城市轨道交通智慧车站建设研究

车站是组成城市轨道交通的基本单元，智慧车站是实现城市轨道交通智慧化的基础。文章根据智慧车站总体技术架框和目标定位，用平台+应用的思想对智慧车站系统进行划分，在创新技术基础上提出实施路径，助力城市轨道交通的信息化与智慧化。

01 

智慧车站建设目标

及功能要求

通过对目前国内外智慧车站建设情况和相关文献进行梳理发现，传统车站在智慧化运营方面存在以下不足：乘客服务方面，进站手段单一，无法提前疏导客流，乘客异常行为处置不及时，乘客问询类业务较多；设备管理方面，多数设备以人工控制为主，对设备状态监控数据的智能分析不足，缺少能耗监测系统及节能策略手段；站务管理方面，日常工作以纸质化记录方主，以传统的人工方式排班和下发工单；应急处置方面，车站对各种突发情况的应急处理局限于车站级综合监控联动，没有将设备联动、人员干预、物资使用、当时环境资源利用等手段有机结合，智慧化程度不够。

智慧车站建设将以实现全息感知为基础，借助构建基于建筑信息模型（BIM）技术的3D 车站，通过先进的可视化交互、人机协作、智能建模集成等技术实现以可视化为核心的车站自动智能运行。全息感知是在既有综合监控技术的基础上实现对车站设备、环境、客流、人员等对象群的智能主管感知与发现。智慧车站建设目标及功能要求如图1所示。

图1 智慧车站建设目标及功能要求

1.1 面向乘客服务

升级智慧票务服务，增加语音购票、扫码过闸、刷脸进站等多种方式共享融合的功能，实现移动支付多元化应用；提升智慧交互服务新能力，利用语音识别、室内定位、移动互联网等技术，引入无人客服中心，为乘客提供精准、实时、定制化的服务信息，实现自助服务人性化；优化车站环境和服务设施，利用灯光控制、传感器、环境监测、红外感应等技术，推广智慧照明、智慧温湿度管控、智慧卫生间、智能乘客信息系统（PIS）屏等智能设备，为乘客提供更优质的出行体验；提升车站在大客流时期的通行能力，利用图像识别、生物特征识别、大数据平台、太赫兹人体安检等技术，引入智能安检机、安检票务一体机、安检绿色通道等，试点安检判图智能化、乘客识别精准化、安检体验无感化的出行模式；打造“地铁+ 生活”的综合性服务平台“地铁APP”，提供运营信息查询、站内精准导航、周边商业资讯、公交接驳导乘等多样化服务，实现信息获取及时、丰富，提升数字地铁时代便捷、高效、人性化乘车服务能力。

1.2 面向设备管理

在既有设备基础上，增加温湿度环境传感器等硬件设备，设计具有客流密度分析、环境监测、视频分析等功能的系统，最终实现对站台屏蔽门、闸机、售票机、电扶梯、机电设备、环控设备、门禁、PIS/公共广播（PA）设备、视频监控系统（CCTV）设备的运行数据采集，通过设备健康诊断模型进行健康评价，同时实现系统告警及故障信息实时显示；通过使用客流监测系统实现客流密度热力图，实时掌握车站各区域内客流情况；使用大客流预测模型预测和感知大客流事件；通过火灾探测系统、视频智能分析技术探测和发现火灾事件；通过环境监测系统结合视频智能分析技术，实现对地铁其他应急突发事件的感知，如爆炸、人员异常行为、设备严重故障等。通过全息感知的方式对车站运行状态进行监控，及时发现车站在运行过程中的潜在隐患；利用3D可视化技术在一体化网页中展示对车站关键设备的数据监测情况，帮助运维人员实时准确了解车站运行状态。基于BIM技术的智慧车站3D可视化不仅可以展示站台、站厅等区域的设备、仪表以及建筑等，同时还可显示设备基本信息和当前车站的客流、环境情况，以及当前设备转台及是否发生告警等信息。以管控平台为基础、综合监控与车站场景的联动技术可以实现车站过程化管控与管理业务的自动化、高效化。车站自主 运行包括一键开/关站、智能环境动态调控、运营场景应急联动，以及通过定位技术、视频智能分析技术实现智能安防系统的电子围栏、视觉监护、行为轨迹回放功能。一键开/关站的特点就是自主化运行，是整个车站自主化的关键部分，包括自主检测设备状态、人工视频确认、开/关站操作执行、保存历史等4个部分，通过智能手段和人工确认相结合的方式保证开/关站的可靠性和安全性。

1.3 面向安全应急处理

智慧车站的应急处理应用智能传感、视频智能分析、智能辅助决策、BIM仿真可视化等技术，通过对各类运营场景下车站运行大数据进行深度分析与挖掘，实现对应急事件的快速感知与智能判断、应急指令的主动推送、应急处置的高效联动和应急处置的评估优化，形成面向车站的运行管理与应急处置的智能化辅助决策。通过高清视频采集和智能视频分析技术实现车站各区域的客流统计，根据大客流模型研判大客流事件，通过智能传感器、环境探测器结合综合监控系统实现火灾、空气质量劣化等状态监测，实现快速实时的应急事件感知。在应急事件快速感知的基础上，通过监测指标阈值设置和应急联动功能，智能检索和推送应急预案，自动调取和展示应急事件现场视频、数据以及应急预案启动的依据。

应急预案的启动触发人员应急任务管理与设备联动，相应岗位人员接收应急任务进行处置，相应应急设备如电扶梯、闸机、卷帘门等联动开启，相应的信息自动发布设备（如广播、PIS）进行应急播报。基于BIM技术的3D车站应急管理能够实现对应急处置环节的监测与过程管控。通过对应急事件的在线回放与数据分析，实现从事件感知、事件判断、预案启动、应急处置全流程可视化的效果评估，完成应急预案、应急处置的调整、优化。

1.4 面向车站智能站务

智能站务系统包含车站人员管理系统、资产管理系统、维修维护系统、施工管理系统等子系统。车站站务管理系统以车站为单位汇总设备信息、工单信息、施工计划等信息，通过智慧车站管控平台及时、全面的掌握车站设备及施工进展情况。线网运维中心、站务人员通过线网运维管理中心系统（OMC）基本实现智能站务的主要功能，包括车站设备运行管理、故障报修、维修计划管理、施工监管等。

针对传统车站在智慧化运营方面存在的不足，智慧车站系统通过设备感知层、网络层、数据融合层和应用层将既有业务和新功能融合，形成智慧指挥、智慧运营、智慧运维、智慧能源和无人客服的多模块智慧车站系统，提升车站智慧化水平，达到节能、减员、增效的效果，提高管理和服务水平。智慧车站系统总体技术框架如图2所示，智慧车站的总体定位为一个核心、八个统一和可视可控可学习。

图2 智慧车站总体技术框架

（1）一个核心。 智慧车站管控平台是智慧车站系统的核心，是资源共用、数据共享、业务联动、协同指挥的基础，实现智慧指挥、智慧运营、智慧运维、智慧站务、智慧能源和无人客服六类应用。

（2）八个统一。 统一调配底层的软件硬件资源信息，统一采集数据并共享，统一管理全站用户，统一系统登录入口，统一操作系统界面，统一规划数据接口，统一内外服务终端，统一指挥人员设备。物联网数据采集平台感知的数据经过生产服务网、对外服务网和管理服务网的传输，基于城轨云脑平台中微服务、分布式服务、中间件等技术中台，实现大数据服务、人工智能服务（AI服务）、决策支持服务和BIM+地理信息（GIS）服务。

（3）可视可控可学习。 建立服务乘客、协同生产且可自主学习的模型，通过摄像头、传感器等设备实时感知车站内所有元件的状态，在状态异常时能及时预警并根据建立的模型自动生成辅助决策指令，确保车站各要素在智慧车站管控平台能够科学的可视可控，保证车站高效运转。

3.1 基于数字孪生技术的车站多元生产要素数字模型及可视化技术

首次在既有运营线路实现基于数字孪生技术的车站多元生产要素数字模型及可视化技术，建立车站人员、设备、设施、建筑、环境等生产要素3D模型（图3），实现对车站设备在运营阶段的故障预测和联动控制。

图3 智慧车站数字模型及可视化

3.2 车站生产要素的多源信息融合技术

首次基于数字模型创建适应于车站生产要素融合的平台，采用BIM、物联网和大数据技术，建立融合无人客服、智慧信息、客流监测与预警、智能安防、智能站务等各模块信息的多源信息融合处理框架（图4），形成集数据采集、数据传输、数据处理、数据清洗为一体的多专业、多结构的全面信息融合体系。

图4 多源信息融合处理框架

3.3 车站数字可视化联动控制机理研究技术

首次实现“人员-设备设施-环境”等在时域空间的客流预测与推演，基于多智能体协同控制技术，实现客流、设备、供电、视频及其他专业之间的数据实时交互、数据和设备的协同联动控制（图5），实现车站作业自动化、管理信息化、乘客服务自主化、信息发布多样化以及设备管理精细化。

图5 数字可视化联动控制

智慧车站建设是一个长期、复杂的系统工程，不是一蹴而就的，因此应树立长远的发展观念，除顶层设计和功能规划外，关键科学问题、评价体系等仍需进一步合理规划研究，有序推进，稳步实施。智慧车站建设实施路径主要分以下4步。

4.1 试点应用

根据已建成的智慧车站建设经验，需要“数据-信息-知识-决策”的数据进化链作为保障，不适合大面积推广应用，建议先选择客流相对较大的换乘车站进行试点应用。智慧车站建设主要在于感知层、执行层新增设备接口改造和调试以及平台层软件开发，建设周期最长约8个月，短则3～4个月。

4.2 新建线路的应用

智慧车站可以结合新建线路的车站建设契机，通过融合多种新兴技术、汇聚各地多方优势资源，基本实现智慧车站试点目标。通过系统云架构与生产管理云有机融合的方式，实现运维管理平台、资产管理平台等不同系统的数据交互，奠定全生命周期管理和智能运维的基础。

4.3 既有车站的智慧化改造

智慧车站建设为城市轨道交通车站建设和运营提出新的改革方向，可多方位简化工作流程。既有车站的智慧化改造应加强对车站传统运营管理业务流程的改造优化，建立与智能化水平相适应的运营组织方式，使智慧车站建设实现预期效益。

4.4 推广应用

智慧车站建设从新的方向提出城市轨道交通车站的建设和运营目标，通过智慧赋能推进“轨道上的都市圈”的先行先试，并结合《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》和地方政策的推行，为城市轨道交通高质量发展做出积极努力。

近年来，随着以云计算、大数据、人工智能为首的新兴信息技术的迅猛发展，智慧车站逐渐在整个城市轨道交通行业得到推广应用。智慧车站的建设是智慧城轨建设中最具有代表性的项目之一。本文在分析国内外城市轨道交通智慧车站发展现状的基础上，根据智慧车站总体技术架框和目标定位，用平台+ 应用的思想对智慧车站系统进行划分，在创新技术基础上提出实施路径，从理论依据和研究思路的角度，助力城市轨道交通的信息化与智慧化。