地鐵智慧車站的內涵和實踐途徑*

江志彬 陳菁菁 谷金晶

(1.上海市軌道交通結構耐久與系統安全重點實驗室，201804，上海； 2.同濟大學交通運輸工程學院，201804，上海；3.上海地鐵第四運營有限公司，200071，上海//第一作者，副教授)

新型智慧城市是貫徹落實創新、協調、綠色、開放、共享發展理念，推進新一代信息通信技術與城市戰略、規劃、建設、運行和服務全面深度融合，以信息化為引領的城市發展新形態。黨的十九大報告首次提出“智慧社會”，明確了智慧城市發展的新要求[1]。“智慧地鐵”作為“智慧社會”的一個重要分支，旨在地鐵行業內廣泛采用移動互聯網、物聯網、云計算、大數據、地理信息(北斗衛星)等信息技術，推進信息技術與地鐵業務深度融合，以更好地保障運營安全、提高運輸效率、提升出行體驗[2]。車站作為地鐵網絡的最為關鍵的銜接部分，是地鐵服務的社會窗口和城市門戶，舒適、愉悅的體面出行已經成為乘客追求的新目標。從滿足乘客多樣化需求和提升設施設備智能化管控等方面來看，全面提升地鐵車站的智慧化水平，是實現“智慧地鐵”的關鍵。

目前針對“智慧車站”還沒有明確的定義，有部分學者在智能設計[3]、智能維護[4]、智能服務[4]等的研究中提出了地鐵車站智能化建設的建議與措施，而“智慧車站”的內涵、目標和實踐途徑等還有待進一步研究。本文將從地鐵智慧車站的需求出發，剖析智慧車站的內涵和特征；從智慧設計和建造、設備智能檢測和控制、客流智能監測與預警預測、智能決策和智能服務等方面探討智慧車站的實踐途徑。

1 地鐵智慧車站的需求與內涵

1.1 地鐵智慧車站需求

智慧車站是基于各類智能化信息技術的綜合應用，集架構、系統、應用、管理及優化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策等綜合智慧能力，是人、建筑和環境互為協調的整合體，實現了設計、建造、運營、服務、維護等從“生產范式”向“服務范式”的轉變。智慧車站的目標是實現車站管理與服務的數字化、網絡化、智能化、綠色化、個性化、人性化、自助化和協作化，達到可測、可控、可閱讀的目的。

智慧車站建設的核心目標是提升管理效率和服務水平。隨著我國地鐵建設的快速推進和網絡化運營程度的不斷深入，地鐵網絡結構的復雜程度越來越高，大型換乘站越來越多，客流增長速度快且時空特征復雜多變，加上日常運營過程中經常面臨復雜的運營環境(如大客流、突發事件、惡劣天氣、故障等)，導致車站管理的難度越來越大。隨著地鐵新的智能裝備(如基于通信的列車控制(CBTC)系統、無人駕駛技術等)、新的監測手段(視頻、Wi-Fi嗅探、手機信令、藍牙、紅外等)、新的設計與建造技術(建筑信息化模型(BIM)、節能減排技術等)、新的支付手段(刷卡、網絡支付、移動支付、刷臉支付等)和新的信息技術(云計算、大數據、人工智能、物聯網、全息感知、區塊鏈等)的蓬勃發展，地鐵車站迫切需要向智慧車站轉變。提升車站的智慧化水平可以達到節能、減員增效和提高管理與服務水平的目的，更重要的是可以為乘客提供更為舒適、安全、可靠、一體化和人性化的服務，提升乘客出行體驗。

1.2 地鐵智慧車站的內涵和特征

傳統車站與智慧車站的內涵差異分析如表1所示。智慧車站的特征主要體現在以下3個方面。

表1 傳統車站與智慧車站的內涵差異分析

1) 全面透徹的感知與控制。利用各類智能系統和感知設備，智能識別、立體感知車站的環境、設施設備狀態、乘客移動軌跡、列車運行過程等，對感知數據進行融合、分析和處理，促進車站各業務系統和諧高效運行。智慧車站還強調車站各設施設備的自動控制和有限條件下的自修復功能，強調運營維護的自動化和智能化。

2) 高度互聯融合的決策。車站及其管理是一個開放的復雜巨系統，各類有線、無線網絡技術的發展為車站中的物與物、人與物、人與人的全面互聯、互通和互動，為車站的各類隨時、隨地、隨需、隨意的應用提供了基礎條件。每一位乘客、每一個工作人員、每一列列車、每一個設備的終端都成為了互聯世界中的信息體，泛在的互聯作為智慧車站的“神經網絡”極大地增強了車站作為智慧城市自適應系統的信息獲取、實時反饋、隨時隨地提供智能服務的能力。新一代全面感知技術的應用產生了海量數據，通過將“云”與“端”結合，通過智能融合，能夠實現對海量數據的存儲、計算與分析；通過人的“智慧”參與，能夠提升決策支持和應急指揮的能力。

3) 以人為本的服務。乘客是地鐵服務的對象，未來乘客的出行需求不僅僅是出行，而是更體面、更舒適、更便捷的出行，因此需要重新定義地鐵服務的內涵。智慧車站的設計、建設和運營尤其需要注重以人為本、乘客參與、公眾參與、社會協同的開放創新空間的塑造以及公共價值與獨特價值的創造，注重從乘客的需求出發，強化用戶的參與，匯聚公眾的智慧。

2 智慧車站實現途徑

2.1 基于BIM的智能設計和建造

車站結構與空間是智能設施建設和運營服務的基礎，因此在進行車站的設計和建造時就應考慮到乘客對車站的人性化、有溫度的關懷服務需求。“BIM+”融合了BIM技術與地理信息系統(GIS)、移動互聯、物聯網、云計算、虛擬現實技術(VR)、激光掃描、3D(三維)打印和數字化加工等技術，能夠實現項目全生命周期的信息共享，實現精細化項目管理，節約投資成本，提升工程管理效率，實現資產管理清晰化，展現空間的人文化和藝術化。

1) 智慧設計。設計是工程建設的靈魂。智慧設計可以通過BIM正向設計結合多項目、多專業系統集成的云平臺來實現[5]。新一代的智慧設計，可以通過BIM的三維模型直接生成設計圖紙，即正向設計。正向設計可以大大提高出圖效率，并在第一時間發現問題，提高設計質量。智慧設計可以在可視化環境中真正實現乘客出行和企業管理需求，實現規劃方案優化、場地現狀仿真，同時可以模擬管線搬遷、道路翻交和裝修設計。地鐵承擔著塑造城市良好形象、充當文化載體的使命，是傳播城市文脈、展示城市風貌的窗口，因此，地鐵空間的設計還需要充分體現文化和藝術的品質，使空間更具場所感、親和感、地方感和歷史感[5]。

2) 智慧建造。建造過程的智能化有利于提升建造的水平和效率，如將BIM模型輕量化和移動互聯、信息集成整合，可實現項目信息門戶(PIP)[6]。PIP將設計、投資、進度、現場、遠程監控、視頻監控等多個系統整合在一起，對項目進度進行動態的、可視化的風險預測，指導施工管理人員進行有效的資源配置和施工質量管理。通過PIP平臺實現項目信息的集成和高效利用，能夠從根本上提升BIM環境下的項目管理能力，有效降低工程建設中的安全、質量、環境與經濟風險，進而提高項目工程整體管理效益，如：通過BIM+GIS實現領導駕駛艙功能；通過BIM+進度管理實現計劃控制；通過BIM+成本中心實現投資管理；通過BIM+物聯網實現物料溯源；通過BIM+遠程監控實現風險管理；通過BIM+三維激光掃描實現智慧驗收。

2.2 設施設備的智能檢測、智能控制和高效整合

車站(包括車場)都安裝了許多設施設備，各類設備的狀態應能實現自感知、自檢測、自控制，并且可以實現硬件設備的高效整合、設備與管理手段的聯動，如車站出入口卷簾門的控制、進出站閘機的開關和方向控制、標志標牌的智能切換和信息的自動更新、照明系統的自動開關和調節、自動樓扶梯運行方向和速度的控制、空調和通風系統的智能控制等[7]。與人工操作相比，先進的自動化控制系統既可以滿足隨時、隨地、隨需、隨意的設備控制需求，還可以節約可觀的能耗[8]。同時，可從多源數據融合的角度出發，基于海量歷史運營數據的車站客流特征挖掘，結合設施設備可靠性和維護保養規則與要求，在數據驅動的模式下進行車站設施設備的智能化運用決策，實現設施設備管理由被動管理向主動管理、由人工驅動向數據驅動的智能化方向轉變。

2.3 客流狀態的實時監測與預測預警

乘客是車站服務的主要對象，對于客流的流量、流向和密度的實時監測是提升客運服務的關鍵。智慧車站的建設需要融合多種檢測技術(如視頻、紅外、熱敏、Wi-Fi、手機信令、藍牙等)，實現多場景、多維度的客流實時監測，實現各類數據的互聯共享和及時傳遞。客流監測主要包括3個層次：從網絡的宏觀層面上，需要即時掌握網絡內各車站、各趟列車的客流分布情況；從中觀層面，需要即時掌握各個車站的不同出入口、不同換乘方向的客流分布；從微觀層面，需要即時掌握客流在不同區域(如換乘通道、樓扶梯、分方向的站臺)的流量、密度、流動速度以及滯留人數等。同時，通過多種監測技術，還可以還原或預測每位乘客在網絡上的出行軌跡，自動識別乘客個體行為及狀態，實現短時的客流預測和預警評估，為乘客提供個性化出行引導、運營信息推送等服務。另外，還可以從人群聚集、邊界侵入、非法入侵等角度對車站的客流進行安全監測，如實現對敏感或可疑人員的追蹤定位、自動識別運營異常事件和狀態、自動識別能力瓶頸等[9-10]。

2.4 智能決策

通過多源數據進行多層次組合優化融合，結合大數據、云計算、人工智能、交互式探索方式、可視化仿真技術，結合乘客、列車、設施設備、站外交通環境、天氣等狀態監測數據，可以實現乘客精細化出行需求預測、網絡承載能力分析、網絡能力狀態實時評估、車站設施設備與人員智能管理調度，以及聯動預警、應急疏散決策、協同限流決策、列車運行調整決策、信息智能發布、智能導航等[11]。如：通過歷史列車和客流狀態的全息感知，基于處理、分析、計算、試驗和建模等過程，提取出城市空間、交通方式間、軌道交通線路間乘客的出行特征信息；從群體和個體乘客出行時空軌跡大數據中提取出各類出行活動(通勤、通學、生活、游憩)的時空規律信息，結合實時采集的客流狀態，精準預測客流和客流分布、大客流的流向，為網絡列車開行方案和客流組織方案的優化提供支持。

2.5 智能服務

智能服務的目標是提升乘客的出行品質，達到體面與愉悅出行的目的，體現在以下幾個方面。

1) 智能出行規劃。基于出行的一體化規劃，實現跨線路與跨交通方式的一體化出行智能規劃，如實現多種交通方式(如公交、鐵路、長途汽車、航空、共享汽車、共享單車等)的服務信息查詢、出行路徑規劃、周邊信息(如醫院、公廁、銀行、商業設施)查詢等，實現乘客出行的全流程定制化服務。

2) 智能購票與售檢票。基于移動終端、智能卡、人臉識別等新技術，實現車票的電子化和檢票的快速化。

3) 快速安檢。通過研發新的安檢設備，實現不停留、非接觸式安檢，同時實現不同交通方式的安檢一體化。也可以通過設立實名認證(如手機APP實名認證、刷臉認證等)，建立信用制度，實現線上安全認證，免除常旅客的安檢程序。

4) 智能問詢。針對售票和問詢服務，能夠提供智能面部識別、肢體語言識別、表情感知識別、語音識別、智能翻譯的智能客服機器人，以人機互動、人機對話的方式為乘客提供信息咨詢。

5) 站內智能導航。基于多維、多層次的數字地圖，實現站內的自助導航、智能移動終端引導、移動機器人引導服務等功能。

6) 智能巡檢和現場勘測。如實現移動機器人的智能巡檢、突發情況下的現場智能勘測(如火災)等。

7) 工作人員智能布崗。通過實時采集車站工作人員的位置和工作狀態信息，能夠實現人員布崗的智能管理。

8) 站臺候車的智能引導。基于實時采集的列車、站臺的客流信息，可估計不同車廂的擁擠程度，實現站臺候車區域的智能引導。

9) 智能輿情監測。通過捕獲乘客的上網行為和關鍵字等信息，可及時了解地鐵用戶群所關注的輿情熱點和目前的運營狀態，以改進服務質量和提升安全水平。

3 結語

我國各城市地鐵運營方的關注焦點仍然是運營安全、效率和質量，但已從傳統模式轉向與新興技術融合，開始著眼通過各種智能化技術手段提升網絡化運營效率，推動服務向精細化增值服務方向發展，智慧車站正是未來的重點發展方向。但要實現真正意義上的“智慧”，仍然還有很長的路要走，除了打破目前數據互聯互通的壁壘，更重要的是需要重新定義車站的服務功能，洞悉乘客的新需求，從業務流程、管理流程上進行優化，最終達到“將乘客變成顧客，將車站變成社區”的目的。