高鐵車站客運計劃數據在照明節能方面的應用

摘? 要：為了降低高鐵車站的照明能耗，減少大量無效照明帶來的能源浪費，在調研并分析車站既有的客運計劃數據特點的基礎上，提出了基于客運計劃數據拓展應用的車站照明節能系統設計方案。通過車站實時的客運計劃和相關區域的照明計劃形成聯動機制，實現對照明設備“車來燈亮、車走燈滅”的智能化控制。經在某城市試點高鐵車站驗證，其結果達到了降低照明能耗，節能減排，減少鐵路運營成本的目的，取得了滿意的效果，可以在國內加以推廣應用。

關鍵詞：客運計劃；列車照明計劃；區域模式規則；設備照明計劃

中圖分類號：TP315? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）08-0193-03

Abstract： In order to reduce the lighting energy consumption of high-speed railway stations and reduce the energy waste caused by large amount of invalid lighting， based on the investigation and analysis of the characteristics of the existing passenger transport plan data of the station， a design scheme of the station lighting and energy saving system based on the expanded application of the passenger transport plan data is proposed. The linkage mechanism is formed through the real-time passenger transport plan of the station and the lighting plan of the relevant areas to realize the intelligent control of the lighting equipment “the lights turn on when the trains come and the lights turn off when the trains leave”. Through the verification of a pilot high-speed railway station in a city， the results achieve the goal of reducing lighting energy consumption， energy saving and emission reduction， and reducing railway operating costs. It achieves satisfactory results， which can be promoted and applied in China.

Keywords： passenger transport plan; train lighting plan; regional mode rule; equipment lighting plan

0? 引? 言

國家鐵路局關于印發《“十四五”鐵路科技創新規劃》的通知中明確了綠色低碳的要求[1]。通知要求貫徹落實國家碳達峰碳中和部署，充分發揮鐵路綠色發展優勢，把綠色科技貫穿鐵路技術裝備、工程建造、生產運營全過程，著力降低鐵路綜合能耗方面關鍵技術的研發與應用，打造更高水平綠色生態鐵路[2]?；疖囌臼且粋€旅客人流密集的場所，需要照明設備多，每天耗電量大，成為車站的主要能耗部分，因此降低車站照明能耗契合建設綠色生態鐵路的規劃要求，本文將著重介紹如何通過技術手段實現車站照明能耗的降低。

1? 系統的實用性及先進性

目前國內大部分車站內照明管理主要依賴人工控制或時間表控制的方式，人工控制是通過工作人員手動控制車站某場區照明設備的接通與斷開，該方式工作量大，任務煩瑣，缺乏遠程控制手段[3]。傳統人工控制方式造成這些區域在列車開走或旅客離站的情況下依然燈火通明，產生大量無效照明，增加了鐵路運營成本[4，5]。因此，設計出一種根據車站列車客運計劃信息，按照“車來燈亮、車走燈滅”的總體應用邏輯對照明設備進行自動控制的智能照明系統。對于實現能源的高效利用，避免無效光照，減少操作人員的工作量，建設綠色低碳鐵路有著極其重要的意義，其相關理念及技術實現具有實用性、創新性和先進性。

2? 系統的基本架構

如圖1所示，本系統軟件主要由四部分組成：基礎設施、數據層、業務服務層和業務應用層四部分組成，其具體功能如下：

基礎設施層：由系統軟件、服務器、存儲體系和計算機網絡構成，主要為系統的運行提供硬件支撐；

數據層：由旅服客運計劃數據，照明設備及照明規則類數據，區域類數據（如：站臺、候車廳、進站通道、出站廳等），控制類數據構成，主要為系統的運行提供基礎的數據支撐；

業務服務層：它是系統運行的核心，提供了支撐系統正常運行的各項業務邏輯運算，如區域的對應及轉換，根據列車客運計劃及有車時間規則生成列車照明計劃，根據列車客運計劃的變更及時調整相關照明計劃，根據列車照明計劃結合區域模式規則生成設備照明計劃，報表所需數據的整合統計，然后以服務的形式提供給業務應用層調用。

業務應用層：提供瀏覽器B/S接入方式，此外還包含提供業務應用操作界面的各項框架構成，提供友好的人機交互界面。

3? 業務流程

首先，系統通過輪巡的方式從外部既有系統獲取本車站的客運計劃數據，然后與上次輪巡獲取的客運計劃數據進行比對，若比對結果數據一致，則流程不向下進行，等待下一個輪巡周期；若比對結果數據不一致，則引起已經生成的照明相關計劃的變更，同時把當次取得的客運計劃數據緩存下來（系統首次運行時沒有上次緩存的數據，這時把當次取得的客運計劃作為基礎去生成照明相關的計劃）。照明相關的計劃生成分為兩步，第一步先根據變更的客運計劃數據和有車時間規則生成列車照明計劃，即因為列車到發本站從而影響照明的時間區間；第二步是根據列車照明計劃和照明模式及區域模式規則生成設備照明計劃，即具體到照明回路開關時間的計劃，照明控制程序可以根據該計劃直接生成回路的控制命令從而實現對照明回路的控制。車站照明節能系統業務流程如圖2所示。

4? 系統主要設計思想

4.1? 實時獲取客運計劃數據

車站的智能照明計劃離不開列車實時的客運計劃，需要獲取的列車的詳細信息，如：車次名稱、到點時間、發點時間、列車類型、列車?？款愋?、檢票口、候車廳、站臺、出站口等列車的客運信息。同時需要系統能夠運算出客運計劃的變更，如檢票口變更、站臺變更、頻繁的到發點的變更，根據變更的客運計劃數據去生成或調整相關的照明計劃，避免相關照明計劃與列車的實際到發出現脫節現象，導致照明系統出現和當前車站業務不匹配的問題，影響旅客的出行。

根據實際的照明控制需求，業務的實時性要求達到分鐘級別即可，因此可以設計采取每隔一分鐘輪巡的方式獲取外部系統的客運計劃數據。獲取客運計劃數據后，需要進行區域的對應轉換，比如，外部系統的站臺是邏輯站臺，即“二站臺”和“三站臺”在外部系統中是不同的站臺，在本系統中一個物理站臺才能作為一個站臺，即外部系統的“二站臺”和“三站臺”兩個不同的站臺對應本系統的一個站臺“二、三站臺”，這是由不同的業務系統針對車次到發所影響的設備范圍不同，以及設備在物理空間上布置方式不同所決定的。

4.2? 列車照明計劃的生成

有車時間規則即根據區域類型的不同（如站臺、候車廳、進站通道、出站通道，出站廳等），列車類型的不同（如高速、動車、直特、特快、普快、普客、市郊、混合、準高等），列車停靠類型（始發、途徑、終到）的不同，設置照明設備的開關相對時間，設置相對時間必須選定一個基準時間，基準時間可以根據不同的列車類型和?？款愋瓦x擇到點、發點、開檢時間、停檢時間等。比如區域類型選定“站臺”，列車類型選定“動車”，基準時間選定“到點”，開燈相對時間設定一個數值為“-5”，則表示站臺上的照明設備在動車到本站之前5分鐘開啟。

根據上述的有車時間規則，結合實時獲取的客運計劃數據，即可以生成列車照明計劃。因為從外部系統獲取的客運計劃，確定了車次，車次類型，?？款愋?，所影響的具體區域及區域類型，而且車次到點、發點、開檢時間、停檢時間都是絕對時間，從而可以算出某車次影響某具體區域的照明時間區間，即在某區域開燈時間和關燈時間。

4.3? 設備照明計劃的生成

列車照明計劃解決了列車影響某區域的開關燈時間，但是開關哪些具體的回路設備尚沒有確定，同時，有些區域的照明設備的開關和車次的到發沒有關系，比如候車廳的照明回路設備的開關不關心車次的到發，夜晚某一時段全開，某一時段開一部分，白天只開一部分，而且只開一部分的情況時，為了照明設備的使用均衡而進行部分輪流使用，這就需要考慮這些需求的情況下進一步生成設備照明計劃，即具體到每一回路設備的開關燈計劃。

首先定義照明模式，比如針對和列車到發有關系的每個站臺，可以定義夜間有車模式、夜間無車南側半開模式、夜間無車北側半開模式、白天模式等；針對和列車的到發沒有關系的候車廳，可以定義白天模式、前半夜模式、后半夜模式等，這些應該根據具體車站的實際需求定義。然后把區域和照明模式以及該模式對應的照明回路設備關聯起來，從而形成的照明模式定義如：一站臺夜晚有車模式下影響回路一、回路二、回路三、回路四；一站臺夜間無車南側半開模式下影響回路一、回路二；一站臺夜間無車北側半開模式下影響回路三、回路四。

其次，建立區域模式規則，主要設定某區域在不同的時間段被不同的照明模式所影響，比如，一站臺在“18：00—23：59”時間段采用“夜間有車”模式，在“00：00—06：00”時間段采用“夜間無車南側半開”“夜間無車北側半開”兩種模式，即這兩種模式在夜間無車時隔天交替均衡使用。同時需要明確該條規則和車次的到發有沒有關系，若沒有關系，則生成設備照明計劃時不需要考慮列車照明計劃。如候車廳在“18：00—06：00”時間段采用“夜間”模式，在“06：01—15：59”時間段采用“白天”模式，當然為了照明設備的均衡使用，也可以設置更多模式，不同的模式對應不同回路設備，同一時間段對應多個模式，當同一時間段對應多個模式時，則每天依次輪流使用不同的模式，即實現照明設備的均衡使用。

生成設備照明計劃時，首先根據區域模式規則判斷該條規則是否和列車到發有關，若無關，則看其所應用的照明模式，若有多個模式，可以采用當前日期與某日期的間隔天數取模的方式確定使用哪個照明模式，如：某條區域模式規則使用3個不同模式，當前日期為2022年10月11日，則與1970年01月01日的間隔天數為19 276天，對3取模值為1，則當天該區域采用第二個照明模式。若區域模式規則和列車的到發有關，則用到前述已生成的列車照明計劃，列車照明計劃確定了列車影響某區域的照明時間區間，根據區域模式規則得到該區域采用的照明模式，就可以得到該區域某時間段采用的照明模式，照明模式與回路設備已經建立關系，就可以得到該區域某時間段哪些回路設備要處于開啟狀態。

最后，需要對生成的設備照明計劃進行優化調整，如某站臺車次到發頻繁，會導致該區域照明設備的頻繁開啟和關閉，會增加照明設備的損壞概率，降低設備的使用壽命，因此需要對過于頻繁的模式切換進行優化調整。比如間隔時間5分鐘以內的多條設備照明計劃，若都采用了“夜間有車”照明模式，則把多條設備照明計劃合并為一條，其時間區間采用該多條計劃的最小時間和最大時間，最終生成的設備照明計劃數據結構如圖3所示。

4.4? 設備照明計劃的執行

車站一般在運行過程中，基本上按上述生成的設備照明計劃進行車站照明設備的控制，如果出現臨時任務，那么就需要進行手動和自動的切換 。如果當前區域的計劃是自動計劃，則需要停止該區域的自動照明計劃，通過手動的方式發送手動命令。如果當前區域為手動計劃，則不需要停止該區域的自動照明計劃，直接發送手動命令，反之亦然。

不管手動計劃命令還是自動計劃，他們對控制終端來說，都是命令的形式，在現場實際環境中，好多照明設備的控制器都是在一個模塊上，需要對照明設備發送指令時候，不能影響其他無關照明設備的開關。同時在發送命令時要注意不能重復持續對某一個設備發送同樣的指令，否則容易造成設備損壞。

作為車站照明節能系統的使用人員不僅僅需要車站照明設備能夠按照系統的要求執行設備的開關命令，而且需要能夠實時看到所管轄車站照明設備運轉情況，當前的照明設備是否按照自動或者手動的方式執行了開關命令，如果沒有按照計劃進行開關，則需要人員立即進行手動干預，在獲取現場照明設備狀態時不能影響正常的照明計劃指令對照明設備的控制，這就要求終端控制器具有雙向通信功能，即一方面接收控制指令對照明設備進行控制，另一方面把設備的狀態上傳上層照明系統。

5? 結? 論

本文介紹了高鐵車站既有客運計劃數據所具有的特點，通過充分挖掘和利用其蘊含的業務規律，從而轉化為車站節能方面的應用。其實現途徑就是根據從外部系統獲取的客運計劃，結合設定的有車時間規則，區域模式規則，從而生成照明相關的計劃，通過對照明計劃的執行達到相關區域“車來燈亮，車走燈滅”的節能效果，通過對車站既有數據進行拓展應用的探索，從節能的角度體現了“數據即是能源”的理念。

參考文獻：

[1] 姚劍，史天運，端嘉盈.鐵路客站站臺照明節能控制策略研究 [J].鐵道運輸與經濟，2022，44（8）：58-64+90.

[2] 廖美.高速鐵路大型客站照明系統的節能研究 [D].武漢：華中科技大學，2011.

[3] 程清波，沈海燕，劉家濤，等.基于信息物理融合系統的鐵路客站智能照明系統 [J].照明工程學報，2020，31（3）：50-53.

[4] 魏際洪.既有鐵路車站旅服系統集成技術研究 [D].北京：中國鐵道科學研究院，2016.

[5] 謝甲旭.高速鐵路客運站旅客服務系統技術研究 [D].北京：中國鐵道科學研究院，2013.

作者簡介：馬一人（1981.11—），男，漢族，河南淮陽人，中級工程師，本科，研究方向：計算機及應用。