城市軌道交通智慧車站建設(shè)研究

摘 要：【目的】隨著城市軌道交通線路的大量開通和客流量的持續(xù)增加，對(duì)車站運(yùn)營(yíng)管理提出了更高的要求，因此需要對(duì)城市軌道交通智慧車站建設(shè)進(jìn)行研究。【方法】依托“人工智能+軌道交通”理念，分析車站運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)狀及存在的問題，通過智能支付、安檢票檢一體機(jī)、可視化候車、智能導(dǎo)乘、能源智能管控、客流管家、智能化應(yīng)急管理等方式建設(shè)“城市軌道交通智慧車站”。【結(jié)果】使車站由原來單一的功能逐漸發(fā)生變化，將車站和乘客需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)軌道交通向個(gè)性化服務(wù)轉(zhuǎn)變，讓“客流”變?yōu)椤翱蛻簟保瑫r(shí)做到智慧管理，使整個(gè)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多層次、多環(huán)節(jié)的智能控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)。【結(jié)論】城市軌道交通智慧車站建設(shè)可為乘客出行和企業(yè)運(yùn)營(yíng)提供更好的技術(shù)保障，減少運(yùn)營(yíng)管理人員數(shù)量，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高服務(wù)質(zhì)量，助力城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：軌道交通；智慧車站；運(yùn)營(yíng)管理；人工智能

中圖分類號(hào)：U231.4" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）02-0059-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.02.011

Research on the Construction of Urban Rail Transit Smart Station

WANG Siying1" " WANG Xingren1，2" " ZHANG Han1" " ZHANG Chaowei1nbsp; " ZHANG Xin1

SHENG Zhaoping1

（1.School of Traffic and Transportation， Xi'an Traffic Engineering Institute， Xi'an 710300， China; 2.Shaanxi University Innovation Research Institute of the Future Industry in Rail Transit， Xi'an 710300， China）

Abstract： [Purposes] With the opening of a large number of urban rail transit lines and the continuous increase of passenger flow， higher requirements are put forward for station operation and management， so"it is necessary to conduct research on the construction of urban rail transit smart stations. [Methods] This article analyzes the current situation and existing problems of station operation and management based on \"artificial intelligence+rail transit\"， and constructs \"urban rail transit smart station\" through intelligent payment， integrated security and ticket inspection machine， visual waiting， intelligent guidance， energy intelligent control， passenger flow management， intelligent emergency management， and other methods. [Findings] The station gradually diversifies its original single function： combining the station with passenger needs， achieving the transformation of rail transit to personalized services， transforming \"passenger flow\" into \"customers\"， and achieving intelligent management at the same time. This enables the entire urban rail transit operation system to achieve multi-aspect and multi-level intelligent control， thus optimizing the system optimization， upgrading， and management. [Conclusions] The construction of urban rail transit smart stations can provide better technical support for passenger travel and enterprise operation， reduce the number of operation and management personnel， reduce operating costs， improve service quality， and promote the sustainable development of urban rail transit.

Keywords： rail transit; smart station; operation management; artificial intelligence

0 引言

截至2022年12月31日，中國(guó)（不含港、澳、臺(tái)）已有55個(gè)城市開通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通，運(yùn)營(yíng)里程達(dá)10 291.95 km，其中地鐵8 012.85 km，占比77.85%［1］。2022年新增城軌交通運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)1 085.17 km（新增運(yùn)營(yíng)線路25條，新開既有線路一期工程或延伸段、后通段等共25段，新開通運(yùn)營(yíng)車站622座）。城市軌道交通線路的大量開通運(yùn)營(yíng)和客流量的持續(xù)增加，對(duì)車站運(yùn)營(yíng)管理提出了更高的要求［2］。目前，傳統(tǒng)城市軌道車站普遍存在的問題見表1。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)在城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展，城市軌道車站逐步向智能化邁進(jìn)［8］。“互聯(lián)網(wǎng)+城市軌道交通”是指將原有城市軌道系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)新興技術(shù)融合迭代，提升系統(tǒng)對(duì)用戶行為的感知和分析能力，從而達(dá)到更加便捷的出行體驗(yàn)。對(duì)于智慧車站建設(shè)，《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》中提到，2025年建設(shè)目標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)，具體如圖1所示［9-10］。

為有效提高車站運(yùn)營(yíng)管理水平，提升服務(wù)質(zhì)量，本研究從智慧服務(wù)、智慧運(yùn)營(yíng)、智慧運(yùn)維、智慧安防、智慧能源等方面分析智慧車站建設(shè)過程及實(shí)施措施。

1 智慧車站建設(shè)路徑

從城市軌道交通項(xiàng)目全生命周期考慮，實(shí)現(xiàn)智慧車站主要從以下3個(gè)階段實(shí)施［11］，如圖2所示。

目前，新建線路的開通運(yùn)營(yíng)對(duì)整體線網(wǎng)運(yùn)輸效率和服務(wù)質(zhì)量的提升并不理想，一方面是由于新線路周邊商圈的建設(shè)發(fā)展較慢，另一方面是由于舊線路的設(shè)備更新迭代慢，導(dǎo)致既有線路服務(wù)質(zhì)量提高不夠顯著。因此，應(yīng)從智能客服、智慧安檢、智能候車、智能管理等方面多層次、多維度全面提升服務(wù)水平。

2 智慧車站各子系統(tǒng)

2.1 智能支付

城市軌道交通智能支付系統(tǒng)主要有NFC支付、二維碼支付、人臉支付、眼睛虹膜支付等［12-13］，具體實(shí)現(xiàn)方式及原理如圖3所示。各種支付方式的優(yōu)缺點(diǎn)見2表。

2.2 安檢票檢一體機(jī)

未來智慧車站的發(fā)展方向是智能設(shè)備逐漸取代人工作業(yè)，NFC、二維碼、人臉識(shí)別、虹膜等無感支付與智慧安檢相結(jié)合，組成安檢票務(wù)一體機(jī)。該設(shè)備在確保安檢功能不變的情況下，在設(shè)備上嵌入智能支付功能，既能降低車站建設(shè)和運(yùn)維成本，也能減少乘客的等待時(shí)間。

通過將智慧安檢和智能支付合為一體，改變?cè)懈顿M(fèi)區(qū)與非付費(fèi)區(qū)的間隔，大大提升了自動(dòng)檢票系統(tǒng)的運(yùn)行效率，縮短進(jìn)站時(shí)間，降低安檢處的客流擁擠度。

2.3 可視化候車系統(tǒng)

傳統(tǒng)城市軌道車站的候車系統(tǒng)，基本都是以語音播報(bào)和PIS屏顯示列車到站間隔，而未來智慧車站能實(shí)現(xiàn)可視化候車與智能導(dǎo)航。前者是指將車廂的擁擠度顯示在PIS屏上，引導(dǎo)乘客在擁擠度較低的車廂處候車，均衡車廂客流分布，提高乘客的乘車舒適度。而后者是將整個(gè)線網(wǎng)的換乘便捷性呈現(xiàn)在車廂的智能顯示屏上，可以減少高峰期的引導(dǎo)人員，使得客流更加流暢，從而達(dá)到相同時(shí)間下運(yùn)送更多乘客的目標(biāo)。

車廂擁擠度顯示的原理是首先通過攝像頭和壓力傳感器等設(shè)備估算出各車廂載客量和擁擠程度，接著將此信息實(shí)時(shí)傳送給前方車站接收器，最后通過站臺(tái)信息顯示屏（PIS）直觀地向乘客傳達(dá)各車廂的擁擠度，引導(dǎo)人員在人少的車門處候車，均衡車廂擁擠度，顯示界面如圖4所示。

2.4 智能導(dǎo)乘系統(tǒng)

智能導(dǎo)乘的原理是將線路上的列車軌道電路信息通過編碼匯總，利用透明OLED技術(shù)顯示在屏蔽門旁邊的玻璃幕墻及車廂車窗上，旅客可以更直觀地看到列車到站間隔，也可以通過線路總圖清晰地看到目的站換乘方式及各路線列車的運(yùn)行情況，如圖5、圖6所示。

2.5 能源智能管控系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)包括智能照明與能耗統(tǒng)計(jì)等兩個(gè)子系統(tǒng)。智能照明系統(tǒng)通過對(duì)車站不同區(qū)域光線強(qiáng)度進(jìn)行自動(dòng)感知，結(jié)合車站運(yùn)營(yíng)時(shí)段及客流特征，實(shí)現(xiàn)“以需定供”的自動(dòng)調(diào)整。能源統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)能夠?qū)囌緝?nèi)的風(fēng)水電能耗進(jìn)行分類收集、分析和可視化顯示（重點(diǎn)是年、月、日等能耗指標(biāo)的分類、分項(xiàng)、分級(jí)），設(shè)備檢修人員能夠根據(jù)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除設(shè)備的故障，從而實(shí)現(xiàn)能源管理的智能化。

2.6 客流管家系統(tǒng)

客流管家系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集車站出入口通道、安監(jiān)處、站臺(tái)、站廳、樓梯處、換乘通道等主要區(qū)域的客流數(shù)據(jù)，并對(duì)視頻監(jiān)控進(jìn)行智能分析。其可以將監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的所有客流及密度進(jìn)行掃描和檢測(cè)，分別給出各區(qū)域?qū)?yīng)的客流量，繼而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，自動(dòng)繪制客流分布圖像。其主要功能是對(duì)車站內(nèi)的客流進(jìn)行實(shí)時(shí)判斷，并對(duì)未來客流進(jìn)行預(yù)測(cè)。客流管家的區(qū)域客流分布、日均客流量、客流增長(zhǎng)趨勢(shì)及車站客流預(yù)測(cè)等數(shù)據(jù)，可為車站工作人員采取相關(guān)客流控制舉措提供依據(jù)，也可以提高客運(yùn)組織效率，精準(zhǔn)做到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)處理。

2.7 智能化應(yīng)急管理系統(tǒng)

城市軌道交通車站應(yīng)急管理方案是保障車站穩(wěn)定、安全、持續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。現(xiàn)有的應(yīng)急處理方案存在覆蓋面不完善、效率低、耗費(fèi)人力物力多等問題，不能及時(shí)地對(duì)車站發(fā)生的各種狀況進(jìn)行預(yù)警和處理。有些車站內(nèi)部監(jiān)控存在盲區(qū)，即使是有監(jiān)控覆蓋的區(qū)域，也不能達(dá)到對(duì)站內(nèi)客流進(jìn)行預(yù)警的目的。如果在車站內(nèi)出現(xiàn)了人流量過大的情況，不僅會(huì)極大地影響用戶的乘車效率，還會(huì)增加公共安全事件的發(fā)生概率。同時(shí)，現(xiàn)有的監(jiān)控也存在著智能化程度低的問題，無法自動(dòng)通過人臉比對(duì)或圖像匹配進(jìn)行危險(xiǎn)人員的識(shí)別，導(dǎo)致地鐵車站在突發(fā)性公共事件時(shí)的綜合處理能力較低。例如，2022年6月29日11時(shí)至14時(shí)，南昌市出現(xiàn)大范圍強(qiáng)降雨，西湖區(qū)小時(shí)降雨量達(dá)67.5 mm（11時(shí)），西湖區(qū)、東湖區(qū)、高新區(qū)等地共出現(xiàn)內(nèi)澇積水點(diǎn)15處。受短時(shí)強(qiáng)降雨影響，南昌地鐵4號(hào)線丁公路北站上蓋物業(yè)施工工地基坑存水倒灌入4號(hào)線軌行區(qū)區(qū)間，導(dǎo)致100 m左右的軌道面被積水浸沒。事件發(fā)生后，南昌軌道交通集團(tuán)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，暫停4號(hào)線壇子口站—人民公園站區(qū)間車輛運(yùn)行，臨時(shí)關(guān)閉受暴雨影響的2號(hào)線1個(gè)車站和4號(hào)線9個(gè)車站出入口。截至29日傍晚，南昌軌道交通集團(tuán)調(diào)集搶險(xiǎn)力量加高地面圍堰高度、封堵漏水點(diǎn)，啟動(dòng)車站及地面強(qiáng)制排水措施。盡管該事件最終得以解決，但應(yīng)急響應(yīng)不及時(shí)，出現(xiàn)此種現(xiàn)象的主要原因是城市軌道交通車站內(nèi)缺少實(shí)時(shí)預(yù)警機(jī)制、沒有完善的應(yīng)急信息流通渠道，致使應(yīng)急信息的流通存在延遲，因此車站內(nèi)部管理人員對(duì)應(yīng)急事件的處理效率也隨之下降。

在智慧車站的智能化環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)下，可以通過添加多樣的物聯(lián)網(wǎng)終端監(jiān)控設(shè)備，例如可以測(cè)量溫濕度、二氧化碳、PM2.5、風(fēng)速等的無線傳感器設(shè)備，這些設(shè)備可以采集站內(nèi)各區(qū)域的環(huán)境數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整空調(diào)、換風(fēng)等系統(tǒng)，既能降低能源消耗，也能為乘客提供更加舒適的乘車環(huán)境，提高事件聯(lián)動(dòng)通知的效率，將無線傳感器收集的各類信息集中、及時(shí)顯示到車控室的顯示屏，在平臺(tái)界面2.5D車站地圖上顯示所有傳感器位置及實(shí)時(shí)狀態(tài)，站內(nèi)工作人員可以通過鼠標(biāo)單擊一個(gè)感應(yīng)器來實(shí)時(shí)查看各個(gè)站點(diǎn)的環(huán)境狀況。當(dāng)超過設(shè)置的正常值時(shí)，警報(bào)會(huì)自動(dòng)發(fā)出，并在彈出窗口中顯示。如此，就可以做到對(duì)潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)的感知和預(yù)警，降低緊急事件對(duì)車站運(yùn)行的影響，從而為乘客提供更舒適安全的出行體驗(yàn)。

3 結(jié)語

城市軌道交通智慧車站的建設(shè)需要大量的設(shè)備和資金投入，但普及智能化之后帶來的運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量的提升是不可估量的。本研究通過梳理傳統(tǒng)車站運(yùn)營(yíng)管理存在的問題，分析智慧車站建設(shè)路徑，對(duì)智慧車站關(guān)鍵技術(shù)（智能支付、安檢票檢一體機(jī)、可視化候車、智能導(dǎo)乘、能源智能管控、客流管家、智能化應(yīng)急管理）進(jìn)行研究，建成后的智慧車站對(duì)于運(yùn)營(yíng)方來說，可以提升車站管控效率，縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)于乘客來說，智慧車站的服務(wù)模式將更加便捷，使乘客從進(jìn)站上車到下車出站都擁有更好的乘車體驗(yàn)。本研究為未來城市軌道交通智慧車站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供了一定的參考。

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