西安地铁智慧车站试点工程应用总结、优化及发展

王建文

发展智慧城轨是推进交通强国战略与智慧城市建设的重要举措。中城协先后发布了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》［1］和《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》［2］两项顶层设计标准，为构建新一代中国式城市轨道交通指明了方向。西安市轨道交通集团有限公司（简称“西安地铁公司”）亦启动了《以实现“智慧地铁”为目标的规划建设应用研究》项目。本研究旨在运用信息新技术，为乘客提供增值增质的人性化、精准化智能服务，为运营调度管理提供精细化、高效化的智能应用，建设安全、高效、舒适、绿色的智慧地铁［3］。《“智慧车站”实施方案研究》是其子课题之一。2019 年，西安地铁公司决策于第二轮在建线路的5号线一期、6号线一期工程中各选取1座车站试点实施智慧车站。通过大量的技术交流、市场调研、同行业考察、方案研讨等，同年将相关研究成果转化为试点站设计方案，并拆解至ISCS（综合监控系统）、AFC（自动售检票）、通信、自动扶梯4个专业，形成用户需求书，随地铁5、6 号线完成设备招标、设计联络、施工安装及调试、功能验收等工作。

智慧车站试点站随西安地铁5、6 号线一期工程于2020 年12 月开通运行。在3 年多的实际运营过程中，西安地铁公司持续开展车站智慧化功能的验证，对系统进行多次更新迭代。经过长期的技术总结和方案优化，于2023 年形成了企业标准《西安市城市轨道交通智慧车站技术标准》，并将优化后的智慧车站方案在其第3轮新建线路地铁8、10、15号线中大范围推广应用。

近年来，智慧车站是各地城轨的建设热点，投资规模较大，但运营效果和效益不是很理想。本文通过分析西安地铁智慧车站试点工程中发现的问题，总结经验，优化方案，目的是将降本增效和“智慧”二字落在实处。

1 试点站主要功能与应用情况

车站是城轨运营管理中最基本的单元，其运营业务可划分为客运组织、乘客服务、设备运管3 大板块。客运组织业务包括车站运作、行车组织、站务人员管理；乘客服务业务包括信息服务、票务服务、乘客安检；设备运管业务主要针对站内机电设备的运行管理，如节能运行和健康度诊断等。

西安智慧车站试点项目的设计方案以业务为导向，为提高各板块业务的自动化水平，新增或增强各类智能终端和系统功能［4］，实现车站整体运作效率的提升。各项智慧化功能的实际应用情况如下。

1.1 客运组织相关功能试点应用情况

面向车站客运组织业务的智慧化功能主要包括综合看板、场景联动、客流实时采集及分析、智能视频分析、人员管理等。

1）综合看板［5］和场景联动功能模块实用效果较好，其中一键开关站和智能消防等场景联动功能的用户黏度最高。分析原因为：①场景联动功能实现了客运组织预案在计算机应用环境下的自动化，贴近用户运营需求；②场景联动对象基本为车站范围内的机电系统和设备，数据流在站内即可形成业务闭环，即“车站自治”。

2）为实现客流实时采集及分析功能，试点站在公共区搭建了手机嗅探系统，利用Wi-Fi 及4G探针获取乘客手机MAC 地址，拟对乘客出行的时空轨迹进行识别。此技术在实际使用中效果不佳，分析原因为：①受探针分布密度、用户使用行为（如关闭Wi-Fi）和手机加密（如iPhone 随机码）等多重影响，导致统计数量不准确；②后台的计数规则、范围划定、重复计数等数据处理算法较为复杂，难以训练出成熟的模型。总体而言，手机信令数据在车站微观层面的适用性有限，试点站基于手机嗅探系统的客流分析功能与预期目标存在较大差距。

3）智能视频分析功能是智慧车站多个应用的支撑和触发条件，如场景联动功能中的隔栏递物场景，需首先通过视频分析判定隔栏递物的行为，触发平台报警并推送至单兵无线监控系统，辅助站务人员现场处置。智能视频分析的实际应用效果差强人意，分析原因为：①视频分析能力与摄像头布设点位甚至安装角度密切相关，设计与运营实际需求产生的偏差在开通后很难弥补；②误报率较高（＞5%）影响正常使用，如将地面水渍的暗面误判为遗留物品，因此视频分析准确度有待提升。

4）试点站在人员管理方面的功能提升包括车站智能排班、施工人员管理、智能巡更管理。前二者达到预期效果，特别是试点站打通了与企业OA的数据接口，可自动获取上级信息管理平台的施工作业计划，再配合车站人工核验装置，大幅提升了车站人员管理的效率和安全性。智能巡更管理功能试点了2 种方式：一是将车站门禁系统（Access control system，ACS）的读卡器延伸至巡更点，通过增强ACS 实现人工巡更管理；二是利用CCTV 轮询并结合车站建筑三维模型实现远程电子巡更。这2 种方式基本满足日常运营需求，但存在相同的问题，即由于ACS 读卡器和CCTV 摄像头需施工安装，不能方便灵活地增加和调整巡更点，因此人工巡更管理方式需考虑选择其他更优方式。

1.2 乘客服务相关功能试点应用情况

试点站将传统票亭升级为开放式的一体化智能票亭，集成乘客查询终端、售票机、票务处理终端、生物识别（人脸、掌静脉）注册终端，可由乘客自助操作，满足付费区、非付费区不同的票务服务需求。通过3 年多对乘客行为习惯的培养，目前已基本达到了减少运营人工成本的目的。此外，得益于智能票亭的赋能，西安地铁在建15 号线车站建筑设计方案由既有双票亭布局优化为单票亭布局，空间利用和流线设计得到多方位提升。

由于目前西安地铁尚未建成线网级客服中心平台，试点站暴露出客服体系不完善而引发的问题，如乘客呼叫人工求助时，需由本站车控室的站务员承担客服职责，需进一步提升人力资源共享水平。

1.3 设备运管相关功能试点应用情况

1）环境监测方面。试点站通过在感知层新增粉尘、异味、漏水、雨量、照度等传感器，实现了公共区和卫生间空气质量监测、机房环境监测、出入口环境监测功能。其中，出入口照度传感器与飞顶照明实现节能联动；雨量传感器采集降雨强度数据，用于触发防汛场景联动；机房环境监测的漏水报警、侵入报警可联动车控室CCTV 画面，提示站务人员及时处置，均形成了业务闭环。公共区和卫生间空气质量监测目前实现了数据可视化展示，但由于未结合通风空调系统协同设计，因此缺少处置措施和预案，未形成业务闭环。

2）能源管理方面。试点站采用了空调风系统和水系统的全局节能控制策略，并经历了一个空调季的测试，与传统的工频运行模式相比，节能率约为21%。

试点站在35 kV 柜、1 500 V 配电柜、0.4 kV配电柜、通风空调电控柜内设置多功能电表；在市政给水总管、卫生间给水总管等处设置远传水表，已实现能源信息指标化、可视化的展示。目前尚不具备异常能源数据的精准化分析功能，原因是此功能与表计设置的颗粒度与布设位置密切相关，需要深入研究能源表计布设的合理性。

3）车站设备管家功能。试点站通过引入第三方或厂家自研算法2 种方式，开发并实现了AFC闸机、自动扶梯、空调机柜风机3 类机电设备的健康度分析和状态预警等智能诊断功能，在实际使用期间为运营维护和修程修制优化提供了有效的支持。

车站运营重点关注的站台门、区间水泵等机电设备尚未实现智能诊断功能，原因是智慧车站系统平台是提供算力支持和界面展示的基础平台，能否实现智能诊断功能需要被控设备自身具备感知并提供算法模型。

值得指出的是，试点站设备管家功能中不包含维护和维修业务。运维业务体系需要从线路级乃至线网级的层面统筹规划和运作，车站级系统只负责设备运行监测和执行报警策略的环节。

综上所述，西安智慧车站试点工程主要功能应用情况总结见表1。下文针对发现的问题，提出相应的改进措施或者下一步技术研究方向。

表1 西安智慧车站试点功能应用情况

2 推广阶段优化方案

智慧车站在试点应用和功能验证的过程中，不断发现问题并分析问题，更新迭代出新的解决方案，提出适用于新线建设的智慧车站优化实施方案，优化内容可归纳为以下3个方面。

2.1 技术更迭

通过试点，剔除性价比低、与实际需求不符、技术应用不成熟、应用效果不佳的功能，根据技术发展趋势，更新迭代方案，使其满足现场需求。

1）人工巡更管理功能取消门禁读卡器方式，替代为利用无线通信单兵设备+射频识别技术（RFID）方式。通过在巡更点放置RFID 定位标签，单兵设备上开发部署巡更管理应用，实现人工巡更管理功能。此方式解决了读卡器、摄像头不能灵活调整或新增的问题，且新功能在原有单兵系统上开发，新增投资很少。单兵设备+RFID 的巡更方式见图1。

图1 单兵设备+RFID的巡更方式

此外，新建线路在CCTV 结合三维建筑漫游的电子巡更功能的基础上，新增开放用户编辑巡更路线的功能。

2）取消与运营实际需求不符的视频分析算法，如乘客跌倒、快速奔跑、推婴儿车等，增加更实用的算法，如智能票亭处乘客排队。强调在设计阶段结合实际优化摄像机监控布点和角度，将各场景分析算法正确应用在适当区域。

3）取消手机嗅探系统作为客流数据采集的手段，利用智能视频分析的客流密度数据、AFC 的实时过闸数据、列车网络控制系统（Train Control and Management System，TCMS）的车厢载重数据，进行综合判定，实现车站客流流量和流向的多方位、全过程动态分析功能。

2.2 融合设计

2.2.1 界面融合

西安两座试点智慧车站应用的2 种不同型号综合运管平台（SOM）都是独立于既有ISCS 系统的专有平台。对于前台用户来说，增加了新的SOM客户端界面，即增加了操作难度。为避免重走“烟囱式”分立系统的老路，则需要充分利用好新兴技术，用融合的理念开展规划设计和实施工作［6］。

SOM 平台的本质是在ISCS所拥有生产数据基础上的功能增强，理论上宜完全集成于本线ISCS平台。现阶段在技术成熟度的限制下，也可暂独立于ISCS 搭建，但至少要实现与ISCS 界面融合，确保对于前台用户，同一场景下的系统性、关联性的智慧化功能须在统一界面下完成操作。

西安地铁三期线路引入了坐席管理系统用于实现用户界面融合。通过输入节点接入多个系统的画面源，再通过输出节点灵活地分配到显示器上，实现了车控室内ISCS、SOM 以及ATS、AFC、CCTV、FAS、OA所有系统终端的界面融合。此方式可实现一人多机、一屏多机、一屏多画、多席位协作等功能，在提升用户操作效率的同时大大优化空间。

2.2.2 终端融合

由于试点车站增加了智慧化功能，站务人员手持终端数量增多，如厅巡岗的移动票务终端、安防及巡更采用的单兵终端，再加上无线对讲手持台和执法记录仪，使得携带和使用较为不便。经调研，目前采用LTE 技术承载的无线调度系统所使用的数字集群终端，已具备Wi-Fi、摄像头等模块和通用的操作系统，进一步增加SIM 卡插槽和读卡模块后，即可实现各类智能终端的集成与融合，能够符合用户使用需求，提升用户体验，也有利于客运管理向一岗多能的方向发展。

2.3 按需配置

地铁车站的类型和特征有很大区别，因此每座车站的智慧化功能客观上存在差异化设置的需求，应同时控制投资和运维成本。

地铁车站从建筑形式可分为地下站和高架站，周芳等［7］从车站功能属性、交通属性、用地性质等多个维度和特征模型将车站细化分类为居住型、办公型、商业型、旅游型、枢纽型。不同类型车站内的设备运行要求不同，乘客行为特征不同，因此智慧车站的赋能也应区别对待。如西安三期新线智慧车站建设方案中，对于旅游型和枢纽型车站，部署完整的客流分析、乘客智能导航等功能，在其他类型车站内则为简配。对于既有线的赋能改造工程，则更要有针对性地优先选择费效比好的智慧化功能点进行升级。

3 智慧车站发展思路

西安地铁智慧车站从试点项目到新线推广完成了从点到线的演进，未来势必发展至线网范围，有必要从网络化运营的角度，探讨智慧车站的发展方向。

3.1 业务闭环

各地城市轨道交通的运营管理模式基本为分层级负责制，大的层面划分为线网级、线路级、车站级和现场级，车站是纵向管理环节之一。为使业务闭环，要将智慧车站功能纳入到纵向的业务体系中整体设计、实施与运作。这也侧面解释了各地智慧车站项目往往只是一键开关站功能最先落地，因为其所有数据和业务在车站内即可闭环，而乘客服务和运维业务则需要线路级和线网级管理的协同配合。

智慧城轨四大核心业务体系可提炼为智慧服务（客服、票务、安防）、智能运行、智能运维和智慧管理［8］。纵向的业务体系和横向的管理层级形成了一个纵横交贯的坐标平面。每类业务会根据体系运作的要求，在各层级部署系统，以实现相关功能。智慧车站的定位和职责是满足纵向业务在车站级和现场级的功能需求。智慧城轨业务体系与运营管理层级纵横关系示意见图2。

图2 智慧城轨业务体系与运营管理层级纵横关系示意

3.2 云边协同

结合云计算、边缘计算和工业互联网构建出一种具有“云-边-端”三层业务体系的新型智慧城轨云平台框架，在车站级部署边缘计算节点，与中心的城轨云及大数据平台之间完成数据交互、共享、协同［9-10］。智慧车站的大部分应用为现场感知、实时处理和联动等车站自治的业务，则可归属为边缘层业务，部署在站级边缘计算节点上。充分发挥这种云边协同架构的作用，可以提升智慧车站的性能，如解决前文提到的智能视频分析算法准确率低的问题：在车站边缘计算节点部署高速识别模型，快速实时识别异常情况；在云端部署高精度识别模型，根据实际场景持续对其进行训练、调整和优化，并将参数下发至边缘侧更新，持续提高车站视频分析的AI能力和准确度［11-12］。

3.3 管理同步

系统是服务于运营管理的工具，是组织架构在IT（信息技术）/OT（运营技术）上的投影。智慧车站所提供的自动化、智能化工具改变了传统车站客运人员的运作方式，运营组织架构和管理模式也要同步优化调整，人与工具是相辅相成的关系。

智慧车站中的智能巡更、场景联动功能改变了车站站台岗站务员人工巡站的运作方式，智能票亭改变了票亭岗站务员的人工票务处理方式。因此在智慧车站的技术支撑下，应对客运班组进行岗位融合，可将原来独立设置的站台岗和票亭岗融合为厅巡岗，统一负责车站公共区的日常巡视，协助处理智能票亭特殊乘客事务［13］。

在智能化程度持续提升的基础上，下一阶段可将单站管理模式向区域中心化管理模式演进。针对客流强度小，换乘站少的市域/郊线路，将进一步探索去车站化管理模式的可行性。

4 结束语

西安市智慧城轨和智慧车站的建设按照前期研究、先行试点、全面总结、形成标准、推广建设的步骤统筹推进，以解决城轨实际业务中提质、增效、降本、节能等痛点问题为导向，避免新技术和新产品的机械堆砌，找到科学、合理、适应西安地铁的智慧化建设技术路径，争取工具理性与价值理性的平衡，为其他城市轨道交通实现“绿智融合”发展提供参考和借鉴。