地铁智慧车站运营管理系统的设计与应用研究

蔡一磊，李佑文，褚红健

（南京国电南自轨道交通工程有限公司，江苏 南京 210032）

0 引言

城市轨道交通作为城市脉络的重大基础设施，承载着城市公共交通运输的巨大运力。随着互联网、大数据等技术的进一步发展，地铁运营单位对城市轨道交通运营管理、设备维护、安全保障的提升有着迫切的需求，因此引入智能化技术提高城市轨道运营管理水平迫在眉睫。智慧车站运营管理系统的核心是基于工业物联网的发展，将先进的态势感知、数据挖掘等技术有效集成，以一种更加智慧的方法来改变现有轨道交通的运营和管理方式，实现智能化的服务、网络化的协同、立体化的安全预警，切实提升服务质量、提升运维效率、保障运营安全[1]。

1 智能运管系统架构设计

智能运管系统既可以独立成系统，也可以作为综合监控系统的一个子系统。智能运管系统既可以利用综合监控的骨干网，也可以使用单独的通信网作为其传输通道，车站的智能运管系统在车站与ISCS站级服务器进行交互。系统包含众多软硬件基础设施，既支持单站部署，也支持线路级部署，在硬件架构上可以分成中心层和车站层[2]。智能运管线路在中心层设置多台服务器，服务器集群采用云平台方案进行部署，搭建数据中台、IOT集成平台和AI能力平台，并构建微服务数据平台；在车站层，智能运管系统在每个车站内进行本站视频分析、各子系统的接入和数据采集，并通过Kafka总线完成与中心的交互。

智慧车站功能在既有综合监控系统的基础上新增客流分布、环境监测、扶梯远程监控等系统和设备的接口，新增的状态感知、数据管控、自动运行、智能诊断等软件功能模块，充分考虑全自动运行线路的车站运营管理要求，通过最新的智能分析技术应用和系统集成创新而形成，其系统架构包含如下几个部分：（1）设备感知层。各子系统拥有的原始设备数据是ISCS和智能运管系统的数据源头。包括PIS、PA、CCTV、AFC、电梯、照明、屏蔽门等系统及设备。 （2）数据采集层。专门用于数据采集和协议转换，主要由前端处理器和各类接口模块构成。通过数据采集、协议转换、数据隔离等功能实现与相关系统的数据通信。（3）分析处理层。对业务数据进行数据建模，将采集的数据进行实时计算和数据处理，按要求存入历史数据库中进行历史分析和数据挖掘，并在数据的基础上利用微服务组件搭建微服务平台，为服务层提供各类技术支撑。（4）服务层。根据业务规则，实现应用系统与业务数据的交互，利用微服务组件开发适用于上层业务的服务体系，服务层接受用户应用层请求的数据，与数据分析处理层进行交互后返回处理结果。同时，服务层还能接受应用层的控制命令，并通过微服务组件发送至设备层。（5）应用层。应用层主要包含智慧车站运行与管理应用，以及面向乘客的服务应用，包括站务场景管理、工况可视化、智能视频分析、应急预案管理、重要设备管理和人员管理等，用户可通过应用对传感器和设备进行控制、联动等操作。

2 智慧车站应用业务研究

通过大数据、人工智能等技术手段进行全面分析、综合利用，结合车站三维模型通过数据可视化技术向中心调度、车站运营、客运服务、设备维保等各级工班人员提供符合其岗位特点和要求的、简洁高效的可视化管家式车站运营场景。场景化运营应包括车站运行模式（大客流/普通客流）自动切换、自动开关站、设备全自动控制、全自动巡检及故障率统计分析等智能化功能，以实现车站设备管理自动化、检修智能化、乘客服务自助化。

2.1 智慧车站场景辅助管理

在综合监控场景联动功能的基础上，梳理传统y由人员处理的运维流程，利用智能化手段进行优化，实现自动或半自动的处理方式。针对不同的站务场景，设计电子应急预案、应急处置及辅助决策的流程，以信息化的手段进行辅助，使站务场景在流程上形成闭环。典型的如智能开、关站、高/低峰场景等，场景设计流程如下所示：

（1）自动开站场景。开站准备—设备检查—视频巡检—开启站内设备（BAS、AFC、站台门、电扶梯、PIS、PA等）—出入口开启—开站完成。（2）自动关站场景。关站准备—设备检查—视频巡检—出入口关闭—关闭站内设备—关站完成。（3）车站巡视。车站巡视启动—按预定路线、时间巡视车站—顺序切换显示巡视路线视频信息—巡视结束。（4）客流监测与疏导。客流分布、密度检测分析—客流疏导启动—启动高峰运营模式（自动或人工触发PA、PIS疏导信息—客流疏导完成）。（5）排班布岗。基础信息管理—布岗管理—排班管理—岗位巡检（人员定位）—交接班管理。

2.2 视频智能分析

视频智能分析功能通过后台对各路视频数据进行24小时实时分析和监视，为业主提供不同场景的应用。在车站人力无法兼顾的情况，系统自动代替人眼分析出重要、异常的信息数据并进行告警，如大客流事件、扶梯逆行事件等。视频智能分析模块的具体功能包括：扶梯口拥堵分析、旅客摔倒分析、站台客流密度分析、目标检测、一键巡站功能、自动扶梯运行状态分析、智能语音播报、异常事件实时提示、智能摘要、智能提示、视频检索。

地铁站内视频分析系统需要接入监控视频数据，使用机器学习的方法对视频进行综合分析，实现对站内客流、站内设备、站内异常事件等维度的信息获取，并基于视频分析结果，实现辅助地铁运营的有效应用。

2.3 三维辅助监视

三维辅助监视功能是以ISCS系统监视数据为基础，根据已采集的监视数据并结合虚拟三维展示场景，对当前地铁站点内部环境的情况和列车运行的实际状态进行三维模拟，为用户提供逼真的虚拟场景，从而使运营人员可以摆脱实际场景中繁杂的干扰因素，直观的观测到整个车站和列车的运行情况。三维辅助监视功能分为车站三维辅助监视功能、列车三维辅助监视功能，结合全线当前运行情况分别对车站情况、列车状态进行辅助监视。

对车站进行三维辅助监视，对车站进行三维建模，实现车站工况的可视化显示。在三维模型上，体现扶梯、电梯、CCTV、闸机、出入口、公共区温湿度以及疏散线路等运营管理中重点关注的信息，向车站运营、客运服务等各级岗位人员提供个性化、场景化的操作界面。

2.4 车站预案决策辅助

车站预案决策辅助围绕应急管理处置的建设目标，结合日常应急值守、应急预案管理、预案演练和资源管理的应急预防与准备，以及有突发事件时的突发事件应急数字化处置及善后恢复，覆盖运营应急综合管理的功能需求。

应急处置及决策支持系统功能主要包括数字化预案的制定和管理、应急资源管理、应急事件数字化处置、应急事件一键式联动、综合预测预警、信息组团、应急处置、应急地理信息应用、历史事件处置总结评估等功能模块。系统实现了高效、快捷、可扩展、易维护的应急数字化处置平台，为线路运营决策提供全方位支持，充分发挥全网整体运营效益，提高网络化运营管理水平和服务水平。

2.5 能管及环控策略辅助

能源管理业务是在实时监测及分析的基础上，不仅实现电能质量评估、综合性能分析等综合优化评价功能，具备数据采集、数据召唤、监测数据显示、数据统计、报表等功能，还可以基于国家和行业标准建立标准的车站能耗指标，对比分析并发现异常能耗，结合环控辅助系统进行优化。环控策略系统与综合监控尤其是BAS子系统进行数据交互针对地铁车站空调系统进行设计，通过环控策略算法对设备运行状态进行调优，应用场景为空调季的地铁环控设备的自动优化控制。针对风系统可控设备，环控策略系统在不影响BAS系统整体功能的情况下，对风水系统设备的运行参数进行计算并将优化参数发送至BAS系统给出优化策略供参考。

3 结语

本文从智慧车站的需求出发，分析了智慧车站的内涵和特征，还从智能运管系统的架构设计及业务应用等方面详细介绍了智慧车站的实践方法。未来的地铁运营与服务，将从实现多源数据采集与自由流转的数字化、逐渐升级到数据价值流动的智能化升级路线，最终实现新技术、新生态合作共筑下的业务智能联动、资源智慧匹配[3]。