鐵路綜合交通樞紐智慧系統探討

程智源，曾雪松，李 海

（中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031）

近年來，云計算、大數據、物聯網、人工智能等新技術快速發展，推動著技術與產業深度融合，各行各業都在將高新技術運用于傳統產業的改造，開啟了智慧機場、智能交通、智慧工廠、智慧物流、智能樓宇等眾多行業的智能化建設[1]。

綜合交通樞紐有效融合多種地面交通換乘方式，極大地方便旅客出行，推動單一交通方式向多模式交通方式轉變，在現代綜合交通運輸系統中具有十分重要的地位。鐵路綜合交通樞紐是以鐵路客運站為主體的綜合交通樞紐，如何構建鐵路綜合交通樞紐智慧系統是未來鐵路發展的重要研究課題[2-3]。

目前，國內外對于智能旅客車站開展了不少研究與應用。法國鐵路公司通過在大型客運站設置信息服務中心，實現各信息子系統之間的信息共享，有效提高了生產效率和服務質量[4-5]；德國鐵路公司提出鐵路4.0 規劃，借助App 優化乘客購票及換乘體驗，并提供設施自動故障診斷與報警，實現了車站旅客服務與設備設施的一體化綜合管理[6-7]；瑞士聯邦鐵路公司將拓展車站數字服務作為一項重點任務，與合作伙伴共同開展車站數字化建設研發工作[8-9]。

我國對智能車站的研究與開發已處于世界前列，自助化旅客服務廣泛應用，并在實踐中不斷完善。特別是智能京張、智能京雄等示范工程的開展，將智能車站的研究推向新的發展階段，取得了令人矚目的成就[10-12]。

鐵路綜合交通樞紐智能化發展是大勢所趨，但在具體實踐中，仍存在諸多問題，主要問題有：

（1）數據共享難以實現：鐵路綜合交通樞紐設智慧化應用系統數量多、結構復雜，缺乏平臺化、集成化設計，不少業務應用系統單獨分散配置軟硬件資源，存在一定程度上的信息孤島，數據難以有效共享的困局極大地制約了鐵路綜合交通樞紐的生產作業和旅客服務，無法適應樞紐未來發展的要求。

（2）運營管理分散而混亂：目前鐵路綜合交通樞紐在頂層設計與建設的過程中，沒有把運營管理的理念與需求貫穿始終，鐵路綜合交通樞紐在建設過程中沒有良好契合相關運營單位及政府部門的使用需求，運營管理分散孤立，各部門分工與職責劃分不清，多種交通方式運行管理的銜接與協同不暢。

（3）信息安全缺乏保障：鐵路綜合交通樞紐的信息系統種類龐雜、接口眾多，且部分系統運行在互聯網環境上，不滿足網絡安全的等級保護要求，缺乏完善的網絡安全防護措施；在數據交互過程中，容易遭受外部攻擊，存在一定的網絡安全風險。

1 鐵路綜合交通樞紐智慧系統建設目標

鐵路綜合交通樞紐智慧系統的建設以“智能便捷、聯動高效、精準靈活、服務全面”的現代化智能交通樞紐綜合體為導向，深度融合云計算、大數據、物聯網、人工智能等新一代技術，著力提高樞紐的運行效率、服務質量和安全水平，實現各交通方式運行管理的有序銜接與高效協同，改善旅客出行換乘體驗和換乘效率，支撐綜合客運樞紐精細化運營管理。

1.1 實現樞紐內外部數據的信息共享和集成應用

打破樞紐信息孤島，樞紐綜合交通樞紐接駁運輸方式、行業部門、樞紐之間的信息交換、共享和利用水平；構建統一的大數據資源池，并對海量數據進行實時分析，為客流預測、客流疏散、運營管理、應急演練等提供數據支撐。

1.2 建立具有創新性與可持續性的運營管理模式

結合實際運營管理需求，在對綜合樞紐運行信息和各交通方式運營數據進行資源整合和數據交換共享的基礎上，推進相關技術標準和管理規范的制定，構建貫穿設計、建造、運維全生命周期的建設管理模式，提高樞紐運營管理效率，實現運輸組織銜接高效化、運行監管綜合化、決策分析自動化、交通管理精細化、旅客服務人性化、應急處置科學化。

1.3 提升樞紐信息系統的網絡安全防護能力

建設覆蓋鐵路綜合交通樞紐物聯網終端、網絡設備、數據、業務的全方位安全管控技術體系，建立與之配套的管理體系、服務體系、運營機制以保障技術體系的有效運行，確保樞紐關鍵業務系統安全、穩定運行，實現數據資源安全有效的交互與共享。

2 鐵路綜合交通樞紐智慧系統的總體架構

為滿足“交通運輸、樞紐治理、政府管理、產業融合、民生服務”多層面現實需求和發展要求，著眼于鐵路綜合交通樞紐各類信息化設施和眾多業務應用系統的互聯互通與信息共享，鐵路綜合交通樞紐智慧系統的總體架構可概括為1 個智能中樞、2大支撐系統和3 類業務應用，如圖1所示。

圖1 鐵路綜合交通樞紐智慧系統總體架構

（1）1 個智能中樞：結合云計算、虛擬化、大數據等新一代信息技術，構建私有云能力基座、數據中臺、應用中臺，建成鐵路綜合交通樞紐數據中心；利用數據抽取、消息服務、微服務等技術，實現鐵路綜合交通樞紐內部數據、外部數據、社會及互聯網等多源數據的規范化管理和共享，為鐵路綜合交通樞紐的設計、建造和運營提供驅動力。

（2）2 大支撐體系：包括信息安全保障體系和技術標準規范體系；按照《網絡安全法》以及《信息安全技術網絡安全等級保護基本要求》等相關法律法規要求，結合運營管理的具體需求及項目特點，建設具備端、云、數一體化網絡安全保障能力，擁有良好的可擴展性、先進性、普適性的信息安全保障體系；建立健全以相關國標、行標為主體，地方標準為補充的鐵路綜合交通樞紐技術標準規范體系，圍繞物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術在交通運輸、樞紐治理、政府管理、產業融合、民生服務中的應用，推進相關技術標準和管理規范的制定，支撐鐵路綜合交通樞紐智能化體系有序、高效的建設與運營。

（3）3 類業務應用：結合鐵路綜合交通樞紐的定位與功能需求，構建貫穿鐵路綜合交通樞紐的設計、建造、運營的全生命周期管理模式，為建立具有創新性與可持續性的運營管理模式提供支撐，全面提升鐵路綜合交通樞紐的智能化水平。

3 鐵路綜合交通樞紐數據中心

3.1 技術架構

建成鐵路綜合交通樞紐數據中心，為貫穿樞紐全生命周期的各類應用提供私有云計算環境和數據共享服務，包括承載中臺的私有云能力底座、數據中臺、應用中臺。

（1）能力基座：基于云計算環境部署，實現自動化部署、高可用、彈性調度、路由管理、存儲管理及監控告警；利用云操作系統，將多個虛擬化集群資源池統一整合為規模更大的邏輯資源池，并對外抽象為標準化、面向用戶的基礎設施服務。

（2）數據中臺：利用數據抽取、消息服務、文件交換等技術，接入鐵路綜合交通樞紐內部數據、外部共享數據、社會及互聯網等多源數據，并實現集中存儲，構成數據湖；通過數據治理、數據模型搭建、數據資產管理，完成海量數據計算和融合處理；面向上層各類應用的數據訪問需求，建立基礎數據庫、主題數據庫和應用數據庫，提供安全、可靠、高性能的數據共享服務。

（3）應用中臺：提供可復用服務（如統一會員、統一營銷、統一訂單等）以及各種公用基礎業務能力，包括支付中心、結算中心、用戶中心以及面向運營管理的日志分析中心、配置中心、監控中心等，為上層應用提供基礎服務能力支撐。

3.2 數據治理與數據共享

對多源數據資源實施統一管理和規范化處理，形成面向具體應用需求的主題數據庫，支持靈活多樣的數據探索，能夠從數據中發掘更多的價值。

（1）數據治理：建立全面、標準、量化的鐵路綜合交通樞紐大數據中心臺賬，明確信息分類、信息項、信息源頭、共享交換條件等的規范描述，形成指導數據質量改善的數據治理標準規范，為數據接入、數據存儲、數據處理、數據發布、數據交換、數據應用建立強制性技術約束。

（2）數據共享：采用基于微服務架構的數據共享服務提供數據訪問接口，有利于提升服務開發效率，簡化服務注冊、服務調用，使服務接入更規范、簡潔、靈活。

4 鐵路綜合交通樞紐智慧系統的支撐體系

4.1 網絡安全保障體系

網絡安全保障體系是一套覆蓋鐵路綜合交通樞紐物聯網終端、網絡設備、數據、業務應用的全方位網絡安全技術體系，以及與之配套的網絡安全管理體系、網絡安全運行服務體系。

結合《網絡安全法》以及《信息安全技術網絡安全等級保護基本要求》等相關法律法規要求，解決鐵路綜合交通樞紐發展中的網絡安全問題，建設具備端、云、數一體化網絡安全保障能力，擁有良好的可擴展性、先進性、普適性的信息安全保障體系，保障區域內智慧樞紐、大數據產業、物聯網產業等相關的信息化領域的健康發展。

4.1.1 網絡安全技術體系

強化關鍵信息基礎設施防護，通過物聯網安全認證與接入、云主機安全管理、云應用安全管理、數據安全及容災備份、網絡安全態勢感知等技術的應用，構建網絡安全技術防護體系，對綜合樞紐網絡空間中的共用基礎設施、數據資源、應用系統進行安全防護，進而保障樞紐網絡空間的安全。

4.1.2 網絡安全管理體系

在組織管理與安全制度體系建設上，以遵循上級管理部門制定的安全管理體系并保障其有效運行為主。

4.1.3 網絡安全運行服務體系

鐵路綜合交通樞紐建設涉及到的各類應用系統需具備安全保障措施，為應用系統提供基線檢查、漏洞掃描、滲透測試、等保測評、應急支撐、整改咨詢、安全培訓、代碼審計、安全咨詢、攻防演練等安全服務。

4.2 技術標準規范體系

鐵路綜合交通樞紐智慧系統的技術標準規范體系主要包括相關技術標準和管理規范及評價體系。

4.2.1 技術標準和管理規范

建立健全以相關國標、行標為主體，地方標準為補充的綜合交通樞紐標準規范體系。圍繞物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術在交通運輸、樞紐治理、政府管理、產業融合、民生服務中的應用，推進相關技術標準和管理規范的制定，主要包括：

（1）以國標、行標為指導，加強數據資源采集、匯聚、共享開放、質量、安全等方面的標準規范建設；

（2）加強綜合交通樞紐建設管理標準建設，完善綜合交通樞紐的規劃設計、實施管理、評估評價、運行保障、運營管理等方面系列標準規范；

（3）加強綜合交通樞紐網絡和信息安全標準建設，推進綜合交通樞紐項目建設中的網絡安全、信息數據安全、關鍵系統安全及管理等方面的標準建設。

4.2.2 評價體系

按照國家及樞紐所在城市市級相關要求，遵循科學性、可操作性、可比性、導向性的原則，建立鐵路綜合交通樞紐特有的智慧系統評價體系；明確各項評價指標責任主體、計算方法、數據要求、數據來源等內容，圍繞交通運輸、樞紐治理、政府管理、產業融合、民生服務等重點領域，以定量評價為主、定性評價為輔，穩步推進綜合交通樞紐智慧系統的綜合評價評估工作。

依據評價結果，持續完善各類業務系統，充分發揮新技術的驅動作用，促進5G、云計算、物聯網、邊緣計算、人工智能等新技術的發展及推廣應用，緊跟新技術最新發展動態，不斷引入新設備、新系統，為鐵路綜合交通樞紐運營管理提供強有力的技術支撐。

5 鐵路綜合交通樞紐智慧系統的應用框架

鐵路綜合交通樞紐智慧系統的應用貫穿鐵路綜合交通樞紐建設的全生命周期，分別面向“智慧設計”、“智慧建造”、“智慧運營”3 大板塊的核心需求，涵蓋8 個主要領域，如圖2所示。

圖2 鐵路綜合交通樞紐智慧系統的應用框架示意

5.1 智慧設計

以BIM 為基礎，通過建立項目模型，以及對接口進行系統化處理，達到設計流程優化、設計方案交互和設計資源整合的效果，加強設計階段與施工階段的信息交互能力，為后期鐵路綜合交通樞紐數據中臺的搭建和完善提供數據支撐。

（1）智慧設計創新技術應用：利用BIM、三維實景模型、傾斜攝影、VR 等技術，基于樞紐場地勘測，建立三維模型，并結合片區規劃，實現建筑性能模擬分析、海綿城市、虛擬仿真等應用；對 BIM模型進行碰撞檢查、方案比選、工程量統計，打通建設項目全過程數據通道，構建新型建設組織管理，提高參建方的溝通協作效率，實現多專業數據一體化，從而提高設計質量，減少施工返工。

（2）智慧設計管理應用：將BIM 技術與項目管理、云計算、大數據等先進信息技術集成，對接規劃數據和后續管理需求，支持精細化、信息化和協同化的項目管理；探索數字化監管新模式，實現項目監管、BIM 構件庫管理、設計模型管理、圖檔管理、協同管理、設計審查管理等智慧設計管理應用。

5.2 智慧建造

在建設過程中，應用BIM、3DGIS、5G、物聯網及智能監測設備等技術，搭建智慧建造功能模塊，對接規劃數據和后續管理需求，滿足樞紐建設工程項目在施工創新和建設管理的需求。

（1）智慧建造創新技術應用：在施工準備階段，通過搭建BIM 模型，快速識別工程圖紙中的錯漏碰缺，利用BIM 可視化對各專業（建筑、結構、機電、消防、裝飾、電梯等）的設計進行空間協調，提前解決傳統設計的潛在隱患；對場地使用規劃、施工計劃和施工方案進行分析模擬，實現施工計劃和方案優化、危險源自動識別和分析；通過裝配式施工及一體化裝修，協調建筑、結構、設備、裝修專業間的沖突，有效減少施工污染和消減勞動力資源。

（2）智慧建造管理應用：通過構建設計圖紙審查、建造進度、人員、安全、資料等智慧建造管理應用，實現項目過程的管理前置、多方協同和多級聯動，全面提升工程項目建設監管效能。

5.3 智慧運營

以公共交通多模式協同調度、旅客快速疏散為目標，實時多交通運行數據共享與分析基礎，利用AI、大數據分析等技術，實時監控樞紐不同交通方式的運行態勢，確保交通管理人員提前進行運力調配、信息發布、安全防護等公交動態管控，構建面向商圈、辦公、公園等場所的智慧運營系統，實現資源優化配置、信息共享及自動化運營。

（1）智慧綜合樞紐：包含樞紐指揮與調度系統、樞紐運行監測系統、樞紐聯動響應系統、樞紐協同調度系統、樞紐應急管理系統等模塊，實現樞紐智能化系統集成、資源優化配置及信息共享，為旅客提供便捷及時的引導和信息服務，為樞紐客流、車流管理提供先進的數字調度管理手段，并為樞紐不同交通方式提供信息交換與信息共享服務。

（2）智慧商圈：構建提升市民服務體驗、提升傳統商業、刺激商圈經濟的服務應用體系，以互聯網、移動互聯網、大數據和云計算等為基礎，涵蓋感知采集、全景展示、數字孿生等智慧應用，為消費者提供更加快捷、愉悅、實惠的消費生活。

（3）智慧辦公：通過人工智能、物聯網、大數據等技術手段的綜合應用，構建數字化辦公管理平臺；基于小而輕的軟件即服務（SaaS，Software as a Service）管控系統、聯動小程序等終端，為樞紐辦公提供智能訪客門禁管理、智慧樓宇、智能配送、無人值守停車、智慧會議等服務，為用戶提供更加安全便利的智慧化工作與生活服務。

（4）智慧公園：采用先進成熟的互聯網技術及物聯網技術，通過對公園智慧化建設，并分別面向管理者及游客開發綜合管理平臺，集成安全防護、環衛管理、信息化查詢、公園導覽等功能，使公園成為一個貼近生活，便于管理，安全高效的智慧公園。

6 結束語

為滿足鐵路綜合交通樞紐在“交通運輸、樞紐治理、政府管理、產業融合、民生服務”多層面的現實需求和發展要求，鐵路綜合交通樞紐智慧系統采用“1 基座2 中臺”架構，運用云計算、大數據和人工智能等新一代信息技術手段，構建鐵路綜合交通樞紐智慧系統數據中心，實現鐵路綜合交通樞紐所有內部數據、外部數據、社會及互聯網等多源數據的治理與共享，打破不同部門間數據壁壘，為鐵路綜合交通樞紐的設計、建造和運營提供驅動力。同時，通過構建以信息安全保障體系和技術標準規范體系為內涵的支撐體系，構建貫穿鐵路綜合交通樞紐全生命周期的管理模式，全面提升鐵路綜合交通樞紐的智能化水平，為鐵路綜合交通樞紐智慧系統建設提供參考。