上海軌道交通智慧車站技術研究與示范應用

文/姜臻祺、張立東、鄧冉然，上海申通地鐵集團有限公司技術中心

智慧車站技術研究的目的，在于更好服務車站運營管理以及為乘客提供更優(yōu)質的服務，在助力車站精細化管理的同時，實現(xiàn)質量效益提升與降本增效目標的有機融合。但并非所有的新型智能技術都適合軌道交通智慧車站應用。智慧車站技術研究和方案選擇需從兩個維度考慮。第一個維度就是車站運營管理的應用需求，這既是智慧車站研究的出發(fā)點，也是智慧車站研究的落腳點；第二個維度是車站管理的效率效益，這是評判、遴選、優(yōu)化智慧車站技術方案的重要依據。只有通過兩個維度的綜合分析評判，才能聚焦真正符合智慧車站應用需求的智能化技術。

上海地鐵在深入調研分析的基礎上，梳理總結出軌道交通車站運營管理的三大需求，即客運管理需求、設備管理需求和人員管理需求。而車站管理效益則可從經濟效益和社會效益兩個方面進行評判，其中經濟效益可細分為資源消耗、設備運維和人員投入等三個方面的費用降低,而社會效益主要側重在公眾出行體驗和乘車滿意度的提升。

矩陣圖中的系數(shù)（A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、D3）分別表示被評價智能技術在滿足特定運營需求的同時基于全生命周期折算的效益指標。其中經濟效益指標可以通過全生命周期的投入產出（降本）分析進行定量計算，社會效益指標可以通過隨機調查訪談和專家評估方式進行定性分析。通過運營需求-管理效益雙維度分析，可以得到相關智能化技術的性價比排序，在確定智慧車站建設內容時優(yōu)先采用性價比更高的智能化技術方案。原則上，全生命周期投入小于全生命周期產出（降本）的技術方案，不宜列入智慧車站的建設范圍。運營需求-管理效益雙維度分析矩陣給出了智慧車站技術研究與方案選擇的方法論，為辨析適用技術、聚焦研究重點、更好發(fā)揮智慧車站建設的示范作用提供基礎條件。

一、智慧車站技術研究內容

上海地鐵在前期運營需求梳理和痛點難點分析的基礎上，基于運營需求-管理效益雙維度分析，逐步聚焦并明確智慧車站技術研究內容，主要包括車站智能運行、設備智能維護、乘車智能引導、人員智能管理和綜合業(yè)務管理可視化等五個方面。

圖1 智慧車站技術研究內容及其關聯(lián)關系

二、車站智能運行

車站智能運行是指在車站狀態(tài)全面感知的基礎上，車站機電設備按照預定模式智能調節(jié)、自動運行，滿足車站運營管理和乘客服務要求。車站智能運行場景包括車站通風空調系統(tǒng)智能運行、智能照明系統(tǒng)節(jié)能運行、智能開關站和智能客運管控等。其中前面三類場景的研究論文較多，不再贅述。

智能客運管控場景服務于車站客運管理人員。系統(tǒng)基于實時客流數(shù)據監(jiān)測和歷史客流數(shù)據分析，預測后續(xù)時段車站客流變化趨勢，并提供設備聯(lián)動控制機制，根據設定的預案調整車站客運組織方案。

（一）設備智能維護

綜合應用推理分析、故障樹分析、大數(shù)據分析、概率統(tǒng)計分析等多種分析手段，構建設備質量評估體系和設備全生命周期管理體系，形成多驅動引擎融合與實時預警的智能設備維護管理系統(tǒng)，有效提升車站對設施設備的管理能力。智能設備維護管理系統(tǒng)還與單兵設備無縫連接和動態(tài)交互，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據、語音和視頻的集成應用與綜合展現(xiàn)，有效提升車站現(xiàn)場設備故障報修和排故能力。

（二）乘車智能引導

乘車智能引導場景旨在為公眾出行提供便利和更加人性化的服務，滿足公眾高質量出行需求。乘車智能引導場景包括兩個方面的內容，即基于位置的信息發(fā)布和基于最佳候車區(qū)域的乘車引導。在車站出入口、站廳、站臺和換乘通道，設置信息顯示屏，并根據信息顯示屏位置發(fā)布對應的車站客運服務分類信息，如車站出入口信息顯示屏主要發(fā)布車站運營服務信息，包括車站運營狀態(tài)、首末班列車時刻、車站客流實況、高峰客流提示及車站限流通知等，而站廳信息顯示屏主要發(fā)布站臺區(qū)域的客流擁擠度。基于站臺實時客流密度數(shù)據，并結合進站列車滿載率和通過歷史客流數(shù)據分析推算得到的本時段進出站客流預測數(shù)據，動態(tài)分析測算本時段最佳候車區(qū)域。以本時段最佳候車區(qū)域計算結果為依據，提供基于位置的最佳乘車路線指示（火災情況下提供應急疏散路線指示）。

（三）人員智能管理

融合應用藍牙、超寬帶UWB等室內定位技術，實現(xiàn)車站人員的精確定位和雙向互動。以室內精確定位技術為基礎，提供車站人員智能管理功能，實現(xiàn)任務派發(fā)、執(zhí)行效果評價和績效考核的數(shù)字化管理；提供站內導航和導盲服務，滿足特殊人群服務需求。

（四）業(yè)務管理可視化

提供綜合管理看板，全景展現(xiàn)車站整體運行態(tài)勢?；跇I(yè)務管理需求，綜合管理看板包括客運管理看板、設備管理看板、人員管理看板等三個板塊，其中設備管理看板還包括能耗管理分板。綜合管理看板以車站業(yè)務管理績效指標為核心內容，輔以儀表盤、圖表曲線和基于SVG的車站全景地圖，為車站業(yè)務綜合管理提供可視化手段。融合應用BIM技術，實現(xiàn)車站空間結構和設施設備狀態(tài)的可視化展現(xiàn)，輔以實時視頻圖像的聯(lián)動，實現(xiàn)智能巡站、設備巡檢等全新的智能場景應用。研制開發(fā)B/S架構的智慧車站系統(tǒng)集成平臺，實現(xiàn)車站狀態(tài)的全面感知、車站數(shù)據的統(tǒng)一管控和車站業(yè)務的一體化管理。

圖3 智慧車站整體運行態(tài)勢感知示意圖

三、智慧車站示范應用效果

上海地鐵以五座車站示范應用為基礎，以運營需求-管理效益雙維度分析為依據，不斷優(yōu)化智慧車站系統(tǒng)設計方案，打造車站智慧應用場景，提升車站運營管理效率和服務水平，取得階段性成果。

（一）全面提升車站客運管理能力

提供智能客運管理功能，在客流高峰和突發(fā)大客流等情況下，能自動啟動相應的處置預案，聯(lián)動相關設備按照預定方式運轉，確保車站客運組織的安全有序和科學合理，降低車站工作人員人工監(jiān)視、判斷和處置的工作量，全面提升車站客運管理的智慧化水平。提供智能乘車引導功能，在豐富乘客服務信息時，實現(xiàn)基于位置的車站信息發(fā)布和乘車引導，全面提升車站服務能力和公眾出行體驗。提供導盲服務，滿足特殊人群出行需求。智能乘車引導功能還為均衡列車各車廂客流、在有限運力下提升線路實際運量發(fā)揮積極作用。

（二）全面提升車站設備管理能力

正常運營模式下，車站各專業(yè)系統(tǒng)按時間表方式自動運行；車站運營場景變化時，系統(tǒng)自動啟動對應的場景聯(lián)動程序，控制相關設備按照預定方式運轉，不僅大幅降低人工操作的工作量，還有效提升突發(fā)事件處置的正確性和及時性，并同步降低車站能耗水平。

智能開關站場景應用后，典型車站開站時間從先前的35分鐘壓縮到8分鐘，不僅極大提升車站運營管理效率，同時也為車站崗位復合創(chuàng)造了條件，并為繁忙的夜間維護施工留出更多時間。設備智能運維技術和三維可視化技術的融合應用，為設備健康監(jiān)測、故障預警和快速修復提供全新的智能化手段，可有效降低車站設備故障率，為車站安全運營提供保障。綜合管理看板的應用，可全面提升車站整體運行態(tài)勢的監(jiān)控能力，為協(xié)助車站管理人員聚焦運營考核指標并快速響應處置提供全面而直觀的手段。

（三）全面提升車站人員管理能力

應用室內定位技術，實現(xiàn)基于位置的車站人員管理，實現(xiàn)任務動態(tài)派發(fā)和信息主動上傳，為車站人員績效考核管理提供科學、定量的評價依據。通過人員績效考評，科學制定崗位復合和管理優(yōu)化方案，有效降低車站運營管理成本，實現(xiàn)將本增效、管理優(yōu)化的目標。

四、智慧車站技術深化研究方向

智慧車站技術研究與經驗積累需要經歷螺旋形上升的發(fā)展過程。智慧車站技術深化研究的方向包括兩個層面，首先是產品技術層面的深化研究，其次是總體方案層面的深化研究。

（一）產品技術層面的深化研究

目前智慧車站技術的研究與應用還處于起步階段，隨著新一代信息技術的不斷發(fā)展，一些目前認為不成熟的技術，將來可能會在智慧車站應用中發(fā)揮重要作用。例如采用智能視頻分析技術檢測乘客行為時，目前的智能分析算法還存在局限性，誤報率較高，實際應用受到限制；但隨著算力的增長和模型算法的進化，智能分析結果的準確率將不斷上升，基于乘客行為分析的應用場景將遠比目前車站應用場景豐富。

（二）總體方案層面的深化研究

事實上，不同車站的客流特征差異顯著。以上海地鐵為例，虹橋火車站、人民廣場等樞紐車站的日均客流超過25萬人次，而望園路、金海湖等部分車站的日均客流不足3000人次，客流數(shù)據差異懸殊。顯然，不同客流特征的車站應該采用不同的智慧車站技術方案。對于客流量較大的樞紐車站，應重點研究客流疏導的智能化解決方案，確保車站運營的安全有序；而對于客流量較小的車站，可考慮無人值守或少人值守的智慧車站解決方案，以進一步挖掘管理潛力、降低運營成本。數(shù)字化轉型和智慧化發(fā)展是軌道交通行業(yè)的發(fā)展方向。車站是軌道交通運營管理的基本單元，智慧車站技術研究是城軌智慧化研究的重要抓手。

智慧車站技術研究與應用應循序漸進，應考慮可持續(xù)發(fā)展，不可盲目冒進。上海地鐵在推進智慧車站技術研究和示范應用的過程中，始終堅持運營需求-管理效益雙維度分析方法，聚焦先進適用技術的研究和融合應用，優(yōu)先選用性價比更高的智能化技術，通過精選智慧應用場景來解決運營管理中的痛點難點問題，實現(xiàn)智慧車站全生命周期投入產出效益的最大化。