體如下。

3.1.1 公告發布系統

建設公告發布系統，以針對缺少導向設備的信息載體點位問題。保持原有PIS 系統不變，新建的公告系統包括后臺管理平臺及前端設備終端，平臺可以獨立管理操作，也滿足將設備狀態、數據等接入智慧車站統一平臺，接收智慧平臺的實時指令，實現系統聯動。此外，在關鍵點位和方便乘客了解公告信息的位置增設LED 屏，實現采用統一的管理平臺管理新增設備以及設備上的公告內容。不僅能單獨對某個點位進行公告編輯、發布等管理工作，而且能同步管理左右點位的公告信息。

3.1.2 智能燈箱導向管理系統

A 車站現有燈箱共計179 個，且全部為靜態燈箱，導致設備狀態無法感知更無法遠程進行控制操作，不能滿足智慧車站的建設需求。因此，建設智能燈箱導向管理系統，不僅能進行狀態感知上報、與其它系統進行聯動預案關聯，而且能根據需求隨時進行遠程控制管理，包括顯示內容與版式效果等。

3.1.3 實景導向系統

靜態的地圖引導方式是將車站及各出口名稱標識在地圖中，一般以英文字母與數字相結合，并以地理方位對地點進行指示說明。乘客若是對于地理方向不敏感，此時靜態地圖引導方式將不能達到預期的引導效果，給乘客帶來較差的乘車體驗。因此，在站廳層實施建設實景導向系統，該系統分為后臺管理系統及前端硬件，其中前端硬件包括實景采集硬件與實景+AR 顯示終端。具體內容如下。

（1）在各個出站口分別安裝全景相機，用于采集實景。

（2）在付費區（未出出站閘機）和非付費區（進站閘機前、出站閘機處）安裝4 套實景導向屏，用于向乘客顯示誘導信息。

（3）后臺管理系統主要進行設備管理，處理采集的實景信息，同時將全景相機采集不到的信息用AR 增強的方式進行處理，供前端展示使用。

3.1.4 站臺屏蔽門PIS 系統

新建的屏蔽門引導信息管理系統主要針對屏蔽門上方的乘客信息引導，該系統包括后臺管理平臺及前端顯示系統。管理平臺能獨立管理操作，接入相關系統數據以達到集中顯示功能，同時滿足將設備狀態、數據等接入智慧車站統一平臺，可以接收智慧平臺的實時指令，實現系統聯動。

3.2 智能安檢系統

城市軌道交通的安檢方式已逐步從最初的單機檢測模式轉變為多功能檢測模式，該模式是一種借助大數據、人工智能與物聯網等先進信息技術手段，實現安檢聯網、防檢融合與智能分析等功能。

目前，A 車站安檢智能化、自動化與精準化仍存在許多業務痛點，主要集中在安檢時由于乘客行李物品復雜，禁限帶品種類繁多，人工查驗難以精準識別，存在很大的安全隱患；同時A 車站日均客流約10 萬人次，車站周邊擁有學校、商圈及住宅，并配套10 余條公交線路，道路交通組織復雜，現有的人工檢查為主、設備檢測為輔的工作方式無法滿足公共安全和大客流通行效率的要求。此外，現有安檢設備多以單機工作形式為主，無法聯網管理，事后追溯工作難以開展，安檢數據價值尚未被挖掘和利用。

結合A 車站的實際問題，為了精簡安檢人員并提高車站通行效率，建設了智能安檢系統，該系統由接入層、數據層與應用層構成，具體系統結構如圖4 所示。

圖4 智能安檢系統結構圖

（1）接入層：X 光安檢機采集過包視頻和包裹原始檢測數據，智能分析儀識別違禁品信息，測溫安檢門采集人臉、體溫、金屬等檢測數據，操作臺采集工作人員在離崗信息，復檢平臺采集開包檢查相關數據，完成復檢流程閉環。

（2）數據層：通過前端安檢設備信息采集功能，可完成對人員數據、設備數據、業務數據的采集、存儲和上傳。

（3）應用層：基于數據層所能提供的多維度數據，結合地鐵安檢業務需求，可實現針對人員管理、設備管理、事件管理等多個安檢業務應用，全面提升地鐵安檢業務管理效率。

3.3 智慧運行與運營管理系統

智慧運行與運行管理系統是A 車站智慧車站建設的頂層系統，作為車站日?？瓦\生產組織、員工管理、應急管理與資源管理調度的綜合指揮平臺。

該系統集成了車站日常生產所有系統的感知數據、設備健康數據、故障數據與人員屬性信息，并可對其它子系統或子模塊進行遠程操作控制。系統以輕量級BIM 為基礎，建立三維交互平臺，綜合展示人員位置、客流密度分布、環控、消防和閘機等主要機電設備位置及檢測數據，同時集中顯示報警數據及任務管理的整個閉環周期。

致力于建設“智能、聯網、融合、聯動、智慧”的綜合指揮平臺，完成車站的日常運營管理及應急事件處置工作，系統建設效果如圖5 所示。

圖5 智慧運行與運營管理系統建設效果展示圖

3.4 超融合平臺建設模塊

A 車站智慧車站平臺的IT 架構做為承載智慧平臺的基礎設施，如何做到快速部署、減少投入和靈活擴展愈發重要。云計算可以提供可用的、便捷的、按需的資源，成為當前IT 架構建設的主流形態，許多新建系統都采用云模式進行構建，同時大量的現有業務系統也逐漸向云計算模式進行遷移。

A 車站智慧車站超融合平臺建設模塊部署了4節點超融合一體機，搭建軟件定義的計算、存儲和網絡資源池，將核心業務應用遷移到超融合平臺運行。其中管理超融合是通過自帶的一個超融合管理平臺，可對計算、存儲、網絡和安全等資源進行統一管理，包括虛擬機、存儲等高級特性的配置。同時自帶大屏展示功能，用戶可以直觀了解超融合集群的資源利用情況，也可以靈活定制、監控業務虛擬機狀態，系統建設效果如圖6 所示。

圖6 管理超融合平臺建設效果展示圖

4 結論

智慧車站建設是運用新興信息技術與傳統車站管理辦法相融合的創新工作，順應了軌道交通行業的發展趨勢。本文選擇了具有典型特征的車站，并對其進行了智能化建設實踐研究。通過分析地鐵車站面向乘客出行和面向車站管理的具體作業內容，提出了“統一平臺+兩個主題+三層架構”的智慧車站運行管理模式，整理出智慧車站總體架構，并對系統架構中的乘客信息系統、智能安檢系統、智慧運行與運營管理系統與超融合平臺建設模塊的關鍵技術進行了詳細闡述。研究結果表明，智慧車站建設可有效提升車站信息化與智能化水平，提高車站運營管理效率。本研究為城市軌道交通智慧車站提供了新的建設思路，有一定的工程指導意義和參考價值。