軌道交通智慧車站智能導乘系統優化研究

石慧萍 梁德熒

摘? 要：針對當前城市軌道導乘系統存在的問題，提高市民乘坐地鐵的好感度，通過交互設計的思維方法解決乘客在乘坐地鐵的過程中存在的導乘問題；以物聯網為技術架構優化站內導乘系統，解決當前軌道交通系統中導乘系統存在的技術問題及權限問題。針對這些問題，提出以智能視頻分析技術為輔助的物聯網導乘服務，及提出以豐富乘客生活為主的智能導乘系統的交互設計。

關鍵詞：城市軌道導乘系統；交互設計；物聯網；智能視頻分析；智能導乘服務

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）07-0028-04

Abstract： In view of the problems existing in the current urban rail passenger guidance system， in order to improve the public's favorability for taking the subway， this paper solves the passenger guidance problems existing in the process of taking the subway for passengers through the thinking method of interaction design. The Internet of Things is used as the technical framework to optimize the passenger guidance system in the station， and the technical problems and authority problems existing in the passenger guidance system in the current rail transit system are solved. Aiming at these problems， this paper proposes an Internet of Things passenger guidance service assisted by intelligent video analysis technology， and proposes an interaction design of the intelligent passenger guidance system to enrich the life of passengers.

Keywords： urban rail passenger guidance system; interaction design; Internet of Things; intelligent video analysis; intelligent passenger guidance service

0? 引? 言

本文研究的主題是針對城市軌道交通站內導航、線路導航、站外導航的交互研究，利用高性能的現代化硬件設備、應用現代化先進技術架構強化軌道交通智慧車站智能導乘，以及從交互式設計的方式優化站內導乘文化。

隨著科技現代化的發展，科技對數據的容納量提高、系統功能更加多樣化，版本更新的頻率加快。城市軌道交通的項目生命周期長、更新慢，所需人力、物力、財力巨大，因此、科技水平依然停留在傳統手工階段。當前，軌道交通導乘系統存在設備落后、監控能力不足、數據獨立處理無法聯動、與乘客推式交流等問題。

為了解決上述問題，將物聯網技術、智能視頻分析技術應用于城市軌道交通導乘系統，使用高性能的物聯網通信技術替換原有信道，利用智能視頻分析技術監視站內狀態，分析結果作為導乘系統設施聯動的依據，動態響應車站不同場景的運營。以功能強大、內容豐富為設計原則，以交互式設計為指導思想，優化車站導乘文化。乘客主體人群為上班族和學生，其余為外地乘客、殘疾人、老年人等特殊乘客人群，特殊乘客人群是站務咨詢的主要來源。因此，交互式設計還需考慮到特殊人群使用要求，如操作簡潔、可語音交互、及時遠距離招援等功能。

智能導乘系統的主要目的是滿足乘客的導向需求，以及提升乘客在路途上的舒適感。應用現代化科學技術及基礎設施不僅提升運營服務水平。而且通過系統的廣告媒體銷售還能取得可觀的經濟效益。同時多功能交互設計除了適用于中青年的需要，也照顧到特殊人群，展現城市軌道交通的人性化關懷。

1? 軌道交通系統的導乘系統現狀

1.1? 導乘系統架構現狀

當前，軌道交通系統導乘系統的架構圖的如圖1所示。現有的導乘架構中不存在交互式設計思想。由編播中心指定標準及主要信息構架。編播中心主要實現系統的編輯、播放、管理及控制等功能。編播中心對現場的控制具有最高權限。編播中心主動向軌道交通系統的中心乘客信息系統（以下簡稱PIS）發送信息，在車站由PIS子系統下發廣告信息，廣播系統（以下簡稱PA）播放運營廣播。編播中心經編輯、處理手段生成內部信息，按既定規則或版式，通過控制中心PIS 系統下發控制命令，以完成向乘客傳遞信息的功能。這個架構依賴于編播中心的監控，車站的導乘系統作為中心的終端嵌入中心系統中，僅僅能做到設備的監視，不具備控制信息的下發權限。

原有的PIS屏、廣播、固定導乘只能完成簡單的圖片展示，以及單項、單調的信息輸出。對于乘客來說，可利用信息少，不能滿足多樣的導乘需求。大部分信息更換只能人工更換，如固定導乘信息只能在夜晚時更換，存在較大的人工成本消耗。

在這個架構中，編播中心具有最大權限控制現場的情況，指定信息交互的基線，有利于全線的統一監控，數據信息的統一監控。但這也帶來巨大的風險，軌道交通應急儲備執行權在編播中心，應急情況發生時，無法做到及時的應急情況處理。

因此，嘗試應用邊緣集群、物聯網、智能視頻分析的技術角度優化當前軌道交通導乘系統，提高軌道交通導乘系統的車站動態響應能力和車站導乘文化。

1.2? 當前軌道交通導乘文化

軌道交通導乘系統是指在特定的環境中，為了解決用戶尋找方向和路徑的問題，通過標識、色彩、符號和文字，形成的一整套導引系統。根據設置客流交叉點提示，完成關鍵點人群正確分流，是目前軌道交通導乘系統優化的目標之一。

如今，軌道交通系統的導乘系統的工作模式是預制海報，顯示屏使用紙質固定海報和LED顯示切換像素圖，主要包含定位信息（例如各種進出站標識）、站內導乘系統（例如地鐵線路圖）、咨詢系統（例如站周邊地圖）和安全警告系統（例如站臺跌落警示）。在設計實踐中，單純的基于平面標識設計的導視系統，仍舊較難解決現存的各種乘客導乘問題。

因此，嘗試從交互設計的角度來對地鐵導視系統進行優化。

2? 軌道交通智慧車站智能導乘系統技術改進思路

2.1? 基于物聯網的智慧導乘系統架構

在當前軌道交通系統的基礎上，將車站級系統作為一個相對獨立的物聯網架構，并完成各項優化形成軌道交通智慧車站智能導乘系統。車站級導乘系統架構如圖2所示。

如圖2所示，編播中心依然對軌道交通系統具有一定的權限，但僅僅是監視和重大決策的權限，而導乘系統具備系統的編輯、播放、管理及控制等功能，具備更多的實際控制權限。

應用物聯網架構于車站導乘，車站的導乘系統形成一個自治的集群點，擁有集成的、相對穩定、反映歷史變化、及時響應、提供決策支持的特點。物聯網架構由三層組成，感知層、網絡層和應用層。感知層涉及的是各種識別技術、信息采集技術、控制技術。這些技術是交叉使用的，這一層最常見的就是各種傳感器，用于替代或者延展人類的感官完成對物理世界的感知。

在智慧車站智能導乘系統中，感知層對應導乘系統的終端設備。在原來的設備系統中，導乘系統的終端設備僅僅用于信息的傳達，不負責信息的識別及信息的收集，是一個簡陋的交互式設計。智慧車站智能導乘系統的終端設備具備信息顯示、信息識別、信息收集的功能。終端設備接收應用層下發的指令，將指令轉換成當前社會所能識別的字符、音頻；終端設備識別乘客的操作，并經過計算轉換成指令信息，完成與乘客互動，記錄乘客的操作歷史信息，形成歷史記錄，可為應用層的計算提供數據支持。

網絡層則主要實現信息的傳遞、路由（決定信息傳遞的途徑）和控制（控制信息如何傳遞），分為兩大部分，一部分是物聯網的通信技術，一部分是物聯網的通信協議，通信技術負責把物與物從物理上鏈接起來，可以進行通信，通信協議則負責建立通信的規則和統一格式。有些通信技術已經在互聯網中使用，有些則是根據物聯網新創建的。除了以太網、光纖等有線通信外，智慧車站智能導乘系統可提供使用的無線通信技術包括如下描述，Wi-Fi 6、5G等，這些通信技術的特點是帶寬大，同時滿足時延要求。

應用層是在各種物聯網通信協議的支持下，對物聯網形成的數據在宏觀層面進行分析并反饋到感知層執行特定控制功能，包括控制物與物之間的協同，物與環境的自適應，人與物的協作。應用層可分為兩大部分，一部分是通用的物聯網平臺，建立在云平臺之上，可以是IAAS/PASS/SAAS的一種或者混合。另外一部分是在這個通用的物聯網平臺上再產生具體應用，具體應用就是如何具體控制這些物如何收集信息，如何進行控制物。

智慧車站導乘系統的應用層包括服務處理（中間件、數據存儲及處理、智能視頻分析、智能控制）、應用軟件（后臺管理服務、工作站）。其中，后臺管理服務著重于服務處理的數據分析，用于展示中間件和數據存儲處理的歷史記錄、數據分析的階段性結果、數據決策分析的依據、智能控制命令的界限及各類數據分析的標準；接收來自CCTV的智能視頻分析結果和來自工作站的控制命令。工作站著重于控制命令的下發，接收來自后臺服務管理服務的數據分析結果，并向終端設備下發控制命令。

2.2? 軌道交通智慧車站智能導乘系統數據分析

軌道交通智慧車站智能導乘系統的數據流圖如圖3所示。

終端的交互信息主要來源于周邊導乘屏和CCTV，通過周邊導乘屏和CCTV提供的信息，經過數據挖掘與人工智能的計算，為當前的導乘信息決策提供支持及部分自動輔助。

周邊導乘屏的操作信息包括點擊及查詢數據分析，操作信息存儲于關系型數據庫。關系型數據庫用于存儲及分析，后臺管理服務則利用數據挖掘歐式距離聚類算法，尋找乘客周邊信息關注的重點，為以后的周邊信息屏的信息內容及分布提供決策分析。

中間件是獨立的系統級軟件，連接操作系統層和應用程序層，用于提供通信支持、應用支持及公共服務。公共服務是對應用軟件中共性功能或約束的提取。將這些共性的功能或者約束分類實現，并支持復用，作為公共服務，提供給應用程序使用。

TRNN神經網絡模型是智能視頻分析技術中的神經網絡參數模型。神經網絡參數模型是人工智能學習的核心算法，在智能導乘系統中主要擔任異常行為識別、應急場景識別等特殊情況，TRNN從站內攝像頭獲取視頻信息，利用對象跟蹤，識別站內人群，并在時間及空間上對象數值差判斷人群中的異常情況，為智能控制的決策指令提供數據依據；計算車廂內的人員總數，按照等級判斷車廂內的擁擠度并直接將結果下發到車廂導乘屏。

智能控制模塊需要站務操作數據的支持，在前期的使用中，數據的來源為人為輸入，提供給智能控制模塊訓練學習。智能控制模塊也是一種神經網絡模型參數，主要用于數據信息識別及操作命令的學習。而同時間及空間的積累后，由于訓練數據逐漸增大，學習樣例不斷增加及重復，智能控制模塊可以根據各個算法提供的數據分析結果自動完成部分操作指令。

后臺管理服務主要用于展示這些算法計算的階段性過程、數據來源、自動控制記錄。自動控制需要得到站務的許可。自動控制的內容包括廣告切換、懸掛導乘應急場景切換等。站務可通過工作站直接下發導乘指令。

3? 基于交互式設計的智能導乘系統

交互設計是一種如何讓產品易用，有效而讓人愉悅的技術，它致力于了解目標用戶和他們的期望，了解用戶在同產品交互時彼此的行為，了解“人”本身的心理和行為特點，同時，還包括了解各種有效的交互方式，并對它們進行增強和擴充。

軌道交通系統的導乘系統需要明確客流交叉點的指示信息。指示信息考慮到客流的信息獲取方式，而導乘信息可作為文化傳輸的途徑。作為地鐵作為城市的門面，也應擔任城市宣傳的責任，地鐵的乘客中以上班族和學生占大多數，這一類人群擁有基礎的現代化設備使用經驗，并且能識別基礎的導向性信息，因此，傳統的導乘指示信息已基本滿足他們的需求。

嘗試對現有地鐵的導乘文化傳輸進行改造，使用多樣文化輸出為社會做出一份貢獻。在地鐵可視化信息中，添加具有科教意義的娛樂信息。如2-3分鐘與生活相關的視頻信息、音頻信息。優秀的文化播，可以提升一座城市的影響力，一座城市的整體形象，吸引投資者的眼球，促進當地旅游業的發展，達到城市高速發展的目的。

除了這兩類人以外，乘客人群還包括外地來訪人群、縣城居民來訪、殘障人士、老年人等特殊人群，是乘客咨詢的主要人群來源。針對特殊人群，提出以主流信息獲取方式為主，地域特色文化為輔的信息傳播方式。如以普通話為主、方言為輔的導乘信息。考慮到老年人及殘障人群的問題，所有的導乘信息以簡潔直接為主。同時當CCTV觀測到這些人群進入車站時提醒站務重點關注。基于交互式設計的周邊導乘屏示例如圖4所示。該屏具備周邊生活的查詢、語音交互等功能。

站內的導乘屏以人群屬性作為關注的重點，站外的導航則與周邊信息息相關。對于周邊導乘屏的咨詢有兩種情況，一乘客知道目的地，但是并不知道從哪個口出去，到達后卻不知從哪個出口出站。二乘客不知道目的地，只是找地方游玩。針對第一種情況，借助地圖完成，將路線信息顯示出來，地圖可根據手勢放大縮小。針對第二種情況，周邊導乘屏提供周邊信息推薦與查詢的功能。除此之外，站外的天氣信息，交通情況等信息，也會在周邊導乘屏上展示。

4? 結? 論

將車站作為一個邊緣集群點，應用物聯網技術及現代通信技術，提升軌道交通智慧車站智能導乘系統的信息傳輸的速度、信息的動態響應、乘客的交互式交流等。從交互式的設計思想優化站內導乘文化，帶給乘客的精神上的滿足，也為城市生活增添色彩；以物聯網技術和只能視頻分析技術為核心的導乘系統技術，帶給乘客出行便利，也減少站務更多的工作，同時降低站內運營的成本。城市軌道交通的現代化發展，與現代化技術接軌，提升城市形象。

參考文獻：

[1] 曹鑫.北京地鐵導視系統設計中的交互設計思考 [J].包裝工程，2014，35（6）：37-40.

[2] 陳杰.城市軌道交通乘客信息系統云方案研究 [J].信息與電腦：理論版，2020，32（2）：177-179.

[3] 李雪，康擁政.城市軌道交通換乘導乘信息系統優化設計研究 [J].楊凌職業技術學院學報，2021，20（1）：4-7+19.

[4] 張春海，黃愛華.乘客信息導乘系統的組成及發展前景 [J].機電工程技術，2006（7）：85-86+138.

[5] 周敏堯.導乘信息系統在地鐵中的應用 [J].鐵路通信信號工程技術，2010，7（6）：65-68.

[6] 袁奕涵.軌道交通乘客信息系統的車站運營綜合導乘應用研究 [J].隧道與軌道交通，2021（1）：35-37+61.

[7] 望愛詩，云俊.基于SEM的城市軌道交通綜合服務評價體系研究 [J].現代商貿工業，2018，39（19）：192-195.

[8] 陳春嬌.完善上海軌道交通網絡導乘系統管理的探討 [J].城市軌道交通研究，2010，13（4）：42-45.

[9] 康政平.人文機場建設不應忽視“導乘服務” [J].空運商務，2018（10）：12-13.

[10] 陳成，徐軍，房董葵.基于邊緣計算的物聯網數據安全處理模型 [J].信息技術，2022（4）：137-142.

[11] 陳巧靈.面向邊緣計算的智能化系統設計與實現 [J].信息與電腦：理論版，2022，34（3）：113-115.

[12] 周義.基于物聯網邊緣計算架構的智慧石油物流系統 [J].長江信息通信，2021，34（7）：140-142.

[13] 尤江，郭鵬.智慧地鐵的架構參考模型及發展策略 [J].城市軌道交通研究，2021，24（4）：30-34+38.

[14] 王宇陽.物聯網技術下城市軌道交通車輛的調度和管理分析 [J].內燃機與配件，2017（24）：114-115.

作者簡介：石慧萍（1991.04—），女，壯族，廣西南寧人，初級工程師，碩士研究生，研究方向：計算機應用技術；梁德熒（1992.11—），男，壯族，廣西南寧人，初級工程師，本科，研究方向：自動化。