城市轨道交通智慧车站功能探讨

吴敏杰

（重庆轨道四号线建设运营有限公司，重庆 400020）

1 引言

建设智慧城市轨道交通（以下简称“城轨”）是实施交通强国战略和建设智慧城市的重要内容[1-2]。2020年3 月，中国城市轨道交通协会发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》[3]，从行业层面为智慧城轨的发展指明了发展方向、勾勒了发展蓝图、明确了发展目标和建设重点，强力助推了交通强国建设和智慧城市发展。城轨车站既作为城轨的交互窗口，为乘客提供出行服务，又是城轨客流的集散地和交通网络的重要衔接部分[4-6]，在城轨系统中功能作用极为重要。城轨车站承载着城轨业务的主要内容，包括运营业务管理[7-10]、为乘客提供服务[11-14]、保证设施设备状态正常运行[15-17]等，因此，建设智慧车站是实现智慧城轨的重要内容，又是主要方向[18-23]。

智慧车站采用物联网、云计算、大数据、区块链、人工智能、移动通信等技术，提升全息感知、实时分析、科学决策和精准执行能力，打造建设、运维、服务等资源智慧配置、业务智能联动的城轨运输及服务系统。无论从乘客搭乘体验，还是从复杂的运营管理，智慧车站都能展现顺畅、快捷、便利、舒适的氛围，打造更好的出行服务，使乘客感受更高质量的城市速度与温度。作者结合自身在重庆市轨道交通多年的从业经验以及对国内城轨行业的调研分析，首先系统梳理出当前城轨车站在运营管理、设备运维、乘客服务等方面的业务内容以及面临的问题，并以问题为导向分析智慧车站的业务需求，最后以需求为导向探讨智慧车站的功能建设。

2 城轨车站面临问题及业务需求

2.1 运营管理方面

车站运营管理相关业务内容可分为车站运营前、运营中、运营后3个阶段。

（1）在运营前阶段，具体场景和内容主要有开站前准备工作和开站执行。开站前准备工作是由车站站务人员进行站内巡视、施工作业注销确认、设备测试等，然后由线路设备调度中心确认电力、环控等系统功能正常，运行图无误，再由车站站务人员组织执行开站，开站时逐项确认卷帘门、屏蔽门、照明系统、电扶梯、自动售检票系统（AFC）和乘客信息系统（PIS）等设备及系统开启。

（2）在运营中阶段，行车调度中心负责列车上线运行，执行调度命令的下达，对列车运行情况和客流变化情况在线监测，及时调整列车运力运量的匹配；设备调度中心负责对电力系统、火灾报警系统（FAS）和环境与设备监控系统（BAS）等运行情况进行在线监视，并与车站综合控制室配合，执行设备运行方式调整命令的下达。其后，车站综合控制员根据调度命令对列车和设备运行情况进行监护，站务人员监视实时客流情况并完成客运组织工作和接发作业，巡视车站设施设备运行情况，偶遇应急突发事件时，车站工作人员配合调度中心进行应急处置和乘客疏散，保证乘客人身安全。

（3）在运营后阶段，主要业务内容包括车站组织清站及运营关站和施工计划执行。到达运营截止时间后，车站人员组织乘客出站，并执行运营关站。行车调度中心确认运营列车返库后，可进行施工计划和施工条件的确认，执行施工计划，同时设备调度中心在施工时段内按计划进行停送电。

2.1.1 面临问题

通过上述运营管理场景的梳理，发现车站运营管理主要业务内容包括客运组织、设施设备控制和维护、突发事件应急处置，以及配合行车调度等工作。实际运营管理中存在如下问题。

（1）在管理方式上主要依靠人工作业方式，人工作业量大，存在作业缺失遗漏的风险。如站内巡查、设施设备控制、开关站、客流监测、大客流疏导、施工作业清销点确认等管理工作耗用大量的人力，特别开关站前后阶段需执行繁琐的设施设备控制、信息确认等工作，并且存在人为偶然性，有确认工作和执行工作缺失的风险。

（2）车站感知手段能力不足，导致运营管理工作水平低，对突发事件响应不及时。由于不能及时感知客流情况，造成客流疏导、限流响应、诱导等管理工作困难，车站管理水平难以提升。在突发应急事件、安全事件方面的发现能力亟须提升，如针对突发停电、火灾、设施设备故障、乘客意外伤害、爆炸、投毒、纵火和核生化袭击等事件的发现能力不够，无法第一时间发现状况并作出应急处理。

（3）各系统分散建设，导致系统间信息壁垒，互联互通性差，管控难度大。车站运营管理工作既需要做好站内乘客进出站相关管理工作和应急处置、车站设施设备运行维护工作，还需要配合线路设备调度中心、线路行车调度中心和车站综控室等部门进行相关管控工作。但由于各部门设备系统分散建立，数据集成度低、共享性差，无法实现各系统关联，导致管控难度较大。

2.1.2 业务需求

（1）引入智慧化手段的需求。降低运营管理人员工作强度、简化工作内容，通过智能化手段实现标准化管理，降低人工操作的偶然性。

（2）状态实时全息感知需求。如客流量实时监测、设备设施监控、应急事件发现等方面。

（3）远程智能管控需求。包括设备控制、客流管控、调度传达与配合、开关站、应急指挥等，解决人工管控压力大、效率低等问题。

（4）安全隐患主动辨识需求。打破被动接报异样情况，提高风险预判和风险辨识能力。

2.2 设备运维方面

地铁车站涉及专业较多、设施设备庞大，且设施设备运维内容差异较大。本文结合现有的设备运维流程，从状态检测、诊断决策、维修处置3个方面梳理设备运维业务内容，如图1所示，并对业务流程较复杂的故障修和计划修业务流程进行详细梳理分析，如图2、图3所示。

图1 面向设备运维的业务内容

图2 故障修业务流程

图3 计划修业务流程

2.2.1 面临问题

当前设施设备运维场景包括设备状态检测、检测结果诊断和作出决策、工单下达及维修处置等，实际设备运维方面出现问题如下。

（1）虽然采用日常人工检测、计划性定期检测和部分在线监测3种检测方式相结合的模式实现设备状态的检测，但主要依靠人工作业，智能化程度低，导致作业人员劳动强度大、效率低、易出错。

（2）设施设备状态的分析以故障数量和故障类型的统计为主，缺乏对检测数据的深度挖掘和分析，检测结果也主要依靠人工经验判定故障程度和故障类型，现有的诊断方式不能满足地铁车站设备更加可靠、安全、经济的运行需求。

（3）维修决策主要是“计划修+故障修”，并依靠人工编制维修作业计划，人工派发工单，作业人员现场施工处置，并通过纸质化手段记录。工作流环节主要依靠人工衔接，导致效率低、统筹难度大、可靠性差。

（4）计划修存在对车站设备维修过度或维修不足的问题，造成资源浪费。故障修存在维修不及时，影响正常运营等问题。

2.2.2 业务需求

（1）智能化作业需求。采用智能化无人检修装备代替现场人员作业方式，打通各系统间壁垒，实现互联互通，去除工作流中人工衔接，提高作业可靠性。

（2）智能感知需求。利用传感技术、视觉影像技术、红外技术、雷达技术、超声波、图像分析技术、边缘分析技术等实时感知设施设备的状态，实时采集设备的健康状态数据，提升状态检测的智能化水平和设备运维的感知能力。

（3）状态修需求。深度挖掘设施设备的状态数据，分析其劣化程度和劣化演变规律，优化设施设备全生命周期的维修修程，推动由经验支撑的诊断决策向数据支撑的智慧决策转变。

2.3 乘客服务方面

乘客服务方面主要内容及流程如图4所示，出行场景包含进站前、进站、乘车、出站和出站后5个阶段。

图4 乘客服务方面内容

2.3.1 面临问题

（1）信息交互手段相对单一，客服沟通渠道有限。乘客在进出站及换乘阶段，遇见问题时通常需要前往人工服务台，解决问题效率偏低，而且信息交互手段单一，只能通过人工问询解答，同时也给工作人员带来巨大工作量。

（2）安检模式和技术装备不适用于大客流场景。安检设备决定了当前的安检模式，限制了安检效率，降低了乘客出行体验。特别是在上下班高峰期大客流场景下，安检模式和检测手段均难以满足乘客安全、舒适、便捷、无感出行的智慧化需求。

（3）进站前、站内、出站后导航指引服务不精确，服务水平难以提升。

2.3.2 业务需求

（1）快速无感的进出站服务。包括进站前精准的智能导航、动态的地图标志标识、高效的安检和无感的检票进出站，减少排队时长、提升乘客出行体验和效率。

（2）实时高效的客服服务。包括快速响应的线上客服和灵活方便的线下客服，拓宽客服召援渠道，如通过视频分析、网络爬虫、实体机器人等。

（3）精准的信息服务。包括动态标志标识主动指引、多系统平台信息联动，实现精准的信息指引服务。

3 智慧车站功能建设

根据对智慧车站的需求分析，从智慧运营管理、智慧维保、智慧服务3个方面研究分析智慧地铁车站的功能建设内容。

3.1 智慧运营管理

智慧车站运营管控平台通过系统配备的综合监控屏，能直观的反映车站客运管理、设备运管的整体情况和在线运行状态，并可与车站内客运组织、运维管理、乘客服务等其他业务系统有机融合，实现动态监测车站运营管理业务，提供车站能耗统计和趋势、客流统计和趋势、车站运营指标分析等。智慧运营管理功能建设如下。

3.1.1 信息显示

智慧车站运营管控平台可以把综合监控系统（ISCS）采集到的数据和各类信息资源（包括信息点、视频、文本、报表、图片、运行图等）根据调度岗位预定的业务规则，调用一系列功能进行重新过滤、筛选、分类、组合和同步展示，通过综合监控屏能直观地反映车站如下信息。

（1）设备管理信息。提供带有关键机电设备信息的车站三维图，并以分区方式显示各区域，支持缩放功能。展现重要的机电、消防设施设备的位置和实时状态信息，点击相应设备，可以显示设备的名称、编号和状态信息等；显示站台门设备完好率、通风空调设备完好率、电梯扶梯完好率等；具备当前故障设备统计功能，以图形方式显示当前故障设备统计及排序。

（2）客运管理信息。显示进站/出站累计客流数据；提供进站/出站实时客流曲线和累计客流曲线；提供车站峰谷客流数据统计指标（最高、最低、平均）及时间分布图；提供车站分区实时客流、分区累计客流，提供客流数据车站画像（如热力图、路径图、立体效果图等）。

（3）能耗管理信息。以曲线方式显示车站实时能耗和计划能耗，以棒图、饼图等直观方式显示车站主要分项能耗（按专业分项、按设备类型分项）的构成关系。

3.1.2 客流监测与预测

运营管控平台可自动识别预先设定场景下的乘客拥挤度（密度），并依据系统提前设置的阈值给出告警提示。根据早晚高峰车站区域人流热度报告，车站管理人员提前安排工作人员在特定时段进入合适位置，保障车站客流组织和疏导井然有序。当系统判断关键区域预先设定的客流流动速度、排队队伍长度达到阈值时，调用视频信息并给出声光信息提示车站管理人员关注，管理人员可通过广播系统和PIS系统进行实时/预案下的客流导向播放，引导乘客通过最短路径进入站台乘车。

3.1.3 车站智慧化应急管理

（1）大客流运营组织管理。在系统内预置客流高峰时段客流定值，当客流达到高峰时段定值时，系统自动启动，广播系统采用轮询的方式，在不同的广播分区播放预先录制的安全提示广播；在PIS系统车站显示屏中插播预先录制的安全录像；将站厅内的1～2个球形摄像机的预置位设定为客流密集区，高峰时段视频监视系统自动转向预置位，将客流密集区域的定焦摄像机图像通过循环显示的方式在车控室监视器中轮流播放；调整车站环控系统运行模式，以适应高峰客流的环境要求；自动通知站务人员注意疏导客流，同时自动向控制中心传送车站客流状态。

（2）车站火灾应急管理。当系统检测到火灾报警后自动启动发出声光报警，经值班站长手动确认后，FAS系统启动火灾控制模式，联动消防专用设备，并切除三级负荷；BAS系统执行火灾模式控制命令，门禁系统解锁全站门禁，广播系统在所有广播分区播放预先录制的紧急疏散广播，PIS系统车站显示屏中滚动播放预先录制的安全出入口位置等疏散视频；启动应急照明系统；释放所有闸机；控制垂直电梯迫降在首层。

（3）乘客异常行为应急管理。当特定区域乘客出现异常行动时（如穿越禁区报警、可疑物品遗留报警、长期滞留报警、客流量突变告警和图像异常等），系统可为值班站长自动推送相关区域的视频图像，以支持快速处置。

3.1.4 能耗智能化管理

采集多功能电表电能计量数据、电力参数以及设备状态，并将采集到的数据分级、分类、分户储存；采集智能水表用水量数据，实现对车站生活用水和消防用水的量的采集、统计、分析。以多种形式（表格、柱状图、曲线图等）显示各设备用电量的统计结果，并能提供不同受控设备在指定时段内、同一受控设备在不同时段内的能耗比对图表，生成直观的能耗比对图形或报表；可按时段（小时、日、月、年）统计出每个设备在每个时段的用电量和电费；节能控制及能耗管理系统应用于地下车站公共区通风空调系统与车站空调水系统中，实现对空调季风水联动控制及全年节能控制功能，同时实现对各设备能耗的统计分析。

智慧车站平台通过获取本站通风空调系统、智能水表以及智能电表数据，对车站运行耗能进行统计分析。通过设备用电分析和运行状态分析以及环境参数分析，实现集中监视、控制和管理受控设备，实现协调控制及节能运行。智慧车站节能系统相对独立，在站内设立节能控制柜，通过跟BAS系统的接口，完成节能控制柜对设备的监控以及能耗的管理。

3.1.5 智能视频分析

智慧车站被视频监控覆盖，具有实时视频分析应用功能，出现可疑物品遗留、人员穿越禁区或长期滞留、客流量突变、图像异常等情况可以自动将该区域的视频图像推送至车控室值班人员，便于及时处理。视频分析系统能支持行为检测、扶梯检测、入侵检测、徘徊检测、客流检测、隔栏递物等弹窗推送。可在车站三维场景下开展自动视频巡站，联动视频监视系统显示站内环境与设备状态视频数据。

视频分析是智慧车站必备的功能系统，将前端系统采集的信息安全的上传监控中心。根据前端网络条件，可选择上行数据传输方式。视频智能平台是以视频监控管理为基础，以智能视频分析为核心的智能应用管理平台。该平台由视频监控管理系统加人脸识别、视频结构化、安防事件检测、消防事件检测、客流统计以及视频诊断系统组成。相应模块依据运营管理需求进行组合成为现场运行方案。

3.2 智慧设备运维

设备维保须实现基于既有ISCS系统、BAS系统与区间水泵、电扶梯等机电设备接口，通过增加传感器及在线检测装置等，从车站、区间等大型设备就地采集状态参数，并通过综合运营管控平台进行分析、处理来实现对设备的实时监控、故障预警。智慧设备运维功能建设如图5所示。

图5 智慧设备运维功能建设内容

（1）设备管理。监视车站受控对象的运行状态和故障报警信息；统计车站和区间设备的累计运行时间，并根据设备保养周期，对设备的维护保养提供建议提示。

（2）设备在线监测。自动对设备的状况进行连续或定时的在线监测、在线故障诊断报警、故障趋势预测、部件全寿命状态维修管理。

（3）设备智能诊断。具备设备的故障智能诊断功能，具备基于电气特性的设备隐患预警分析功能，在设备电气特性出现异常波动、突变、趋势变化时及时预警；具备设备运行质量评价和健康度分析功能，辅助实现状态修和预防修。

（4）设备智能巡检。设备智能巡检系统对设备异常状态和故障提前预判，通过智能监测设备运行关键参数，对参数进行趋势分析，提前预判设备故障并开展预防性检修工作，提升故障处置、响应效率。

（5）修制修程优化。修制修程的优化是确保维保水平提升的重要基础。智慧维保是以状态修功能代替定修，降低故障率；采用物联网、数据建模分析等技术，对各专业设备故障提前预警，将定修转化为状态修，降低故障发生率。

3.3 智慧服务

智慧服务的目标是提升乘客的出行品质，达到体面与愉悦出行的目的，智慧车站需具备以下2个方面功能。

3.3.1 智能问询服务

（1）实现跨线路与跨交通方式的一体化出行智能问询服务。如实现多种交通方式（如公交、铁路、长途汽车、航空等）的服务信息查询、出行路径规划、周边信息（如医院、公厕、银行、商业设施）查询等，实现乘客出行全流程定制化服务。

（2）可实现站内的自助导航、智能问询终端引导、智能问询机器人引导服务等功能。

（3）能够提供智能面部识别、肢体语言识别、表情感知识别、语音识别、智能翻译的智能客服机器人，为乘客提供信息咨询。

3.3.2 智能信息服务

增设电子屏设备接入既有PIS系统，显示更多的信息。电子屏需具备以下功能。

（1）支持播放预设视频、图片等内容，可提供车站运营服务信息功能。在车站出入口等处增设电子信息显示屏，为乘客提供车站运营服务信息，以文字方式显示，内容包括车站运营状态、首末班列车时刻、车站客流实况、站内温度、高峰客流提示及车站限流通知等，指引乘客快速进出站。

（2）预设应急信息展示功能。当发生预期的紧急情况时，车站操作员可以根据现场实际情况选取不同场景（如大客流、紧急情况），通过系统发布预先设定的多种应急场景信息，如车站限流措施、应急指挥提示、致歉信及办理退票提示、公交预案信息等。

（3）按照播表时间自动发布信息功能，即正常情况下，系统能根据计划库的播放列表配置在工作日、双休日及节假日的不同时段（如早间启运、平峰、高峰、晚间停运），自动定时发布各个时段相应的预设的正常信息内容；以及人工即时编辑信息展示功能，即当发生非预期的紧急情况时，车站操作员根据情况可以即时人工编辑信息内容。

（4）支持显示终端版面编辑功能，即支持版面可视化编辑，并可通过模板导入，自动应用多种区域显示布局方案；支持显示终端版面发布功能，支持将制作完成的版面发布到指定的显示终端，支持多版面多显示终端同时发布。

（5）自动校时功能，显示终端可自动与时钟源进行校时；定时开关机功能，即可以通过预先设定好的启、停运时间进行设备自动开机和进入休眠（或关机）状态，以降低停运时段的功耗，延长设备使用寿命。支持在操作终端上修改已设定的车站启、停运时间参数。

（6）显示终端的版面支持向上多行翻屏和多行滚屏。系统支持简体中文、英文等UTF-8规格所有文字和字符，并支持进行混和输入、保存、传输和显示。

4 结语

国内多个城市都在开展智慧城轨的研究并积极推进智慧、高效的智慧城轨实践与应用。随着城轨运力、规模的不断发展，乘客服务水平要求的不断提升，必将带动行业内智慧轨道交通的持续自主创新。新一代信息技术与城轨的深度融合将助力打造更加智能、安全、舒适、绿色的城轨运营管理体系，实现安全运营、便捷乘运和敏捷调度的高效统一，承载城市的高质量、智慧化发展。