淺析鐵路智能旅客車站系統的現狀和發展

葉年發 楊 崗 嚴 瑾 程智源

(1. 中國鐵路經濟規劃研究院有限公司， 北京100038；2.中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031)

近年來隨著云計算、大數據、物聯網、人工智能等新技術的發展，人類社會逐漸邁向技術與產業深度融合的智能化社會，各行各業都開啟了運用高新技術對傳統產業進行改造的進程，催生了智慧機場、智能交通、智慧工廠、智慧物流、智能樓宇等多行業的智能化建設[1]。

鐵路旅客車站作為鐵路與旅客的交互窗口，具有非常重要的地位。隨著新技術的發展和業務優化需求的激增，智能車站的概念應運而生，如何構建智能旅客車站是未來鐵路發展的重要研究課題[2-3]。

目前，國內外對于智能旅客車站都進行了一定的研究和應用，法國鐵路公司通過在大型客運站設置信息服務中心，實現了各信息子系統之間的信息共享，有效提高了生產效率和服務質量[4-5]；德國鐵路公司提出了鐵路4.0規劃，通過APP優化乘客購票、換乘體驗以及故障設施的自動診斷和報警，實現了車站旅客服務與管理系統的一體化管理[6-7]；日本鐵路公司開發了面向旅客服務的車站綜合服務信息系統CyberStation，與新干線運行管理系統和客票發售系統互聯互通，并通過互聯網實時地向旅客提供各類信息服務[8-9]；瑞士聯邦鐵路公司將擴展車站數字服務視為一項重點任務，與谷歌、蘇黎世聯邦理工學院等合作伙伴共同開展車站數字化建設研發工作[10]；我國對于智能車站的研究走在世界前列，目前已基本實現了自助化旅客服務，特別是近期的智能京張、智能京雄等工程，將智能車站的研究引入了新的發展階段，取得了矚目的成就。

綜上所述，鐵路旅客車站智能化發展是大勢所趨，本文將對智能車站的系統構成進行剖析，提出系統架構，并對智能化具體功能進行構想，對智能車站的發展趨勢進行展望，對構建信息系統高度集成、數據信息充分共享、設備設施協同聯動、技術業務深度融合的智能車站研究具有一定的指導意義。

1 智能車站系統構成

智能車站系統采用“一個核心，三大領域”進行架構，即以鐵路智能大腦平臺為核心，采用云計算、物聯網、人工智能、大數據、BIM等新技術，建設各類信息化和智能化系統，以實現建造智能化、設備智能化、運營智能化的目標，滿足勘察、設計、建造、運營、維護全生命周期的智能應用需求。智能客站大腦是鐵路智能大腦的重要組成部分,系統架構如圖1所示。

圖1 智能車站系統架構圖

1.1 鐵路智能大腦平臺

鐵路智能大腦平臺作為鐵路智能車站的核心，提供平臺、數據和計算功能，在此基礎上建設各專業領域的智能應用。鐵路智能大腦平臺統一處理車站各專業的相關數據，為智能建造、智能設備、智能運營等領域的智能應用提供決策支持。

鐵路智能大腦平臺利用中國鐵路主數據中心相關資源，由基礎服務平臺、大數據資源池、智能計算三大部分構成，平臺架構如圖2所示。通過搭建生產組織、安全卡控、應急處置、設備監控、服務旅客五大業務版塊，以“系統智能”為引擎，利用模型化、自動化、智能化的手段對車站運營維護管理業務和服務進行模型構建，實現鐵路旅客車站運營維護可視化、設備管理智能化，保障車站所有設備、設施、系統、人員、作業的高效運轉。

圖2 智能大腦平臺架構圖

1.2 鐵路車站智能建造

通過運用多項技術融合，實現鐵路旅客車站相關專業的勘察設計、建造施工等過程的“智能化”、“信息化”管理，全面提高生產、管理效率。如基于BIM的鐵路車站建設管理系統和智能化輔助施工系統等。

基于BIM的鐵路車站建設管理平臺借助智能大腦平臺所提供的應用服務和全業務數據，實現對旅客車站的勘察、設計、工程進度、質量、安全、投資、環境等建設管理目標的全過程、全要素、全生命周期精細化管控，包括施工工藝工法仿真模擬、工程質量監督反饋、進度推演預警、三維作業指導、材料設備精密診斷、設計仿真分析、設計復核、工程方案選擇等。根據需要選取BIM設計的工程范圍，為施工與運維的信息化管理提供信息載體模型。

智能化輔助施工系統綜合應用新一代智能化技術，通過自動感知、協同互動、自主學習和智能決策等手段，實現施工過程的透明化、可視化、智能化管理，提高施工的精細度、質量、工藝、效率，形成和諧共生的工程建設產業生態環境[11]。

1.3 鐵路車站智能設備

智能設備基于人工智能、大數據以及故障預測與健康管理等技術，可實現車站設備設施全自動、全天候、可預判的自我感知、自我診斷、自我決策、自我適應等自主處理能力，包括智能旅客服務信息系統、智能消防系統、智能建筑設備監控系統等。圍繞客運車站內的設施設備，運用感知與智慧等技術手段，以鐵路技術設備的智慧化為目標，提高對車站安全的分析掌控能力和運營維護效率。

智能旅客服務信息系統使用現代計算機網絡技術對旅客服務設備進行全面智能化集中管控，實現客運廣播、綜合顯示、視頻監控、時鐘等子系統的聯動控制與信息交互，為車站安全、高效的生產運營管理提供自動化手段，通過及時、準確、完整的信息篩選與分析，提高服務質量，降低運營成本。智能消防系統通過物聯網、大數據、云計算等技術，構建包含遠程控制、消防管理、應急處置、安全評估功能的智能消防系統，實現動態感知、精準防控、風險預警、災情處置等功能，有效加強消防設施監管，落實消防職責，預防災害事故。智能建筑設備監控系統主要包含客運專用設備(含電扶梯等)、空調、給排水、照明、動環等各類設備運行狀態的實時監控、自動化運維管理與聯動、設備能耗監控與分析等功能，可有效提高設備壽命、降低設備故障率，便于管理，有效節能。

1.4 鐵路車站智能運營

智能運營包括智能客票系統、智能客站旅客服務與生產管理平臺、站城一體化綜合交通樞紐智能平臺等，通過各種智能運營技術，全方位保障車站高效運營和生產安全，也為旅客舒適出行提供了技術支撐。

智能客票系統通過拓展空鐵聯程票、常旅客優惠票等多種票式，實現全面電子客票、無感進出站檢票等多種手段，增加旅客購票的便捷性，引導旅客智能出行。

智能客站旅客服務與生產管控平臺按照旅客服務、生產組織、安全應急、綠色節能四大板塊，利用鐵路智能大腦平臺提供的軟硬件資源，從鐵路相關系統獲取基礎數據，對數據進行深度挖掘和再利用，實現智能旅客服務、智能生產組織、設備智能管理、風險智能預警等功能，進一步提高智能車站的智能化和集成化水平[12]。智能客站旅客服務與生產管控平臺系統總體架構如圖3所示。

站城一體化綜合交通樞紐智能平臺立足于城市格局，充分考慮城市環境布局、人文場所協調，將鐵路、地鐵、公交、商業區、停車場等各類機構數據信息共享、挖掘、有效融合，更加高效地利用綜合體內的各類資源發布信息，實現運力需求提前預測、運力資源智能調配、需求預測提前感知等功能，實現對綜合體內各類區域作業、人員、設備狀態、室內環境監控的綜合管理，并完成對應急事件的聯動處置，滿足各業務單位運營維護需求，滿足旅客多樣化需求，為旅客提供舒適的出行、購物、休閑環境。同時，使鐵路交通樞紐與城市交通體系結合得更加緊密，為旅客提供更準確的交通數據、更及時的交通路況信息，提高換乘效率。站城一體化綜合交通樞紐智能平臺如圖4所示。

2 智能化功能

基于“一個核心，三大領域”構建的智能車站系統，可從出行服務、生產組織、安全保障三個方面進行智能化建設，本文將介紹旅客車站智能化的主要功能，并通過與現有系統或技術的對比分析，提出車站智能化建設的發展方向。

2.1 智能出行服務

將新技術應用到旅客車站智能出行服務中，實時收集旅客對車站服務的用戶評價、調查反饋等信息，對相關數據進行分析評價，將新技術與旅客的實際需求相結合，優化客運服務流程和服務設施設置方案，從而提高用戶的滿意度。從購票服務、進站服務、檢票乘車、出站換乘、延伸服務等多個方面為旅客提供個性化、人性化的智能出行服務，全面提高旅客的出行體驗。對比目前的旅客出行服務建設標準，智能出行的預期目標如表1所示。

2.2 智能生產組織

將新技術應用到旅客車站的生產組織中，優化生產組織流程和相關設施，采用實時監測、智能運維、工程動態監控、設備全生命周期管理等智能生產組織手段，有效提升生產組織效率，降低運營維護成本。對比目前車站的生產組織建設標準，智能生產組織預期如表2所示。

2.3 智能安全保障

將新技術應用到車站安全保障中，實現數據共享、自動預警、安全疏散和輔助決策，有效保障旅客安全。對比目前車站的安全保障建設標準，智能化建設的預期目標如表3所示。

圖3 智能客站旅客服務與生產管控平臺系統總體架構圖

圖4 站城一體化綜合交通樞紐智能平臺圖

3 發展趨勢

智能車站的發展依托大數據、云技術、物聯網、BIM、人工智能等多種新技術，通過新興技術的綜合應用、集成創新，實現智能車站的整體目標。

3.1 新技術應用

(1)大數據

智能車站系統通過數據挖掘、關聯與分析，對旅客信息、設備狀態進行全方位大數據分析，實現危險預警、輔助決策、設備全生命周期管理等功能，從高效運行、安全可靠、綠色節能等方面建立評價機制，實現智能車站系統的高效運行和科學管理。

(2)人工智能

通過深度學習、邊緣計算等人工智能技術，對車站重點區域的前端設備進行智能化改造，實現基于人臉識別的自助實名制核驗系統、客流趨勢監控、客流分析預警等功能，提供更加智能的候車服務，優化客運組織流程。

(3)物聯網

物聯網基于互聯網以及各種信息傳感器、射頻識別技術、激光掃描裝置和技術等，實現所有能夠被尋址的物理對象互聯互通，實現對車站設備的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。

(4)云平臺

采用虛擬化、分布式存儲、網格等技術，將網絡中的計算資源和存儲資源整合在一起，集合協同工作構成共享存儲資源池，通過構建云平臺數據中心，提供高性能、高可靠、不間斷的數據存儲、數據訪問、數據處理等功能的系統服務。

表1 智能出行技術分析表

表2 智能生產組織技術分析表

表3 智能安全保障技術分析表

(5)BIM

結合 BIM 和地理信息系統(GIS)的優勢，推進旅客車站工程建設過程的三維可視化應用，對項目信息進行高效采集、存儲、傳輸、檢索、處理、計算等，提高項目管理效率。在建設階段，實現對勘察、設計、工程進度、質量、安全、投資、環境等建設管理目標的全過程、全要素精細化管控。在運維階段，實現具有可視化遠程沉浸式特點的運維管理模式。

(6)生物識別

采用圖像及語言處理、視頻智能分析等多種技術，對旅客的指紋、聲音、虹膜、臉形、步態等生物特征進行識別，將識別結果與旅客購票信息、身份信息以及公安部門的黑名單進行對照分析，保障已購票旅客的正常安全出行，并對異常旅客進行追蹤和預警。

3.2 智能車站預期成效

基于以上新技術構建的智能車站系統，通過鐵路智能大腦平臺，對旅客服務、客運管理、設備管理和客站應急指揮等應用進行深度集成，通過數據庫、應用服務、界面和用戶的深度融合，實現旅客便捷出行、自助服務、安全保障、生產組織、綠色節能的全方位智能化。

(1)旅客無障礙便捷出行

通過將新技術與旅客的實際需求相結合，優化客運服務流程和服務設施，從購票服務、進站服務、檢票乘車、出站換乘、延伸服務等多個方面為旅客提供智能出行服務，有效提高旅客出行效率。

(2)人性化無縫自助服務

通過基于AR的站內導航服務系統、智能引導服務機器人、環境舒適度監控、信息咨詢APP、延伸服務等功能，為旅客提供人性化自助服務。

(3)車站安全實時監控

通過對站內環境質量分析、聚集密度分析、異常行為分析等功能，對客站設備進行智能監控，依據客運生產組織需求，實現設備全生命周期管理，對重點區域和設備的安全要素進行監測、分析與預警，做到事先預警、快速處置，有效保障旅客安全。

(4)生產高效組織

通過應用新技術到旅客車站生產組織中，優化生產組織流程和相關設施，實現實時監測、智能運維、工程動態監控等智能生產組織手段，實現業務全流程可視化，有效提升生產組織效率，降低運營維護成本。

(5)全面綠色節能

利用新技術對車站用能進行統計、分析、報警，構建車站智能設備能耗監控與分析系統，為車站耗能管理提供決策依據，實現更精細化的節能管理，有效降低車站的能源消耗，實現全面綠色節能。

4 結論

本文提出了智能車站“一個核心、三大領域”的系統構成，從智能出行服務、智能生產組織、智能安全保障三個方面，對比分析了智能車站的業務功能，進一步研究和探索了智能車站系統的發展趨勢，可為鐵路智能車站系統的建設提供借鑒。