南京地鐵智慧車站建設探索與思考

文/蔡玉萍、方漫然、張亦然，南京地鐵集團有限公司

南京市作為長三角特大城市和江蘇省省會，交通區位優勢明顯，軌道交通已成為城市及都市圈出行的重要方式。南京地鐵2020年底網絡化運營里程為378公里，在建線路里程為206公里，公交分擔率達60%，年總客運量7.9億多人次，在城市經濟社會高質量發展中起著舉足輕重的作用。

進入“十四五”以來，南京地鐵集團站在新的發展起點上，立足新發展階段、貫徹新發展理念、融入新發展格局，乘勢而上開啟了高質量發展新征程。深入貫徹《中國城市軌道交通智慧城軌綱要》，在全面推進智慧城軌建設中，積極探索，勇于實踐，統籌規劃，系統設計，繪制了智慧城軌發展藍圖，在運營、在建及規劃線路中有序開展智慧化建設。尤其是，把體現“以人為本”和《綱要》智慧乘客服務體系的車站作為建設重點，按照“優質服務、便捷出行的窗口，安全高效、綠色節能的平臺，創新發展、踐行智慧的示范”要求全力推進。經過充分調研和醞釀，選取4號線與7號線的換乘站——草場門站為試點，從智慧乘客服務、智慧站務管理和智能設備運維三個維度，打造集成化、多功能智慧車站，實現了出行更便捷、運營更安全、管理更高效。

一、智慧車站研發的主要思路

智慧車站試點工作以實現“站務管理自動化、設備運維智能化、乘客服務自助化”為目標，將云計算、大數據、人工智能、物聯網等先進技術與地鐵業務深度融合，針對車站運營場景進行梳理，圍繞視頻監控、視頻分析、設備系統自主協同控制，形成一體化智慧車站控制系統。試點站建設聚焦于以下幾個方面思路開展研發設計：

1.建設智慧車站運營管理系統，對接多個智慧子系統，增設視頻分析、智能運管、環控策略及大屏可視化等業務，改造典型出入口的卷簾門等機電設備，開發滿足車站輔助運營的智能化場景。

2.智慧車站在車站系統及設備運行狀態的實時監控、車站環境/客流/突發事件的實時感知、車站的自主運行、自助化個性化乘客服務等方面開展重點研究。

3.自動開關站、基于視頻分析的車站自動巡檢以及基于智慧照明燈聯網的定位網絡等技術應用，切實提升車站智能運營管理水平。

4.乘客從進站到出站，可以方便查詢全方位的交通信息服務，精準制訂交通解決方案，利用站內電子地圖導航，可選擇的人工智能服務增多，便利性和科技體驗感增強。

5.站務與運維人員通過智能化推送顯示，能及時掌握車站系統整體運行狀態，發現各類報警信息，可同時處理多個系統問題,應急處理時間縮短，運營壓力減輕，提高運營效率和安全防控能力。

二、智慧車站主要功能

智慧車站總體架構是:“1個平臺+3大模塊+12種功能”。智慧車站在綜合監控系統中增加智能運管系統、智能分析系統，設置統一信息展示和交互的綜合管理平臺。智慧車站主要功能體現在智慧乘客服務、智慧站務管理、智能設備運維三大模塊，包括12種主要功能。

1.智慧乘客服務模塊主要包括站內定位導航、智能語音售票、云購票、智慧安檢四大功能，為乘客提供一個全新的智能乘車體驗車站。

2.智慧站務管理模塊包括車站工況感知、客流狀態感知、智能化場景、車站異常智能識別功能。利用現有綜合監控平臺打通各專業壁壘，接入融合各智能子系統的數據，為運營站務人員提供智能視頻分析、安防集成管理、客流預警、事件告警、信息發布、平臺可視、一鍵開關站等智能化應用。

3.智能設備運維模塊由若干子系統組成，通過一系列智能化創新技術手段實現車站智能化提升，主要包括智慧照明、供電巡檢機器人、電扶梯智能診斷、站列間隙夾人智能監測等。

三、智慧車站特點

（一）車站態勢全息感知

基于數字孿生技術對車站站廳、站臺、出入口、設備房、辦公區等主要區域進行3D建模，構建三維車站模型，實現對各子系統、車站環境、設施設備、人員、客流的狀態全方位感知與集成管理。根據車站不同子系統的重要程度及子系統內關鍵設備是否存在故障計算出全站的運營狀態；對設備在線狀態，列車到站信息，設備實時狀態統計信息（智慧照明、健康扶梯、智能環控等）全面顯示；對出入站客流實時統計，形成車站各區域客流密度熱力圖；顯示車站各區域溫度、濕度、PM10、CO2濃度、車站氣象狀態等，并根據所有環境指標綜合計算出乘客舒適度指標；集成CCTV攝像頭監視，點擊攝像頭實時預覽監控畫面，車站公共區域全覆蓋；匯集車站各專業系統告警及故障信息，并通過AI技術識別與篩選后推送。

（二）智能化場景監控

智慧車站以車站綜合監控系統為基礎，依托于綜合監控車站聯動場景，將BAS、FAS、AFC、PSD、PIS、CCTV、低壓照明等各系統間信息集成、數據共享、協調聯動，提供車站站務的輔助管理，滿足開站/關站管理、運營管理、施工管理、運營應急聯動等智能化運營場景需求。

（三）智能異常場景識別

智慧車站系統借助多類型傳感器，通過一系列人工智能技術，對相關運營數據進行實事監視與分析，并在異常事件（乘客摔倒、扶梯逆行、異常逗留、站臺端門異常開啟等）發生時自動推送報警信息，實現多專業聯動處理，保障運營安全穩定。

四、技術亮點

（一）精準服務的智慧照明疊加地下空間定位導航

南京地鐵智慧照明基于物聯網技術，研發抗擁塞網絡協議，在LED照明的基礎上對燈具增加智能化控制芯片，將燈與燈進行互聯，自動感知客流與環境光線變化，實現低延時、自組織、大規模、無感無級調光控制，適應不同工況下的照明需求，讓能源的使用更加智能高效。該技術于2018年通過住建部“綠色照明科技示范工程”驗收，已推廣到南京地鐵多條線路上應用。此次草場門智慧車站方案中，應用了智慧照明技術，并且借助智慧照明自有的通信技術，在車站內形成一張定位網絡，每一盞燈都是一個定位點，實現了定位導航功能。定位網絡不僅用于對乘客出行導航服務，還用于站內工作人員管理以及車站施工管理，特別是軌行區作業時，對可能阻礙行車的大型工具也可進行定位，防止遺漏在軌行區。

（二）高度集成的智慧車站運營管理平臺

南京智慧車站系統平臺是以既有的綜合監控系統為基礎，新增客流分布、環境監測、扶梯智能監測等系統和設備接口，新增狀態感知、數據管控、自動運行、智能診斷等軟件功能模塊，升級改造搭建的智慧車站運營管理系統。其依托于綜合監控系統、智慧支撐子系統，將物聯網、智能視頻、運營管理、設備維保、客運服務等數據深度融合，通過技術手段進行全面分析、綜合利用，結合車站3D模型，通過數據可視化技術向中心調度、車站運營、客運服務、設備維保等人員提供符合其崗位特點和簡潔高效的管家式車站運營場景，通過建立知識庫，提高車站應急和運維水平，最終實現車站設備管理自動化、檢修智能化、乘客服務自助化。

（三）功能強大的智能巡檢機器人

供電系統智能巡檢機器人的應用，替代人工巡檢，讓運維更智能、高效、安全、經濟。智能巡檢機器人具有自主移動、智能識別、綜合分析的優勢，實現7*24小時不間斷、高頻率巡檢，實時獲取大量數據；利用智能巡檢裝置搭載高清可見光相機，實時獲取設備及環境圖像，結合基于深度學習的圖像識別技術，實現對設備運行狀態的實時、自主獲取；利用智能巡檢裝置搭載局放傳感器，獲取電力柜局部放電數據，結合局放圖譜庫實現對設備局放的實時在線監測；巡檢自動生成報表，并具備報表統計和歷史數據回溯功能，對設備運行狀態趨勢進行分析預判，達到故障預警作用。

五、智慧車站試點效益

草場門智慧車站試點項目于2020年5月啟動，利用全自動無人駕駛7號線建設契機，對老線4號線車站進行升級改造，于2020年底完成建設。智慧車站投入運行后，乘客服務質量明顯提升、運營效率明顯改善、運維成本明顯降低。南京地鐵在全線網16個主所投入33臺巡檢機器人，相對人工巡檢模式，33臺機器人以8年全壽命周期計算，預計節省成本約1450萬元。智慧照明節電率達到75%，全線網目前已投用約1.5萬盞智慧照明，按現行電價，五年可節省電費近500萬元。車站異常智能識別的異常預警實時推送給站務人員，響應時間在1分鐘內，遠快于傳統站務人員通過定時巡檢、翻看攝像頭發現問題的速度。語音購票功能降低了購票操作難度，減少購票時間，經隨機測試，購票時間從30.64秒降低至11.85秒，減少幅度61.3%。智慧安檢減少了乘客排隊等待進站時間，瓶裝液體、管制刀具等違禁物品識別準確率達到95%以上，相對于傳統目視識別，檢出率大幅提升。

“智慧城軌”建設時代，南京地鐵通過融合多種新興技術、匯聚各地多方優勢資源，基本實現了智慧車站試點目標。智慧車站建設仍處于探索和試點階段，對于未來的推廣應用和新線建設，思考如下：

1.智慧車站在特定功能軟件匹配、系統整合數據分析、系統自我學習更新、建設與后期維護之間的差距等方面存在諸多挑戰，只有不斷應用、豐富與完善，智慧車站效能才能實現最大化。

2.智慧車站智慧化系統云架構可與生產管理云有機融合，打通與運維管理平臺、資產管理平臺等不同專業平臺間的數據壁壘，實現數據交互，為設備全生命周期管理和智能運維打下基礎。

3.智慧車建設為軌道交通車站建設和運營提出了新的改革方向，多方位簡化了工作流程，應加強對傳統運營管理業務流程進行再造與優化，建立與智能化水平相適應的運營組織方式，使智慧車站建設實現預期效益。

4.智慧城軌建設需持之以恒推進，作為首個獲得國家發改委批復規劃的跨省都市圈核心城市，南京地鐵今年還向中城軌協會申報了《南京都市圈智慧市域快軌示范工程》，通過智慧賦能推進“軌道上的都市圈”的先行先試，為南京都市圈軌道交通高質量發展做出積極努力。