基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)的軌道交通智慧車站探索研究

熊天圣　司春寧

摘要：通過在上海諸光路站、顧村侖園站智慧車站的試點(diǎn)建設(shè)實(shí)踐，本文研究軌道交通車站運(yùn)營管理的主要場景，分析車站智能化應(yīng)用需求，提出基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)的智慧車站總體設(shè)計(jì)，構(gòu)建車站自動(dòng)化和信息化專業(yè)系統(tǒng)融合、各類運(yùn)營管理業(yè)務(wù)高度集成聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營管理高效化、設(shè)備管理智能化、乘客服務(wù)自主化的軌道交通智慧車站。

關(guān)鍵詞：智慧車站工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) 大數(shù)據(jù)分析人工智能

引言

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營和全自動(dòng)無人駕駛成為軌道交通發(fā)展的主要趨勢，以上海為例，截止2019年6月，開通運(yùn)營線路17條，運(yùn)營里程705公里，運(yùn)營車站415座，日均客流1170萬乘次，已經(jīng)開通運(yùn)營的10號線和浦江線，在建的14/15/18均為全自動(dòng)無人駕駛系統(tǒng)。在線網(wǎng)運(yùn)營、超大客流、重點(diǎn)車站功能集中的車站運(yùn)營管理壓力和車站自動(dòng)運(yùn)行技術(shù)發(fā)展的趨勢下，上海軌道交通引領(lǐng)智慧車站試點(diǎn)建設(shè)，成為軌道交通車站智能化建設(shè)熱點(diǎn)。智慧車站的研究是智慧地鐵的基礎(chǔ)，通過智慧車站的建設(shè)實(shí)現(xiàn)車站運(yùn)營管理模式的變革，采用高度智能化的應(yīng)用提升車站運(yùn)營管理和服務(wù)水平，是軌道交通車站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

1軌道交通智慧車站運(yùn)營場景分析和智能化應(yīng)用需求研究

1.1車站運(yùn)營場景分析

面向乘客服務(wù)的車站場景包含進(jìn)站、乘車、下車、出站四個(gè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。在進(jìn)站環(huán)節(jié)，依次需要站外提示、站內(nèi)導(dǎo)航、快捷進(jìn)站、站廳指引、與車站工作人員即時(shí)溝通等服務(wù);在乘車和下車環(huán)節(jié)，需要站臺(tái)引導(dǎo)、車內(nèi)引導(dǎo);在出站環(huán)節(jié)，需要站廳引導(dǎo)、快捷出站、站內(nèi)導(dǎo)航、站外導(dǎo)航等服務(wù)。具體業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

站長/值班員的車站管理業(yè)務(wù)主要包括開站、運(yùn)營、關(guān)站、夜間施工。在開站環(huán)節(jié)，需要對各個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行自檢、測試和啟用;在運(yùn)營環(huán)節(jié)，根據(jù)車站環(huán)境和具體場景，啟用相應(yīng)運(yùn)營模式，對車站進(jìn)行全息感知和監(jiān)控;在關(guān)站環(huán)節(jié)，發(fā)布車站關(guān)站廣播、出入口卷簾門關(guān)閉、自動(dòng)扶梯停止、智能照明和大系統(tǒng)模式關(guān)閉等;在夜間施工環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行清場巡查、施工監(jiān)護(hù)等業(yè)務(wù)。各個(gè)環(huán)節(jié)具體業(yè)務(wù)流程如圖2所示。 面向維保管理業(yè)務(wù)主要環(huán)節(jié)包括設(shè)備巡檢維修計(jì)劃維修物資、維修工單、維修策略、巡檢、全生命周期管理，具體業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

1.2車站智能化需求分析

從設(shè)備管理、客運(yùn)管理、人員管理等車站運(yùn)營管理業(yè)務(wù)出發(fā)，對車站智能化需求分析如下：

（1）設(shè)備管理能力

通過建設(shè)智慧車站，利用移動(dòng)互聯(lián)，物聯(lián)網(wǎng)、研究知識(shí)計(jì)算和可視交互引擎、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的智能技術(shù)，對接入智慧車站的各專業(yè)機(jī)電系統(tǒng)和各類感知終端，達(dá)到對車站設(shè)備群體智能主動(dòng)感知與發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)營場景的聯(lián)動(dòng)控制，提高運(yùn)營人員的工作質(zhì)量。

（2）客運(yùn)管理能力

提供豐富乘客導(dǎo)向信息乘客自助服務(wù)設(shè)備智能視頻分析監(jiān)控、車站客流實(shí)時(shí)監(jiān)測、智能機(jī)器人等，應(yīng)用人工智能服務(wù)機(jī)器人、自然語言處理、自主無人操作系統(tǒng)等技術(shù)，改善乘客體驗(yàn)與提高運(yùn)營服務(wù)水平。

（3）人員管理能力

實(shí)現(xiàn)對車站各項(xiàng)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)綜合分享和應(yīng)用，通過采集各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的人、事、物及其關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)和信息，運(yùn)用復(fù)雜

環(huán)境下基于計(jì)算機(jī)視覺的定位、導(dǎo)航識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)智能建模分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的整合分析，并基于整合分析的結(jié)果來構(gòu)建、豐富和完善車站各崗位工作人員的個(gè)人工作檔案，提出效能提升管理建議。對運(yùn)營人員日常的作業(yè)流實(shí)現(xiàn)電子化管理，包括信息化部崗、任務(wù)派發(fā)、設(shè)施設(shè)備操作監(jiān)督、行車管理操作監(jiān)督、乘客服務(wù)響應(yīng)監(jiān)督、工作效能評定等。

2基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的智慧車站設(shè)計(jì)

2.1智慧車站功能設(shè)計(jì)

智慧車站功能包含：全息感知、自動(dòng)運(yùn)行、智能診斷、自主服務(wù)、主動(dòng)進(jìn)化等功能。

（1）全息感知

通過應(yīng)用智能傳感、視頻分析等智能感知技術(shù)，構(gòu)建以新型感知為依托的車站設(shè)備全自動(dòng)智能運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對車站的設(shè)備環(huán)境、客流、人員等對象的群體智能主動(dòng)感知與發(fā)現(xiàn); （2）自動(dòng)運(yùn)行 面向軌道交通車站管理業(yè)務(wù)，通過應(yīng)用先進(jìn)的信息系統(tǒng)集成架構(gòu)，并應(yīng)用可視交互引擎、高效人機(jī)協(xié)作、智能建模集成等技術(shù)，構(gòu)建以可視化為核心的車站全自動(dòng)智能運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車站過程性控制與事務(wù)性處理等管理業(yè)務(wù)的高效化;

（3）智能診斷

應(yīng)用大數(shù)據(jù)智能分析與決策技術(shù)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合智能學(xué)習(xí)、設(shè)備消耗與健康診斷模型等，構(gòu)建以車站為建模對象的智能運(yùn)行系統(tǒng)，通過對各類運(yùn)營場景下的車站運(yùn)行數(shù)據(jù)深度分析挖掘，形成面向軌道交通車站運(yùn)行管理與應(yīng)急處置的智能化運(yùn)營輔助決策功能。

（4）自主服務(wù)

面向軌道交通乘客出行服務(wù)及車站運(yùn)維管理需求，應(yīng)用出行問詢機(jī)器人設(shè)備巡檢機(jī)器人智能語音購票車站綜合信息展示等技術(shù)，構(gòu)建以多媒體信息理解、智能人機(jī)對話為載體的車站全自動(dòng)智能運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對車站乘客高品質(zhì)服務(wù)與車站管理的精細(xì)化。

（5）主動(dòng)進(jìn)化

根據(jù)全息感知提供的數(shù)據(jù)支撐，自動(dòng)運(yùn)行、智能診斷、自主服務(wù)提供功能支持，進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，采用機(jī)器學(xué)習(xí)模式，構(gòu)建智慧車站核心大腦，實(shí)現(xiàn)車站運(yùn)營效果的自我評估與車站運(yùn)行策略的自動(dòng)完善。

2.2基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的智慧車站架構(gòu)設(shè)計(jì)

上海軌道交通智慧試點(diǎn)車站主要實(shí)現(xiàn)功能為全息感知、自動(dòng)運(yùn)行和自主服務(wù)，需要大數(shù)據(jù)分析和人工智能能力的智能診斷和主動(dòng)進(jìn)化難以在單個(gè)車站實(shí)現(xiàn)，基于車站綜合監(jiān)控的邊緣計(jì)算平臺(tái)主要以實(shí)時(shí)計(jì)算、場景聯(lián)動(dòng)執(zhí)行、智能監(jiān)視為主，為了充分發(fā)揮車站全面采集的海量數(shù)據(jù)，研究設(shè)計(jì)了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)的智慧車站整體架構(gòu)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧車站的智能診斷和自主進(jìn)化功能，并在線路/網(wǎng)絡(luò)的層面進(jìn)行車站間的調(diào)度協(xié)調(diào)和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

邊緣層：依托智能物聯(lián)、工業(yè)控制、智能終端技術(shù)，通過車站邊緣計(jì)算平臺(tái)綜合監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備、人員、環(huán)境等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，實(shí)現(xiàn)智慧車站全息感知、場景模式化自動(dòng)運(yùn)行、綜合可視化看板、車站節(jié)能、數(shù)字車站等功能。

平臺(tái)層：為應(yīng)用層功能提供數(shù)據(jù)接入，提供大數(shù)據(jù)平臺(tái)能力、微服務(wù)框架、人工智能、數(shù)字孿生等基礎(chǔ)支撐。

應(yīng)用層：依托邊緣層的數(shù)據(jù)接人和平臺(tái)層的人工智能、工業(yè)大數(shù)據(jù)分析等PaaS支撐能力，將設(shè)備、數(shù)據(jù)、流程、人等因素信息綜合分析，提供隱患預(yù)警分析、故障智能診斷、設(shè)備健康評價(jià)、車站運(yùn)營評估、車站策略優(yōu)化以及線路/網(wǎng)級的協(xié)調(diào)和聯(lián)動(dòng)。

3結(jié)語

通過總結(jié)在上海軌道交通諸光路站、顧村公園站智慧車站試點(diǎn)建設(shè)中遇到的問題，研究提出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)的智慧車站探索設(shè)計(jì)，能夠較好的實(shí)現(xiàn)（1）基于智能物聯(lián)的車站全息感知;（2）基于車站邊緣計(jì)算平臺(tái)的車站場景模式化管理;（3）基于智能終端的車站自主服務(wù);（4）基于大數(shù)據(jù)分析、人工智能的車站智能診斷和自動(dòng)進(jìn)化，具有積極的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書（2017）.

[2]和小雙;張騰蛟;車站管理對地鐵運(yùn)營安全的影響[J].技術(shù)與市場;2019年05期.