地鐵智慧車站運營管理系統的設計與應用研究

蔡一磊，李佑文，褚紅健

（南京國電南自軌道交通工程有限公司，江蘇 南京 210032）

0 引言

城市軌道交通作為城市脈絡的重大基礎設施，承載著城市公共交通運輸的巨大運力。隨著互聯網、大數據等技術的進一步發展，地鐵運營單位對城市軌道交通運營管理、設備維護、安全保障的提升有著迫切的需求，因此引入智能化技術提高城市軌道運營管理水平迫在眉睫。智慧車站運營管理系統的核心是基于工業物聯網的發展，將先進的態勢感知、數據挖掘等技術有效集成，以一種更加智慧的方法來改變現有軌道交通的運營和管理方式，實現智能化的服務、網絡化的協同、立體化的安全預警，切實提升服務質量、提升運維效率、保障運營安全[1]。

1 智能運管系統架構設計

智能運管系統既可以獨立成系統，也可以作為綜合監控系統的一個子系統。智能運管系統既可以利用綜合監控的骨干網，也可以使用單獨的通信網作為其傳輸通道，車站的智能運管系統在車站與ISCS站級服務器進行交互。系統包含眾多軟硬件基礎設施，既支持單站部署，也支持線路級部署，在硬件架構上可以分成中心層和車站層[2]。智能運管線路在中心層設置多臺服務器，服務器集群采用云平臺方案進行部署，搭建數據中臺、IOT集成平臺和AI能力平臺，并構建微服務數據平臺；在車站層，智能運管系統在每個車站內進行本站視頻分析、各子系統的接入和數據采集，并通過Kafka總線完成與中心的交互。

智慧車站功能在既有綜合監控系統的基礎上新增客流分布、環境監測、扶梯遠程監控等系統和設備的接口，新增的狀態感知、數據管控、自動運行、智能診斷等軟件功能模塊，充分考慮全自動運行線路的車站運營管理要求，通過最新的智能分析技術應用和系統集成創新而形成，其系統架構包含如下幾個部分：（1）設備感知層。各子系統擁有的原始設備數據是ISCS和智能運管系統的數據源頭。包括PIS、PA、CCTV、AFC、電梯、照明、屏蔽門等系統及設備。 （2）數據采集層。專門用于數據采集和協議轉換，主要由前端處理器和各類接口模塊構成。通過數據采集、協議轉換、數據隔離等功能實現與相關系統的數據通信。（3）分析處理層。對業務數據進行數據建模，將采集的數據進行實時計算和數據處理，按要求存入歷史數據庫中進行歷史分析和數據挖掘，并在數據的基礎上利用微服務組件搭建微服務平臺，為服務層提供各類技術支撐。（4）服務層。根據業務規則，實現應用系統與業務數據的交互，利用微服務組件開發適用于上層業務的服務體系，服務層接受用戶應用層請求的數據，與數據分析處理層進行交互后返回處理結果。同時，服務層還能接受應用層的控制命令，并通過微服務組件發送至設備層。（5）應用層。應用層主要包含智慧車站運行與管理應用，以及面向乘客的服務應用，包括站務場景管理、工況可視化、智能視頻分析、應急預案管理、重要設備管理和人員管理等，用戶可通過應用對傳感器和設備進行控制、聯動等操作。

2 智慧車站應用業務研究

通過大數據、人工智能等技術手段進行全面分析、綜合利用，結合車站三維模型通過數據可視化技術向中心調度、車站運營、客運服務、設備維保等各級工班人員提供符合其崗位特點和要求的、簡潔高效的可視化管家式車站運營場景。場景化運營應包括車站運行模式（大客流/普通客流）自動切換、自動開關站、設備全自動控制、全自動巡檢及故障率統計分析等智能化功能，以實現車站設備管理自動化、檢修智能化、乘客服務自助化。

2.1 智慧車站場景輔助管理

在綜合監控場景聯動功能的基礎上，梳理傳統y由人員處理的運維流程，利用智能化手段進行優化，實現自動或半自動的處理方式。針對不同的站務場景，設計電子應急預案、應急處置及輔助決策的流程，以信息化的手段進行輔助，使站務場景在流程上形成閉環。典型的如智能開、關站、高/低峰場景等，場景設計流程如下所示：

（1）自動開站場景。開站準備—設備檢查—視頻巡檢—開啟站內設備（BAS、AFC、站臺門、電扶梯、PIS、PA等）—出入口開啟—開站完成。（2）自動關站場景。關站準備—設備檢查—視頻巡檢—出入口關閉—關閉站內設備—關站完成。（3）車站巡視。車站巡視啟動—按預定路線、時間巡視車站—順序切換顯示巡視路線視頻信息—巡視結束。（4）客流監測與疏導。客流分布、密度檢測分析—客流疏導啟動—啟動高峰運營模式（自動或人工觸發PA、PIS疏導信息—客流疏導完成）。（5）排班布崗。基礎信息管理—布崗管理—排班管理—崗位巡檢（人員定位）—交接班管理。

2.2 視頻智能分析

視頻智能分析功能通過后臺對各路視頻數據進行24小時實時分析和監視，為業主提供不同場景的應用。在車站人力無法兼顧的情況，系統自動代替人眼分析出重要、異常的信息數據并進行告警，如大客流事件、扶梯逆行事件等。視頻智能分析模塊的具體功能包括：扶梯口擁堵分析、旅客摔倒分析、站臺客流密度分析、目標檢測、一鍵巡站功能、自動扶梯運行狀態分析、智能語音播報、異常事件實時提示、智能摘要、智能提示、視頻檢索。

地鐵站內視頻分析系統需要接入監控視頻數據，使用機器學習的方法對視頻進行綜合分析，實現對站內客流、站內設備、站內異常事件等維度的信息獲取，并基于視頻分析結果，實現輔助地鐵運營的有效應用。

2.3 三維輔助監視

三維輔助監視功能是以ISCS系統監視數據為基礎，根據已采集的監視數據并結合虛擬三維展示場景，對當前地鐵站點內部環境的情況和列車運行的實際狀態進行三維模擬，為用戶提供逼真的虛擬場景，從而使運營人員可以擺脫實際場景中繁雜的干擾因素，直觀的觀測到整個車站和列車的運行情況。三維輔助監視功能分為車站三維輔助監視功能、列車三維輔助監視功能，結合全線當前運行情況分別對車站情況、列車狀態進行輔助監視。

對車站進行三維輔助監視，對車站進行三維建模，實現車站工況的可視化顯示。在三維模型上，體現扶梯、電梯、CCTV、閘機、出入口、公共區溫濕度以及疏散線路等運營管理中重點關注的信息，向車站運營、客運服務等各級崗位人員提供個性化、場景化的操作界面。

2.4 車站預案決策輔助

車站預案決策輔助圍繞應急管理處置的建設目標，結合日常應急值守、應急預案管理、預案演練和資源管理的應急預防與準備，以及有突發事件時的突發事件應急數字化處置及善后恢復，覆蓋運營應急綜合管理的功能需求。

應急處置及決策支持系統功能主要包括數字化預案的制定和管理、應急資源管理、應急事件數字化處置、應急事件一鍵式聯動、綜合預測預警、信息組團、應急處置、應急地理信息應用、歷史事件處置總結評估等功能模塊。系統實現了高效、快捷、可擴展、易維護的應急數字化處置平臺，為線路運營決策提供全方位支持，充分發揮全網整體運營效益，提高網絡化運營管理水平和服務水平。

2.5 能管及環控策略輔助

能源管理業務是在實時監測及分析的基礎上，不僅實現電能質量評估、綜合性能分析等綜合優化評價功能，具備數據采集、數據召喚、監測數據顯示、數據統計、報表等功能，還可以基于國家和行業標準建立標準的車站能耗指標，對比分析并發現異常能耗，結合環控輔助系統進行優化。環控策略系統與綜合監控尤其是BAS子系統進行數據交互針對地鐵車站空調系統進行設計，通過環控策略算法對設備運行狀態進行調優，應用場景為空調季的地鐵環控設備的自動優化控制。針對風系統可控設備，環控策略系統在不影響BAS系統整體功能的情況下，對風水系統設備的運行參數進行計算并將優化參數發送至BAS系統給出優化策略供參考。

3 結語

本文從智慧車站的需求出發，分析了智慧車站的內涵和特征，還從智能運管系統的架構設計及業務應用等方面詳細介紹了智慧車站的實踐方法。未來的地鐵運營與服務，將從實現多源數據采集與自由流轉的數字化、逐漸升級到數據價值流動的智能化升級路線，最終實現新技術、新生態合作共筑下的業務智能聯動、資源智慧匹配[3]。