雄安綜合交通樞紐智能化系統(tǒng)建設方案研究

趙耀， 馮敬然， 盧靜， 秦柳

（中國鐵路設計集團有限公司電化電信院，天津300308）

城市綜合交通樞紐是指整合了鐵路、公路、城市軌道交通等交通方式為一體的協(xié)同樞紐體系，為城市對外和城市內(nèi)部的大型居民區(qū)及主要客源點提供集散與中轉(zhuǎn)服務，是城市對外聯(lián)系的橋梁和紐帶。根據(jù)綠色交通、智慧交通、平臺交通的發(fā)展方向，城市綜合交通樞紐是實現(xiàn)旅客智能出行、智能換乘的重要節(jié)點，是一個城市服務水平和文明的示范窗口，綜合交通樞紐從旅客服務、安全生產(chǎn)、運營管理、綠色節(jié)能等方面開展智能化建設，對提升旅客出行體驗具有重要意義[1-8]。對綜合交通樞紐智能化的具體需求進行分析，結(jié)合雄安綜合交通樞紐涉及國鐵、市政交通及城市軌道三大類交通換乘的特點，提出智能化建設方案并應用在雄安綜合交通樞紐設計中。

1 綜合交通樞紐監(jiān)控系統(tǒng)建設現(xiàn)狀

各地綜合交通樞紐監(jiān)控系統(tǒng)的建設方案有所差異，但均涵蓋機電設備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、通信及其他相關監(jiān)控系統(tǒng)，并通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)進行集成或互聯(lián)。

1.1 機電設備監(jiān)控系統(tǒng)

BAS 主要實現(xiàn)對綜合交通樞紐內(nèi)機電設備的集中監(jiān)控，監(jiān)控對象主要包含環(huán)境與冷凍水及冷卻水系統(tǒng)、熱源及熱交換系統(tǒng)、采暖通風及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、給水及排水系統(tǒng)、自動扶梯、電梯及自動人行道系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。通過自動調(diào)節(jié)各類機電設備系統(tǒng)的工作狀態(tài)，保障綜合交通樞紐正常運行，為旅客提供良好、舒適的乘車環(huán)境。

BAS多采用直接數(shù)字控制器（DDC）或可編程邏輯控制器（PLC）等專用控制系統(tǒng)，一般采用管理、控制、現(xiàn)場3層組網(wǎng)方案，實現(xiàn)分布式系統(tǒng)集中監(jiān)視操作和分散采集控制。

1.2 火災自動報警系統(tǒng)

綜合交通樞紐是人員高度密集的公共場所，為了保護樞紐內(nèi)乘客及工作人員的人身財產(chǎn)安全，在綜合樞紐范圍內(nèi)設置FAS。FAS進行火災探測及報警，在火災工況下對樞紐內(nèi)的各類滅火系統(tǒng)、防煙排煙、防火門、電梯、消防應急廣播、應急照明及疏散指示等系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動控制，從而減少火災風險、降低火災危害。

FAS采用符合國家要求的消防專用設備，設置火災報警控制器和消防聯(lián)動控制器，通過控制總線連接各類火災探測器、報警按鈕、監(jiān)視控制模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)探測、報警、聯(lián)動控制等功能。

1.3 通信系統(tǒng)

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對綜合交通樞紐內(nèi)客運服務、安全檢查區(qū)域、樓扶梯、垂直電梯、辦公區(qū)等場所的視頻采集，為工作人員提供相關場合的實時圖像，具備視頻存儲、回放、顯示等功能。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端采集、視頻分轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、系統(tǒng)管理、用戶終端等設備組成，通常采用網(wǎng)絡攝像機，單獨構(gòu)建視頻監(jiān)控網(wǎng)絡組網(wǎng)。

（2）廣播系統(tǒng)為旅客提供引導、資訊、應急疏散等公共廣播服務。

（3）綜合顯示系統(tǒng)為旅客提供引導及資訊信息。

（4）查詢系統(tǒng)向旅客提供引導、資訊、公告等信息的查詢服務。

（5）時鐘系統(tǒng)為旅客及工作人員提供統(tǒng)一的標準時間信息。

1.4 其他相關監(jiān)控系統(tǒng)

綜合交通樞紐中通常還設置電力遠動、能源管理、智能照明等子系統(tǒng)，對樞紐用電進行多方面的管理和監(jiān)控。

（1）電力遠動系統(tǒng)主要對配電所、變電所各類電力設施進行遙控、遙測、遙信，由監(jiān)控中心主機、綜保模塊、遠程終端單元（RTU）等組成。

（2）能源管理實現(xiàn)對電能的全方位動態(tài)監(jiān)測并記錄，由系統(tǒng)主機、數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)控儀表等組成。

（3）智能照明系統(tǒng)對照明設施進行控制，由主機和照明配電箱內(nèi)的照明控制模塊組成。

1.5 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

綜合監(jiān)控系統(tǒng)是綜合交通樞紐的機電設備綜合自動化系統(tǒng)，通過將綜合交通樞紐各類監(jiān)控系統(tǒng)進行集成或互聯(lián)，使各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)納入一個綜合信息處理平臺，提供各系統(tǒng)之間的業(yè)務關聯(lián)和觸發(fā)聯(lián)動。

2 綜合交通樞紐智能化需求分析

目前綜合交通樞紐相關監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了機電設備、消防、電力、視頻的監(jiān)控，并為旅客提供了基本服務，但各類系統(tǒng)相對獨立設置。雖然設置了綜合監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對各類系統(tǒng)的集成，但主要以各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和集中展示為主，與智能化的需求尚有一定差異，監(jiān)控的廣度和深度有待加強，各類系統(tǒng)相對獨立，導致硬件資源重復建設、數(shù)據(jù)信息共享程度低。同時，還缺乏基于對各類監(jiān)控數(shù)據(jù)分析基礎上指導生產(chǎn)運營的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理平臺。

針對上述問題，結(jié)合綜合交通樞紐運營實際情況和需求，工程建設應在智能旅客服務、機電設備智能控制、智能運維、應急管理等四大方面全面提升智能化水平，充分利用信息化科技成果，綜合實現(xiàn)旅客候乘更便捷、調(diào)度運輸更智能、信息共享更通暢、生產(chǎn)作業(yè)更安全更高效、環(huán)境更加綠色節(jié)能等總體目標，最終實現(xiàn)綠色交通、智慧交通、平安交通。

（1）智能旅客服務。通過將智能化技術引入旅客服務相關系統(tǒng)，可以有效提升綜合交通樞紐的旅客服務和管理能力。例如，通過人臉識別技術快速辨識人物身份，與旅客服務相關系統(tǒng)結(jié)合，可根據(jù)旅客出行需求和出行習慣，精確地為旅客推送定制化的信息；引入各類服務機器人，提供更加靈活、主動的旅客服務功能；對樞紐的人流量進行實時監(jiān)控及預測，為樞紐客運服務人員的工作組織提供支撐。

（2）機電設備智能控制。智能機電系統(tǒng)應實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合監(jiān)控及管理功能，將機電設備監(jiān)控、火災自動報警等系統(tǒng)與電力相關監(jiān)控系統(tǒng)、旅客服務相關系統(tǒng)集成為一個整體，實現(xiàn)更加快速、靈活的統(tǒng)一聯(lián)動控制。例如在發(fā)生火情時，根據(jù)火災地點及情況，智能化地實現(xiàn)對火災自動報警、機電設備監(jiān)控、電力監(jiān)控等系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，完成空調(diào)通風、室內(nèi)給排水、電扶梯、智能照明等系統(tǒng)進入火災工作模式。

將傳統(tǒng)綜合交通樞紐的機電設備監(jiān)控、能源管理、環(huán)境監(jiān)控等系統(tǒng)功能結(jié)合起來，使樞紐具備對環(huán)境、機電設備運行的完善感知和控制能力，進一步實現(xiàn)智能化節(jié)能控制。例如，利用樞紐環(huán)境數(shù)據(jù)分析旅客舒適度，結(jié)合各類機電設備運行狀態(tài)信息，構(gòu)建各類設備運行模式、車站環(huán)境、旅客舒適度之間的關系模型，使樞紐能夠在滿足旅客舒適度需求的基礎上，自行調(diào)整照明、通風、空調(diào)等各類機電設備，使之運行在最經(jīng)濟的狀態(tài)，實現(xiàn)樞紐的綠色環(huán)保。

（3）智能運維。對綜合交通樞紐內(nèi)各類設備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，分析各類設備固有參數(shù)、運行數(shù)據(jù)及行業(yè)數(shù)據(jù)，對設備的異常狀態(tài)進行實時感知，預測機電設備使用壽命，提供運維計劃，實現(xiàn)全生命周期管理及“狀態(tài)修”的維護標準，達到智能運維水平，確保綜合交通樞紐的安全、有序運營。

（4）應急管理。將各類系統(tǒng)融合進統(tǒng)一的應急管理平臺，負責應急聯(lián)動處理突發(fā)性公共事件。應急情況時對樞紐內(nèi)設備設施統(tǒng)一調(diào)度，并對接上級應急管理平臺，在應對突發(fā)情況的應急指揮中可迅速查詢相關信息并進行關聯(lián)，通過智能化的數(shù)據(jù)分析、事件庫、關聯(lián)展示等方式為工作人員提供輔助決策支持，通過與外部系統(tǒng)的互聯(lián)互通實現(xiàn)多專業(yè)、高層次、跨部門的統(tǒng)一指揮協(xié)同行動，調(diào)動各種應急救援力量，提升綜合交通樞紐的應急處置能力。

3 雄安綜合交通樞紐智能化建設方案

雄安綜合交通樞紐實現(xiàn)了國鐵、市政交通及城市軌道三大類交通的換乘，其中市政交通相關工程包含出租車場、社會車輛及網(wǎng)約車場、公交車場、大巴車場。雄安綜合交通樞紐的目標是打造“站城一體化、零距離立體換乘”的重要綜合交通樞紐，作為各種交通節(jié)點的匯集，是雄安新區(qū)交通的中樞神經(jīng)，具有客流量大、服務要求高、管理范圍廣、業(yè)務種類多、內(nèi)外部接口多等特點。

為適應上述智能化需求，工程建設應著眼于增強監(jiān)控能力、構(gòu)建統(tǒng)一系統(tǒng)平臺、增強信息共享能力、搭建基于數(shù)據(jù)互通的協(xié)調(diào)管理平臺等方面，從具備可實施性的角度出發(fā)，開展雄安綜合交通樞紐的智能化設計。

3.1 智能化系統(tǒng)構(gòu)成

雄安綜合交通樞紐智能化相關系統(tǒng)主要由專用通信、綜合監(jiān)控、其他智能系統(tǒng)3類組成（見表1）。

（1）專用通信系統(tǒng)由局域網(wǎng)、電話、無線通信、視頻監(jiān)視、綜合服務管理系統(tǒng)（交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺、廣播、智能綜合顯示、自助求助及查詢、門禁及巡更、智能運維管理、站內(nèi)導航）、時鐘、綜合布線、車輛管理（出租車管理、大巴車管理、公交車管理、社會車輛管理）、電源及接地等系統(tǒng)組成。

（2）綜合監(jiān)控系統(tǒng)集成機電設備監(jiān)控、火災自動報警、機電設備智能運維等系統(tǒng)，互聯(lián)或集成電力遠動、智能照明等其他機電系統(tǒng)，實現(xiàn)對這些系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控、管理及各系統(tǒng)間的聯(lián)動控制。

（3）其他智能系統(tǒng)主要包括能源數(shù)據(jù)采集、消防安全監(jiān)控、給排水集中控制、垃圾氣力輸送、結(jié)構(gòu)智能化健康監(jiān)測系統(tǒng)等。

有別于綜合交通樞紐傳統(tǒng)的機電系統(tǒng)，雄安綜合交通樞紐設置了交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺、站內(nèi)導航系統(tǒng)，視頻監(jiān)視系統(tǒng)中實現(xiàn)了智能感知功能，綜合監(jiān)控類增加了機電設備智能運維系統(tǒng)，電力、給排水、結(jié)構(gòu)等專業(yè)設置了對應專業(yè)的其他智能系統(tǒng)。

（1）交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺。該平臺支持雄安綜合交通樞紐內(nèi)各交通管理部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮，實現(xiàn)最優(yōu)化的交通運行疏導，為雄安綜合交通樞紐安全高效的交通運行提供信息化、自動化手段，實現(xiàn)旅客換乘便捷、協(xié)調(diào)調(diào)度智能、信息共享通暢的目標。交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺功能架構(gòu)見圖1。

（2）智能感知。視頻監(jiān)視系統(tǒng)可實現(xiàn)智能感知功能，設置智能視頻分析監(jiān)控平臺，為相關業(yè)務提供視頻、圖像等數(shù)據(jù)的高效接入、穩(wěn)定存儲、有效管理及共享服務。智能感知系統(tǒng)利用綜合交通樞紐內(nèi)設置的高清攝像機，實現(xiàn)人臉識別、客流統(tǒng)計、異常行為等智能視頻分析功能。

表1 雄安綜合交通樞紐主要智能化系統(tǒng)概況

圖1 交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺功能架構(gòu)

（3）站內(nèi)導航。旅客在車站內(nèi)可通過移動終端接入互聯(lián)網(wǎng)訪問車站導航服務。

（4）智能綜合監(jiān)控。綜合監(jiān)控系統(tǒng)的特點在于集成并互聯(lián)了更多的智能化系統(tǒng)，與能源采集、給排水集中控制系統(tǒng)、垃圾氣力輸送、結(jié)構(gòu)智能化健康監(jiān)測等機電智能系統(tǒng)設置互聯(lián)接口。系統(tǒng)針對電、水、氣等分項能源的全時動態(tài)能源數(shù)據(jù)采集，結(jié)合能源管理系統(tǒng)軟件分析及控制功能，對能源數(shù)據(jù)采集得到的水表、電表和能量表的流量數(shù)據(jù)進行智能化監(jiān)測及分析，對動力子系統(tǒng)和照明子系統(tǒng)進行智能化監(jiān)測、分析及控制，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)動態(tài)監(jiān)測、能耗功能分析、報表統(tǒng)計、措施建議及圖形展示等功能，實現(xiàn)被控設備的運行參數(shù)控制，實現(xiàn)樞紐內(nèi)各能耗系統(tǒng)全能源鏈的實時全面監(jiān)測和管理。機電設備智能運維系統(tǒng)采集各類機電設備運行信息，對各類機電設備和軟件系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行7×24 h 不間斷監(jiān)測、巡檢，運用大數(shù)據(jù)技術，實現(xiàn)機電設備全生命周期管理，實現(xiàn)運維“狀態(tài)修”的維護標準。

（5）其他智能系統(tǒng)。

①消防安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將電氣火災監(jiān)控和消防設備電源監(jiān)控集成為1 套消防安全監(jiān)控系統(tǒng)，把2 套不同功能的系統(tǒng)集成為1 個平臺，采集各子系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)和報警信息，并與火災自動報警系統(tǒng)互聯(lián)互通。

②給排水集中控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要負責樞紐內(nèi)各類給排水設備的自動運行控制、狀態(tài)監(jiān)測和運行管理，與綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通。

③垃圾氣力輸送系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空氣為動力經(jīng)管網(wǎng)運輸，將廢棄物從建筑物運輸?shù)街醒胧占荆瑢崿F(xiàn)垃圾完全密閉收集與運輸，滿足垃圾分類輸送功能，系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通。

④結(jié)構(gòu)智能化健康監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過實時采集、反饋結(jié)構(gòu)物服役狀況的相關數(shù)據(jù)，判斷損傷的位置與程度，及時有效地評估結(jié)構(gòu)的安全性，預測結(jié)構(gòu)的性能變化并對突發(fā)事件進行預警，全面把握結(jié)構(gòu)建造與服役全過程的受力與損傷演化規(guī)律，系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)互聯(lián)互通。

3.2 智能化系統(tǒng)技術實現(xiàn)方案

在雄安綜合交通樞紐構(gòu)建統(tǒng)一的虛擬化云平臺，使樞紐內(nèi)綜合監(jiān)控與智能運維管理、交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺、智能綜合顯示、自助求助及查詢、門禁及巡更、智能感知、視頻監(jiān)控、車場管理等各類系統(tǒng)共享計算資源池、存儲資源池、網(wǎng)絡及安全等設備，實現(xiàn)硬件設備的整合，為數(shù)據(jù)共享提供基礎條件。其中火災自動報警、機電設備監(jiān)控、廣播、電話等系統(tǒng)由于自身設備特性，暫不納入云平臺。樞紐綜合云平臺總體架構(gòu)見圖2。

圖2 樞紐綜合云平臺總體架構(gòu)

結(jié)合雄安地區(qū)數(shù)據(jù)采集與匯聚、數(shù)據(jù)共享的相關要求，雄安區(qū)域信息化規(guī)劃對雄安樞紐云平臺提出了塊數(shù)據(jù)平臺建設需求。塊數(shù)據(jù)是通過分布式導入、分布式數(shù)據(jù)存儲、分布式計算處理，將傳統(tǒng)條數(shù)據(jù)進行解構(gòu)、交叉與融合的數(shù)據(jù)處理技術，便于更充分挖掘出數(shù)據(jù)的價值、實現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合應用［9-10]。云平臺預留建設塊數(shù)據(jù)應用的條件，隨著雄安新區(qū)塊數(shù)據(jù)建設意見的逐步明朗，將在綜合交通樞紐的虛擬化云平臺中擴展塊數(shù)據(jù)平臺的應用資源、存儲資源以及塊數(shù)據(jù)構(gòu)建與分析軟件。

下一步，將緊密跟蹤雄安區(qū)域信息化規(guī)劃的發(fā)布，通過追蹤信息化系統(tǒng)的業(yè)務需求，將交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺、出租車管理、大巴車管理、公交車管理、社會車輛管理、OA 辦公等系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用塊數(shù)據(jù)平臺進行跨行業(yè)融合，進一步按區(qū)域信息化規(guī)劃，開發(fā)具備行為辨識、交通規(guī)劃驗證與優(yōu)化、用戶畫像、供需分析等能力的智能化融合應用。

4 結(jié)束語

分析綜合交通樞紐機電設備監(jiān)控、火災自動報警、專用通信系統(tǒng)、其他相關監(jiān)控系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀，結(jié)合綜合交通樞紐在智能旅客服務、機電設備智能控制、智能運維、應急管理等方面的智能化建設需求，對雄安綜合交通樞紐構(gòu)建智能化系統(tǒng)，包括交通運行監(jiān)測綜合協(xié)調(diào)平臺、智能感知、站內(nèi)導航、機電設備智能運維系統(tǒng)及其他智能系統(tǒng)，并設置統(tǒng)一的樞紐虛擬化云平臺。系統(tǒng)方案可實現(xiàn)各類智能化系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為開展綜合交通樞紐的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等應用提供基礎條件，并預留了擴展塊數(shù)據(jù)應用的條件，后續(xù)隨著區(qū)域信息化整體規(guī)劃以及系統(tǒng)建設、運維需求的發(fā)展，將逐步完善各類智能化應用。