智慧地鐵移動站務(wù)管理系統(tǒng)研制與應用

劉建委，張國明，白雪亮，李鎮(zhèn)文

（1.廣州地鐵建設(shè)管理有限公司，廣東廣州 510250；2.廣州新科佳都科技有限公司，廣東廣州 510700）

1 前言

地鐵生產(chǎn)系統(tǒng)如綜合監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)等已成為地鐵信息系統(tǒng)建設(shè)的標配，而缺乏面向地鐵站務(wù)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)[1]。通過地鐵站務(wù)安全風險分析得出，車站安全包括行駛安全、建筑安全、消防安全和旅客運輸安全[2]。目前，有效的地鐵站務(wù)管理系統(tǒng)研究相對滯后。當站務(wù)人員不在車控室時，無法實時掌握車站客流情況和設(shè)備運行狀態(tài)，而且發(fā)現(xiàn)問題時也無法及時溝通反饋。

基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，廣州地鐵22 號線采用基于綜合監(jiān)控的移動站務(wù)管理，利用移動信息技術(shù)管理和監(jiān)控地鐵運營和服務(wù)，實現(xiàn)“口袋”綜合監(jiān)控功能，實時展示運營信息數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)、事件和報警數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控畫面、智能客服等信息。在現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)異常時，移動站務(wù)則成為現(xiàn)場與監(jiān)控中心的信息橋梁，通過移動站務(wù)可對異常事件的現(xiàn)場照片、視頻文件進行上報，即時反饋和解決現(xiàn)場問題。借助車站內(nèi)移動熱點網(wǎng)絡(luò)（Wi-Fi），將車站中的各種設(shè)備連接到同一個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，同時通過熱點網(wǎng)絡(luò)將各專業(yè)的實時數(shù)據(jù)傳送到特定的系統(tǒng)界面上，并對其進行相應的監(jiān)管。搭建站內(nèi)通信聯(lián)絡(luò)體系，賦能單兵作戰(zhàn)能力，從而提升地鐵運營的效率和安全性。

2 站務(wù)管理系統(tǒng)移動終端設(shè)計要求

2.1 設(shè)計原則

基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的智慧地鐵移動站務(wù)管理系統(tǒng)是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)綜合監(jiān)控技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，即在傳統(tǒng)綜合監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，輔以自動、實時、遠程的站務(wù)管理模式。移動端站務(wù)管理系統(tǒng)的建構(gòu)原則為簡潔實用，且穩(wěn)定可靠。因此，系統(tǒng)建構(gòu)過程要切合實際需求，防止過度設(shè)計。設(shè)計原則如下。

（1）柔性。柔性是該系統(tǒng)設(shè)計的重要特征，它反映了軟件開發(fā)過程中對外部環(huán)境的適應性。移動客戶服務(wù)終端系統(tǒng)要具備一定的彈性，才能對其進行及時的調(diào)整和改進。

（2）自適應性。由于該系統(tǒng)所處位置為地鐵自動售檢票系統(tǒng)中的車站設(shè)備子系統(tǒng)當中，需要與多種不同設(shè)備及外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行對接。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)過程中，要使其具備一定的彈性，便于日后接入更多種類設(shè)備，并與更多外部子系統(tǒng)進行對接。

（3）獨立性。系統(tǒng)的每個部分要具有獨立性，且方便進行變動，能夠提升系統(tǒng)的性能，并能持續(xù)滿足系統(tǒng)功能變化的需求。

2.2 接口需求

（1）設(shè)備層。用戶通過基于iOS 9.x 操作系統(tǒng)的iPad Pro 移動端設(shè)備訪問系統(tǒng)。

（2）接口層。移動端設(shè)備與服務(wù)層通信使用Web API（一種網(wǎng)絡(luò)應用程序接口）技術(shù)進行數(shù)據(jù)交互。

（3）服務(wù)層。提供設(shè)備監(jiān)視服務(wù)、告警與事件服務(wù)、客流分析服務(wù)、電能分析服務(wù)、運營數(shù)據(jù)匯總服務(wù)、用戶管理服務(wù)。基礎(chǔ)組件包括交互式連通（ICE）通信框架、Cache 組件、Log 日志組件。其中，Cache 組件提供數(shù)據(jù)緩存功能，數(shù)據(jù)可緩存30 min（過時自動清除），以滿足界面頻繁查詢的響應速度要求。

2.3 技術(shù)選型

由于系統(tǒng)需要支持iOS 移動終端應用，后續(xù)還需支持Android 應用，故服務(wù)層選擇使用Web API 技術(shù)提供服務(wù)接口供前端客戶端調(diào)用。同時，由于服務(wù)層采集數(shù)據(jù)來源于外部綜合監(jiān)控系統(tǒng)，故還需支持綜合監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有的ICE 通信框架和支持訪問綜合監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫DB2（IBM 公司開發(fā)的一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）。另外服務(wù)器需部署在Linux（一種開放源代碼的操作系統(tǒng)）環(huán)境上。

綜上，移動站務(wù)管理系統(tǒng)最終選擇使用C 語言、.NET Core 框架（一種構(gòu)建跨平臺軟件應用程序的開源框架）開發(fā)Web API、EF Core（開源對象關(guān)系映射框架）連接DB2數(shù)據(jù)庫。

3 站務(wù)管理系統(tǒng)移動終端設(shè)計方案

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

移動站務(wù)管理系統(tǒng)使用WPF（微軟推出的桌面應用開發(fā)系統(tǒng)）和H5（一種構(gòu)建應用程序的HTML5 標準）頁面作為界面展示，其中WPF 使用的MVVM（模型 -視圖-視圖模型）模式具有低耦合、高重用性等優(yōu)點。

圖1 移動站務(wù)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

視圖層使用LiveCharts（一種可自定義的圖表控件）展示數(shù)據(jù)圖表，集成了Xceed（一種可視化組件的開發(fā)工具包）、WPF、AalonDock（一個開源控件庫）優(yōu)化界面顯示。視圖模型層集成Prism（一個應用程序框架），高性能實現(xiàn)命令和數(shù)據(jù)的綁定。H5 頁面使用高性能開源框架CEF（Chromium Embedded Framework）展示。客戶端主要的數(shù)據(jù)來源為數(shù)據(jù)中臺（DataHub），連接模式按業(yè)務(wù)需要有WebSocket（一種在單個TCP 連接上進行全雙工通信的協(xié)議）、HTTP（超文本傳輸協(xié)議）、RESTful API（一種互聯(lián)網(wǎng)軟件架構(gòu)的設(shè)計規(guī)范）等方式。由DataHub 來與實時數(shù)據(jù)中心、歷史數(shù)據(jù)中心、DB 對接。客戶端集成一些第三方組件方便實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，如日志組件NLog、處理JSON（一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式）的Newtonsoft.Json（.NET 下開源的json格式序列號和反序列化的類庫）、用于WebSocket 通信的WebsocketSharp（一個用于 .NET 和.NET Core 的WebSocket 客戶端庫）等，移動站務(wù)管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖 1所示。

3.2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)分為設(shè)備感知層、平臺層、應用層，如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

（1）設(shè)備感知層。支持不同類型工業(yè)互聯(lián)協(xié)議（如Modbus、IEC 104、TCP/IP 等）的接入，采集各專業(yè)海量的設(shè)備信息，并轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的物聯(lián)協(xié)議后發(fā)送給平臺層。

（2）平臺層。對采集到的數(shù)據(jù)進行實時處理和轉(zhuǎn)換，結(jié)合數(shù)據(jù)中臺的大數(shù)據(jù)處理能力，形成對上層應用的數(shù)據(jù)服務(wù)。

（3）應用層。在上述服務(wù)的基礎(chǔ)上，通過移動站務(wù)管理應用對車站運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并實現(xiàn)單兵作戰(zhàn)、站內(nèi)通信。

3.3 工作原理

3.3.1 數(shù)據(jù)采集邏輯

該系統(tǒng)主要功能為對站點各專業(yè)數(shù)據(jù)進行收集并進行顯示，因此，采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理的邏輯關(guān)系如圖3 所示。

圖3 移動站務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集邏輯示意圖

3.3.2 即時通信

用戶在登錄成功后，自動與車站值班人員、中央調(diào)度人員等建立群組進行即時通信，實現(xiàn)對現(xiàn)場信息的即時報送，同時可接收車站值班人員、中央調(diào)度人員和維修人員的反饋信息。報送及反饋信息格式支持文字、語音、圖片、短視頻等。其中短視頻拍攝時長限制為15 s，語音時長限制為60 s。

（1）車站無線Wi-Fi 局域網(wǎng)內(nèi)的移動終端之間可進行音視頻對講，用于站務(wù)員之間工作聯(lián)絡(luò)[3]。

（2）通過車站無線Wi-Fi網(wǎng)與智能客服系統(tǒng)連接，并接受系統(tǒng)的設(shè)備管理及接受客服代表的呼叫。

（3）各車站站務(wù)人員自動組成群組，擁有多個車站的管理權(quán)限，可查看并使用多個群組，中央級擁有整條線路所有站的群組。

4 站務(wù)管理系統(tǒng)移動終端應用情況

4.1 移動單兵

目前，地鐵系統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)只能對車站各關(guān)鍵點及車廂等場所進行實時視頻監(jiān)控，但對軌道沿線的日常巡檢、突發(fā)事件現(xiàn)場的視頻監(jiān)控存在很多盲點。因事件發(fā)生時間和地點具有隨機性，而固定監(jiān)控點覆蓋存在著局限性，這就造成事件現(xiàn)場的圖像信息無法實時反饋到監(jiān)控中心，不能及時、準確獲取現(xiàn)場實際情況[4]。在這種情況下，車站值班人員可隨時趕赴事件現(xiàn)場，使用可移動式視頻監(jiān)控設(shè)備進行圖像采集，并通過無線網(wǎng)絡(luò)及時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，使管理人員能夠及時、全面了解情況，制定完善的處理方案。

本文中移動單兵是指地鐵站務(wù)運營場景應用的單兵智能監(jiān)控終端，作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的有效補充。該終端設(shè)備可配合綜合監(jiān)控平臺的統(tǒng)一管理，能夠快速發(fā)現(xiàn)預警信息，實時將巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的隱患通過報警或記錄功能上報至綜合監(jiān)控平臺，方便指揮中心及時發(fā)出準確指令，保證車站運營安全，真正意義上實現(xiàn)綜合監(jiān)控點面結(jié)合的應用需求。

移動單兵作業(yè)支持用戶在巡站過程中，發(fā)現(xiàn)問題即時上傳照片、視頻、語音及集體通信，更好地幫助實現(xiàn)協(xié)調(diào)溝通。移動單兵具備如下特點。

（1）圖像融合。利用定位系統(tǒng)，對站務(wù)人員所在地點進行自動或人工報告，并支持拍照和攝像，實現(xiàn)圖像采集和實時傳輸?shù)骄C合監(jiān)控系統(tǒng)平臺。

（2）應急通信融合。出現(xiàn)突發(fā)情況時，支持一鍵報警功能，并向站點監(jiān)控中心發(fā)出緊急求救信號，通過綜合監(jiān)控平臺，可實現(xiàn)跨系統(tǒng)、多終端的統(tǒng)一管理及調(diào)度，打破通信孤島，突破溝通障礙，提高指揮效率。

（3）單兵數(shù)據(jù)監(jiān)控。巡視檢查可設(shè)置巡檢路線、巡檢時間、巡檢人員、排班計劃等功能，實時查看站務(wù)人員巡視軌跡，便于管理層進行人員管理。

（4）調(diào)度指揮輔助決策。通過地理信息系統(tǒng)（GIS）地圖和實時音視頻，指揮中心可以觀察到移動單兵傳輸?shù)男畔ⅲ瑢崿F(xiàn)聯(lián)動可視化指揮調(diào)度，達到點面結(jié)合的指揮效果。

4.2 功能實現(xiàn)

移動站務(wù)管理系統(tǒng)可實現(xiàn)對站內(nèi)整體情況實時感知，通過大數(shù)據(jù)實現(xiàn)客流分析，為站務(wù)客控決策提供數(shù)據(jù)支撐；通過移動端對專業(yè)設(shè)備預警信息進行實時監(jiān)測，及時掌握設(shè)備運行態(tài)勢；依托站內(nèi)移動終端設(shè)備自動建群，實現(xiàn)站務(wù)人員即時通信，方便現(xiàn)場靈活調(diào)度[4]。

4.2.1 運營數(shù)據(jù)匯總

由于系統(tǒng)主要功能為采集車站各專業(yè)數(shù)據(jù)并展示，因此需要統(tǒng)一采集數(shù)據(jù)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)和移動站務(wù)管理終端兩側(cè)同時采集投產(chǎn)運營統(tǒng)計信息，指標信息包括投產(chǎn)狀態(tài)的線路情況（包含線網(wǎng)、客流、車站、車輛速度、車輛里程等統(tǒng)計數(shù)據(jù)）、生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)、乘客服務(wù)系統(tǒng)、應急安全等系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的運行監(jiān)控窗口。如圖4 所示。

圖4 移動終端運營信息界面圖

4.2.2 客流分析

系統(tǒng)界面可展示客流曲線，可查看相應頻次不同時段的客流變化趨勢。根據(jù)車站進站、出站客流數(shù)據(jù),可以通過餅狀圖等可視化方式展示當前進出站客流情況。通過對地鐵客流實時運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，展示線網(wǎng)指標、車站指標、客流指標、運行指標、服務(wù)指標、收入指標等指標，提供客流預測和報警功能，為管理人員進行指揮調(diào)度、安全運行監(jiān)控、決策提供有效的技術(shù)支持和幫助。

4.2.3 設(shè)備監(jiān)視

站務(wù)人員除了通過站內(nèi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，站臺或站廳的站務(wù)人員還可通過移動終端監(jiān)控管理供電系統(tǒng)、車站機電系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等系統(tǒng)。站務(wù)人員在移動端界面上能夠查看電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)、車站各機電系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)、火災報警、設(shè)備故障、聯(lián)動對象執(zhí)行情況、行車相關(guān)信息及關(guān)鍵設(shè)備的運行、報警和故障信息。當系統(tǒng)信息發(fā)生異常時，操作員不需在車控室的PC 端操作，在移動端界面具有監(jiān)視權(quán)限的子系統(tǒng)中可查看并處理報警信息，如圖5 所示。

圖5 移動終端設(shè)備監(jiān)控界面圖

（1）供電系統(tǒng)設(shè)備。界面可查看包括27.5 kV、33 kV、400 V 等電力監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)備狀態(tài)、報警和故障信息。

（2）車站機電系統(tǒng)設(shè)備。界面可查看站內(nèi)環(huán)控設(shè)備（隧道風機、冷水機組、通風空調(diào)）、給排水設(shè)備（區(qū)間水泵、車站水泵）、照明設(shè)備（智能照明、應急照明、導向照明）、乘客服務(wù)設(shè)備（自動扶梯、電梯、站臺門、AFC 設(shè)備）等機電系統(tǒng)各主要設(shè)備的狀態(tài)、報警、故障和運行模式信息。

（3）火災自動報警系統(tǒng)。界面可查看火災報警、設(shè)備故障、聯(lián)動對象執(zhí)行情況等相關(guān)信息，包括火災預警或報警信息，探測器、控制盤、模塊、電源等關(guān)鍵設(shè)備故障信息，非消防電源、消防水泵、防火卷簾等火災聯(lián)動對象執(zhí)行情況。

（4）行車設(shè)備。界面可查看當前運營列車數(shù)量、信號系統(tǒng)報警、車輛報警等行車相關(guān)運營信息及關(guān)鍵設(shè)備的運行、報警和故障信息。

4.2.4 事件報警

系統(tǒng)監(jiān)測全線車站、主變電所、車輛段及通信信號樓，界面顯示全線監(jiān)控的報警情況。當系統(tǒng)報警信息發(fā)生變化時，后臺將報警數(shù)據(jù)推送到前端，操作員可在界面上查看子系統(tǒng)的報警信息。移動終端可遠程查看所有受監(jiān)測位置點的實時趨勢和圖形概覽。基于Web 的界面允許操作員在控制面板視圖中深入查看受監(jiān)視區(qū)域，可以查看任何時間的數(shù)據(jù)。報警僅顯示緊急、嚴重級別的報警，其他級別的報警不顯示。報警界面只顯示激活的報警（包括激活且未確認的報警、激活且已確認的報警），關(guān)閉及消除的報警將不顯示，如圖6 所示。

圖6 移動終端事件報警界面圖

4.2.5 能耗數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計

移動終端支持能耗數(shù)據(jù)多維度統(tǒng)計分析呈現(xiàn)，支持表單快速查看導出，以車站維度、專業(yè)維度分析各項能耗指標，并可根據(jù)靈活設(shè)置定義的告警策略和告警參數(shù)進行智能報警，及時發(fā)現(xiàn)用能異常。

4.3 系統(tǒng)優(yōu)勢

通過廣州地鐵22 號線的應用實踐，總結(jié)該系統(tǒng)具備如下優(yōu)點。

（1）自動化。操作員可快速在移動端發(fā)起流程，手機通知消息及時，部門領(lǐng)導可及時獲得信息反饋，流程處理有據(jù)可依。

（2）高效化。隨時隨地獲知車站實時動態(tài)，可做到及時發(fā)現(xiàn)，即時處理，大幅提高工作效率。

（3）互通化。移動端與綜合監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，上傳數(shù)據(jù)規(guī)范標準，即時通信出錯概率降低，協(xié)助運營管理，不斷提高管理、設(shè)備維護、領(lǐng)導決策的效率和水平[5]。

（4）效益化。移動站務(wù)管理界面簡單，操作容易，只需1 部移動終端，即可實現(xiàn)車站站務(wù)人員辦公移動化，工作效率得到質(zhì)的飛躍。

4.4 社會效益

移動站務(wù)管理系統(tǒng)在廣州地鐵22 號線的應用帶來多方面的社會效益，有助于提高城市交通系統(tǒng)效率、乘客體驗。

（1）提高運營效率。移動站務(wù)管理系統(tǒng)幫助地鐵運營公司更有效地監(jiān)控列車運行、車站人流、票務(wù)管理和設(shè)備維護，減少延誤、提高準時性，并降低運營成本。

（2）改善乘客體驗。通過提供實時列車信息、站點導航、座位可用性等信息，乘客可以更輕松地規(guī)劃出行，減少不便和等待時間，提高出行的舒適性。

（3）增強安全性。移動站務(wù)管理系統(tǒng)可以用于監(jiān)控站點和車輛運行狀態(tài)以及緊急情況的處理，有助于提高乘客的安全感，同時可以更快速地應對緊急情況。

（4）減少交通擁堵。通過提供實時列車信息和乘客導向，乘客更有可能選擇公共交通而不是駕車，從而減輕道路交通擁堵，減少尾氣排放，改善城市空氣質(zhì)量。

（5）數(shù)據(jù)分析和規(guī)劃。移動站務(wù)管理系統(tǒng)可以生成大量數(shù)據(jù)，用于分析乘客出行模式、高峰時段、擁擠站點等信息，從而優(yōu)化公共交通系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計。

5 結(jié)語

在信息化高速發(fā)展的今天，人們對于地鐵運營服務(wù)要求越來越高，亟需地鐵運營服務(wù)快速響應乘客需求。廣州地鐵22 號線基于綜合監(jiān)控系統(tǒng)的移動站務(wù)管理模式，采用移動端與客戶端交互使用、互為補充的形式，減輕了站務(wù)人員工作量，提高了運營效率，提升了運營服務(wù)質(zhì)量。