鑽石舞台

杜呈欣

中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所

中國鐵道科學研究院集團有限公司高速鐵路與城軌交通系統技術國家工程研究中心

王清永

天津軌道交通運營集團有限公司

隨着城市軌道交通運營規模的迅速擴展和信息化水平的不斷提高，如何高質量推進城軌信息系統向網聯化、協同化和智能化方向發展成為重要的研究方向。車站作為城軌網絡中最為關鍵的銜接部分，車站的有效監測與管理關係着整個城市軌道交通運營的基礎。針對城軌車站業務系統設備部署分散、信息資源共享程度低、業務流程融合協同效率不足，智能化綜合管控提升難等問題，依託數字可視化模型、工業互聯網、人工智能等技術，研究以數據為核心構建車站人、機、物等要素的全面互聯，實現城軌車站綜合業務、複雜專業系統集成的運營管理優化和效率提升，推動城軌車站實現數字可視化、業務協同化、管理智慧化。

智慧車站的建設實施遵循「安全可靠、需求導向、經濟合理」的指導原則開展。建設可涵蓋智能客服、無感支付、全息感知、智能導向、一鍵開/關站、智能站務管理等基礎通用功能建設及智慧安防、客流監測與預警、能源管理、電扶梯智能監控與乘客異常行為分析等特色項目；根據功能需求和技術條件，實現智慧車站各應用場景。

結合採用全自動運行系統的車站運營場景，設計智慧車站的總體功能，具體實現車站態勢全感知、客運服務智能化和人員管控精細化，全面支持多職能隊伍的建設，實現崗位複合和減員增效。一方面確定車站運營需求，定義車站管理內容，明確運營場景，並以車站各崗位作業內容為引導，轉換車站智能化需求；另一方面梳理現有的技術支持，如系統設備和大數據支撐，以及車站現有的工作流程、台賬記錄、崗位標準和預案文本等，並從車站運營管理、設備管理和人員管理智能化以及故障聯動、消防聯動、大客流應急聯動需求進行梳理，從人員布崗作業、信息流轉和設備聯動三方面確定功能需求和系統配置。主要實現如下創新：

1）推進智能感知技術在車站管理中的應用，增強設備運行狀態數據的監測廣度與深度，為設備運營故障及健康狀態的分析提供技術支持；

2）採用基於BIM和數字孿生的車站生產要素全景可視化展示，有利於車站管理的全局管控，保障車站安全穩定運營；

3）實現多種運營場景的可視化監控、應急事件感知、人員異常行為感知，提升車站運營及應急指揮能力。

軌道交通車站管理業務主要分為客運管理、設備管理、人員管理和應急管理等諸多方面。其中客運管理包括乘客事務處理、運營信息發布、車站客運組織等；設備管理包括開站管理、運營管理、關站管理、施工管理等；人員管理包括公司內部人員管理和外部人員管理；應急聯動主要是指車站出現異常事件時，站內人員的快速處置管理。由此可見車站業務類型眾多且專業性較強，有必要從提高車站智能化水平、提高車站運營人員工作質量、改善乘客用戶體驗的角度出發，研究相應的解決方案，針對性的解決實際運營中面臨的問題，最終提升車站的智慧程度。

3.1安全提升需求

在車站安檢工作中，安檢人員人工判圖可能會有違禁品漏檢，並且當車站客流量較大時，安檢員長時間識別高密度的過包圖像容易造成人員疲勞，降低判圖效率；在車站客運組織中，對於瞬時客流無法預測，發生突發大客流時，車站不能及時有效的進行客流疏導。

應急管理作為客運、設備及人員管理的融合應用，主要提升車站在緊急情況的快速應對能力，為此從應急聯動場景的可視化、應急聯動策略的細化和應急聯動的效率三個方面提升：

1、利用BIM技術在「三維可視化」和「信息集成」方面的優勢，進行車站的100%仿真和應用，將BIM作為車站應急管理的數據整合展示處理平台。

2、建立應急情況下各方聯動的應用場景，基於各專業子系統功能與優勢，細化相應的邏輯與順序來展示各類運營場景，並結合其觸發調節來改善既有人員操作的不足之處，從而使車站運營管理人員能夠擁有更多的時間和精力來確認問題和解決問題，避免事件惡化及擴大。

3、根據應急管理需求並結合既有設施設備技術水平的現狀，通過提升相關專業的自動化水平來提升應急情況下的處置效率，如智能開、關站等。

3.2服務提升需求

在車站服務過程中，運營人員通常為乘客服務的業務較多，需要向乘客提供導乘、問詢、票務處理等服務。為了更好的為乘客服務，充分理解乘客關鍵需求，面向乘客提升服務質量和效率，建設智能客服中心來為不同受眾群體提供差異化服務，提高不同顧客的滿意程度，推進傳統車站服務業務向智能化、信息化轉變。完成網絡支付方式應用於自動購票機的舉措，探索直接刷臉進站的服務方式。通過增設異常票卡自助處理設備，使乘客能自助處理無法進出站的車票，減少客服中心人工票務處理的工作量。通過增設語音購票設備與智能語音機器人等服務設備，向乘客提供更加便捷的購票與問詢設施。利用生物識別技術，通過增設特殊人群通行設備，使車站能夠準確識別特殊人群並更好為之服務。

3.3效率提升需求

在車站運營管理中，現場巡檢的業務多，車站人員需要每天定期至現場對車站內的機電設施設備進行運營狀態、故障狀態、安全隱患等要素的巡視巡查；在車站設備管理中人工操作執行的業務多，需要至設備現場進行的操作更多。

在既有車站的綜合監控系統基礎上集成與客運管理提升需求而增設的末端感知設備，完善與既有系統的接口，感知現場信息，實現數據集中，建設智慧車站運營管理系統，以實現對車站機電設備狀態全面掌握的目標，從而為實現多種運營場景的聯動控制（如智能開、關站）創造前提條件，能夠大大提升車站管理的效率。

4.1智慧車站功能設計

智慧車站功能包含：全息感知、自動運行、智能診斷、自主服務、主動進化等功能，如下圖所示。

圖 1功能結構

（1）全息感知

通過應用智能傳感、視頻分析等智能感知技術，構建以新型感知為依託的車站設備全自動智能運行系統實現對車站的設備環境、客流、人員等對象的群體智能主動感知與發現。

（2）自動運行

面向軌道交通車站管理業務，通過應用先進的信息系統集成架構，並應用可視交互引擎、高效人機協作、智能建模集成等技術，構建以可視化為核心的車站全自動智能運行系統，實現車站過程性控制與事務性處理等管理業務的高效化。

（3）智能診斷

應用大數據智能分析與決策技術多源異構數據融合智能學習、設備消耗與健康診斷模型等，構建以車站為建模對象的智能運行系統，通過對各類運營場景下的車站運行數據深度分析挖掘，形成面向軌道交通車站運行管理與應急處置的智能化運營輔助決策功能。

（4）自主服務

面向軌道交通乘客出行服務及車站運維管理需求，應用出行問詢機器人設備巡檢機器人智能語音購票車站綜合信息展示等技術，構建以多媒體信息理解、智能人機對話為載體的車站全自動智能運行系統，實現對車站乘客高品質服務與車站管理的精細化。

（5）主動進化

根據全息感知提供的數據支撐，自動運行、智能診斷、自主服務提供功能支持，進行數據建模，採用機器學習模式，構建智慧車站核心大腦，實現車站運營效果的自我評估與車站運行策略的自動完善。

4.2系統架構設計

智慧車站以高效的運營管理、優質的乘客服務為目標，實現車站系統及設備運行狀態的實時監視，實現車站環境、客流、突發事件的實時感知，實現車站的自主運行，實現乘客服務的無人化或者少人化運作，總體框架如下圖所示。

圖 2系統架構

1）感知系統層。包括各智能化系統、智能設備、控制裝置、執行裝置和傳感設備，實現對建築結構及建築內部附屬設施、環境和人的實時感知與智能控制。

2）雲IaaS層+邊緣計算。採用統一的通信接口協議，通過公網或專網以無線或有線方式，將信息、數據與指令在感知系統層與數據層、平台支撐層和應用層之間傳遞。平台運行所需的計算、存儲、網絡和安全設備，可在邊緣端採用物理服務器，也可採用雲服務器。

3）PaaS層。實現數據資源統一組織和管理及數據的標準化與統一表達，為數據交換和共享提供支撐。

4）SaaS層。支撐上層應用的各種服務組件，可根據實際需求不斷增加。滿足運營管理和辦公生活需求的各類應用。根據不同的應用場景，提供多種展示交互方式。

5.1管控平台智能監控

融合雲、大數據、AI、IoT、視頻、GIS、BIM等新技術，基於城軌雲腦平台，聯通站、線、網、端的業務與數據，實現車站智能運行與綜合管理。為車站客運管理、設備管理和人員管理提供高度融合的智能監控服務。

基於BIM車站設備狀態感知數據，構建站內運營要素模型，實時監控車輛、無人客服、AFC、PIS、照明、通風空調、捲簾門、電扶梯、屏蔽門等設備的運營狀態，實現基於時間與空間結構的設備資產管理。通過車站BIM與智慧指揮、智慧運維、智慧站務、智慧客服的關鍵業務場景聯動，實現數據與功能的一體化管控。

通過智能視頻監控技術，監測與預警站台、通道及其它重要區域客流情況，生成客流動態熱力圖，並進行態勢分析，有效提高車站的客流感知能力，智能調控車站人流量，減少大客流事件，實現車站安全高效的管理。

圖 3智慧車站管控平台

5.2智慧安檢

利用「AI智能判圖+集中判圖」，系統自動對違禁品進行標註並向安檢值機員報警。首次利用5G傳輸技術，將AI判圖數據實時傳輸至集中判圖室，保證乘客出行安全，為線網級信息實時採集與集中處理提供了依據。

5.3無人客服中心

無人客服中心運用「智能語音+機器視覺」技術，兼顧付費與非付費區乘客，實現了語音購票、補票退票、線路查詢、站內導航等功能。中心整體採用現代化的設計風格，配備多個智能交互終端，提供業務功能的同時，實時掌握服務交互過程。通過車站管控平台，實時分析各終端的服務數據，抽取接待人數、服務時長、服務比例、滿意度等關鍵信息，為改善服務質量提供輔助決策與參考依據。

圖 4無人客服中心

5.4刷臉進站

基於人臉識別技術，以乘客臉部特徵作為進出站憑證，可極大方便乘客的過閘效率的同時，提升地鐵的智慧化服務。乘客可通過無人客服中心或天津地鐵APP對人臉身份進行註冊及認證，並與手機支付APP進行綁定，「人臉」暢通出行。

圖 5人臉識別AFC系統

5.5車站火災預警聯動+應急指揮

出現火災等應急事件時，智慧車站管控平台實時定位事故點，基於車站BIM模型元素的空間位置與設備狀態，啟動智慧指揮系統。通過雲腦計算模型分析突發事件類型、等級，啟動應急預案、聯動應急組織、推送應急物資，發布應急信息、跟蹤事件動態、監控處置進度、規劃最優乘客疏散路線、聯動疏散路線中的相關設備。為指揮人員提供智能化的預案調用、資源調配，實現對應急事件處置的可視化指揮。通過突發事件處置過程回放，綜合評估分析應急過程關鍵要點，優化事件處置專家知識庫。

5.6設備健康管理+智慧運維

採用基於BIM的綜合監控技術，按照設備分類、設備區域、運行狀態，監控設備運行參數、告警信息。運用設備運維規則、專家庫及故障知識挖掘技術，分析故障信息、故障現象、處理措施、執行單位、維修條件、處理方法，指導維修作業，通過智能運維APP自動派發維修工單，生成多維度統計報表及設備運行報告，對設備運用情況和故障趨勢進行分析。

智慧運維實現設備動靜態履歷管理、生產運營數據管理、檢修保養管理、故障及修復狀況記錄、設備性能分析、設備報廢管理的全生命周期管理，設備健康管理與智慧運維的綜合運用可有效降低運維成本。

5.7一鍵開關站

一鍵開關站包含一鍵自檢、一鍵開站、一鍵關站、BIM設備狀態健康感知及AI視頻監控。為確保運營期間設備狀態良好，傳統方式運營前需人工逐一確認設備是否正常。智慧車站一鍵自檢可實現對關鍵設備的在線自動檢測、保障開站前設備運行正常。傳統方式開站時站務人員需分別開啟相關運營系統。結束運營後，需全面巡站，並逐一關閉車站設備。一鍵開關站功能可實現全設備一鍵自啟動及自關閉，過BIM設備健康狀態感知監控設備故障，保障開關站前人員安全、設備正常。通過一鍵開關站系統，可大大縮短開關站時間及工作量，實現智能化的站務工作。

圖 6一鍵開關站

5.8AI視頻+BIM智能巡檢

智慧站務系統運用基於雲邊協同的AI視頻監控技術，聯動BIM設備狀態感知數據，實現BIM視角的遠程智能視頻巡檢。自動設置巡檢內容、巡檢路線，通過雲計算下的設備故障知識挖掘實現智能化的故障分析，與智慧運維系統聯動，指導系統運維。

對巡檢中發現的安全事件或故障，提供事件上報並聯動智慧指揮系統，啟動應急處置，根據應急預案，管理人員應急任務，根據人員位置信息靈活派發處置任務；聯動開啟電扶梯、閘機、捲簾門等相關應急設備；自動發布應急信息，廣播、PIS聯動播報，保障運營安全。

5.9日常智慧運營

智慧運營通過BIM設備健康狀態感知、AI視頻分析及人員信息上報，基於雲腦平台的設備故障智能分析，實現智能化的運營信息監控、應急事件報警、設備預警及處置。包括日常值守、交接班管理、事件接報、應急預案制定、應急資源管理、智能預測預警、調度指揮、協同工作等功能。系統實現了高效、快捷、可擴展、易維護的數字化運營管理，為安全運營決策、智能化應急處置提供全方位支持。

5.10智慧能源

智慧能源系統包括用電量與用水量的管理，通過加裝智能電錶、智能水錶，實時採集車站電梯、照明、環控等設備用電量信息，實時監測主供水、衛生間、冷塔等水路用水量信息。通過雲腦平台服務實現設備能耗監測與分析，對比特定歷史時間段的能耗數據，分析能耗趨勢，根據應用場景以及節能策略，制定合理的設備運用計劃，通過改造車站風水聯動系統執行節能控制策略，從而實現節能降耗。

圖 7智慧能源管控

智慧車站的建設運營，能夠達到節能、減員增效和提高管理與服務水平的目的，更重要的是可以為乘客提供更為舒適、安全、可靠、一體化和人性化的服務，提升了乘客出行體驗。在城軌智慧化提升的前行路上，智慧車站的建設既是響應國家戰略規劃的需要，優勢發揮示範引領作用，帶動全國智慧城市建設。

通過總結在天津文化中心站、天津站智慧車站試點建設中遇到的問題，研究提出工業互聯網平台架構的智慧車站探索設計，能夠較好的實現（1）基於智能物聯的車站全息感知；（2）基於車站邊緣計算平台的車站場景模式化管理；（3）基於智能終端的車站自主服務；（4）基於大數據分析、人工智能的車站智能診斷和自動進化，具有積極的推廣價值。

來源：協會技術裝備專委會

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