济南地铁智慧车站建设方案及应用实践

孔祥苏，安俊峰，李 美，左付超

（济南轨道交通集团有限公司，山东济南 250102）

1 研究背景

2013年，济南轨道交通集团有限公司正式成立，同年济南地铁第一版线网规划落地完成，并开始建设。截至目前，济南地铁第一期建设规划3条线路已全部建成通车，形成“H”型运营网络，第二期建设规划线路也陆续开工建设。

济南地铁秉持“安全地铁、绿色地铁、智慧地铁、品质地铁”的建设理念，积极探索智慧地铁建设之路。其中，2号线是济南地铁第一轮建设规划中串联1号、3号线形成“H”型线网的关键线路，采用全自动运行系统、智能信息展示系统、智能间隙探测系统等先进技术，选取2号线八涧堡站作为济南智慧地铁示范站，采取物联网、边缘计算、大数据、人工智能等智慧元素，呈现出一系列具备科技感的智慧车站场景。

2 智慧车站建设

2.1 全自动运行系统

济南地铁顺应轨道交通行业发展趋势，在1号、3 号线顺利开通运营后，换乘线路2号线采用国产全自主化知识产权、全自动运行技术，初期运营采用有人值守的列车自动运行（Driverless Train Operation，DTO），目前拥有GoA4级全功能。全自动运行系统（Fully Automatic Operation，FAO）总体架构如图1所示，与传统线路相比，主要增加段场自动化及联动控制等相关功能。

图1 全自动运行系统总体架构

为整体提高乘客满意度和运行安全相关系统的智能化水平，2号线车辆（图2）使用双机热备（Local Control Unit，LCU）技术替代部分非关键继电器；在车门、空调系统中集成健康管理功能；在走行部、受电弓等设备增加在线检测功能，可实时对车辆状态进行跟踪诊断，实现车辆智能运维。车辆利用通信和信号系统已有长期演进技术（Long Term Evolution，LTE）和无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）无线传输通道实现高实时和大容量的车载数据落地传输。在地面搭建数据解析处理平台，将相关车载系统数据统一集成到地面平台进行集成分析展示。

图2 济南地铁2号线车辆

在车辆段入段线搭建轨旁综合检测平台（图3），包括弓网动态检测、轮对状态动态监测和全车360°图像检测三大子系统，车辆回库后的检修效率和检修准确性得到提高。车辆可在不停车的情况下完成轮对外形几何尺寸检测、受电弓关键参数（碳滑板磨耗、中心线偏移、接触压力）检测、车轮踏面缺陷（擦伤、剥离、硌伤等缺陷）检测、全车外观可视关键部件异常（缺失、松脱、异物、移位等）自动识别预警监测。

图3 济南地铁2号线轨旁综合监测平台

2.2 智能信息展示系统

屏蔽门乘客信息系统（Passenger Information System，PIS）作为地铁乘客信息系统的子系统，可以让乘客及时准确了解到运营相关信息和公共媒体信息。济南地铁2号线八涧堡站设计的智能信息展示系统， 融合屏蔽门PIS系统，将车厢拥挤度、候车时间、公共媒体等信息通过设置在屏蔽门上方的高清显示屏实时动态显示（图4），指导乘客选择更加合适的车厢，提升乘客的出行体验。

图4 屏蔽门高清显示屏

智能信息展示系统采用条形屏+开放式可插拔规范（Open Pluggable Specifi cation，OPS）云播放控制器组合技术，设备内部所有部件均采用板载贴片式设计，集成度高，外观轻便小巧，内置多功能音视频硬件加速器，采用OPS内置供电方式，实际功耗不超过20 W，实现了低能耗高性能。条形屏最大分辨率4K，远高于传统42寸液晶显示屏（LCD）的1080P。系统按照PIS系统的功能需求，对屏蔽门高清显示屏0.72 m2的可视面积进行区域分割，使运营信息和广告媒体信息同时播放，互不冲突，乘客可根据运营信息提示，自行前往空闲的车厢站台乘车。

2.3 智能间隙探测系统

站台门系统作为防止乘客有意或无意进入到轨行区而发生危险的重要屏障，探测其与列车门之间的间隙是地铁站台门系统中探测的重点。传统间隙探测方式包括物理挡板、人工瞭望灯带、光电对射探测等。传统间隙探测方式主要存在以下缺点：物理挡板易松动易侵限，仅能探测距地面500 mm内较大物体，无全区域探测能力；人工瞭望灯带主要依靠人为判别，有主观性、易疲劳，不适用于全自动驾驶线路和曲线站台，无法联动其他系统；光电对射探测不适用于曲线站台，受强光、振动、粉尘铁屑干扰易误报，无报警门定位功能。

鉴于传统间隙探测方式存在以上各类问题，济南地铁2号线八涧堡站设计了智能间隙探测系统，可以实现防区内报警物检测、遮挡和污染报警、环境记忆、报警门定位、多门并发、故障检测、数据存储及查询、隔离/旁路、站台门系统联动等各项功能。系统通过运用激光雷达、边缘计算等先进技术，将站台门和列车门之间的间隙安全防护能力提升，实现间隙夹人夹物智能检测；通过采用司机关门信息监视屏与信号系统联动等方式预防意外事故的发生，避免因误报对行车效率产生影响，从而提高地铁运行效率和安全性。

智能间隙探测系统采用基于飞行时间测距（Time of Flight Ranging，ToF）的激光探测器对列车门和站台门狭缝之间特定平面上的异物进行检测。间隙探测雷达通过学习基础边界形成防区，激光束根据防区内有无异物而改变往返时间，从而检测到异物并进行定位。前端边缘计算对探测器获得的数据进行处理，可以节省后端算力。前端雷达通过冗余的控制器区域网络（Controller Area Network，CAN）总线将判断结果和设备状态等数据传输至机房控制主机，主机控制显示器可呈现结果和展示设备状态。间隙探测雷达内置无线通讯模块，采用905 nm的激光光线（为不可见光），通过手持平板连接间隙探测雷达热点可以使用专用APP进行探测距离、报警灵敏度、雷达开角等参数设置。智能间隙探测装置如图5所示。

图5 智能间隙探测装置图

3 应用实践

济南地铁2号线于2021年3月26日正式初期运营，以DTO模式开通，全天采用盖板关闭、司机室值守方式。截至目前，2号线总体运行情况有序平稳，累计开行列车逾10万列次，行驶里程超336万km，列车兑现率达到99.99%，列车正点率达到99.93%。

智能信息展示系统使用云控制器，方便乘客及时了解等候时间、车厢内拥挤度等信息，指导乘客选择合适车厢，提升出行体验，同时也为后期运维管理工作带来便利，满足车站智能化需求。

智能间隙探测系统与地铁几大核心系统（车辆、信号、综合监控、站台门等）的信息交互较为顺畅，能够很好的辅助全自动驾驶列车安全运行，提升了地铁运营的安全、效率及智能化水平，为列车全自动运行提供了更加安全的保障。

济南地铁2号线至今已运行1年多，智慧车站八涧堡站通过应用全自动运行系统、智能信息展示系统以及智能间隙探测系统，既保证了车辆安全平稳运行和准点率，同时带给乘客科技感、智慧化的乘车体验，全站智慧化应用效果较好。

4 结语

智慧城轨建设是城市轨道交通未来的发展方向，是建设交通强国和智慧城市的重要组成部分。随着2号线智慧车站八涧堡站的建设运营，济南智慧地铁建设具备良好开端，也为其他城市智慧车站建设提供参考。济南地铁将继续探索智慧地铁建设之路，为形成中国式智慧城轨特色，实现智慧城轨建设战略目标做出贡献。