高鐵車站客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)在照明節(jié)能方面的應(yīng)用

摘? 要：為了降低高鐵車站的照明能耗，減少大量無(wú)效照明帶來(lái)的能源浪費(fèi)，在調(diào)研并分析車站既有的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了基于客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)拓展應(yīng)用的車站照明節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。通過(guò)車站實(shí)時(shí)的客運(yùn)計(jì)劃和相關(guān)區(qū)域的照明計(jì)劃形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備“車來(lái)燈亮、車走燈滅”的智能化控制。經(jīng)在某城市試點(diǎn)高鐵車站驗(yàn)證，其結(jié)果達(dá)到了降低照明能耗，節(jié)能減排，減少鐵路運(yùn)營(yíng)成本的目的，取得了滿意的效果，可以在國(guó)內(nèi)加以推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)計(jì)劃；列車照明計(jì)劃；區(qū)域模式規(guī)則；設(shè)備照明計(jì)劃

中圖分類號(hào)：TP315? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：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(guó)家鐵路局關(guān)于印發(fā)《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新規(guī)劃》的通知中明確了綠色低碳的要求[1]。通知要求貫徹落實(shí)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和部署，充分發(fā)揮鐵路綠色發(fā)展優(yōu)勢(shì)，把綠色科技貫穿鐵路技術(shù)裝備、工程建造、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)全過(guò)程，著力降低鐵路綜合能耗方面關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，打造更高水平綠色生態(tài)鐵路[2]?；疖囌臼且粋€(gè)旅客人流密集的場(chǎng)所，需要照明設(shè)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(shè)綠色生態(tài)鐵路的規(guī)劃要求，本文將著重介紹如何通過(guò)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)車站照明能耗的降低。

1? 系統(tǒng)的實(shí)用性及先進(jìn)性

目前國(guó)內(nèi)大部分車站內(nèi)照明管理主要依賴人工控制或時(shí)間表控制的方式，人工控制是通過(guò)工作人員手動(dòng)控制車站某場(chǎng)區(qū)照明設(shè)備的接通與斷開，該方式工作量大，任務(wù)煩瑣，缺乏遠(yuǎn)程控制手段[3]。傳統(tǒng)人工控制方式造成這些區(qū)域在列車開走或旅客離站的情況下依然燈火通明，產(chǎn)生大量無(wú)效照明，增加了鐵路運(yùn)營(yíng)成本[4，5]。因此，設(shè)計(jì)出一種根據(jù)車站列車客運(yùn)計(jì)劃信息，按照“車來(lái)燈亮、車走燈滅”的總體應(yīng)用邏輯對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制的智能照明系統(tǒng)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源的高效利用，避免無(wú)效光照，減少操作人員的工作量，建設(shè)綠色低碳鐵路有著極其重要的意義，其相關(guān)理念及技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用性、創(chuàng)新性和先進(jìn)性。

2? 系統(tǒng)的基本架構(gòu)

如圖1所示，本系統(tǒng)軟件主要由四部分組成：基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層四部分組成，其具體功能如下：

基礎(chǔ)設(shè)施層：由系統(tǒng)軟件、服務(wù)器、存儲(chǔ)體系和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要為系統(tǒng)的運(yùn)行提供硬件支撐；

數(shù)據(jù)層：由旅服客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)，照明設(shè)備及照明規(guī)則類數(shù)據(jù)，區(qū)域類數(shù)據(jù)（如：站臺(tái)、候車廳、進(jìn)站通道、出站廳等），控制類數(shù)據(jù)構(gòu)成，主要為系統(tǒng)的運(yùn)行提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐；

業(yè)務(wù)服務(wù)層：它是系統(tǒng)運(yùn)行的核心，提供了支撐系統(tǒng)正常運(yùn)行的各項(xiàng)業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)算，如區(qū)域的對(duì)應(yīng)及轉(zhuǎn)換，根據(jù)列車客運(yùn)計(jì)劃及有車時(shí)間規(guī)則生成列車照明計(jì)劃，根據(jù)列車客運(yùn)計(jì)劃的變更及時(shí)調(diào)整相關(guān)照明計(jì)劃，根據(jù)列車照明計(jì)劃結(jié)合區(qū)域模式規(guī)則生成設(shè)備照明計(jì)劃，報(bào)表所需數(shù)據(jù)的整合統(tǒng)計(jì)，然后以服務(wù)的形式提供給業(yè)務(wù)應(yīng)用層調(diào)用。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：提供瀏覽器B/S接入方式，此外還包含提供業(yè)務(wù)應(yīng)用操作界面的各項(xiàng)框架構(gòu)成，提供友好的人機(jī)交互界面。

3? 業(yè)務(wù)流程

首先，系統(tǒng)通過(guò)輪巡的方式從外部既有系統(tǒng)獲取本車站的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)，然后與上次輪巡獲取的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，若比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)一致，則流程不向下進(jìn)行，等待下一個(gè)輪巡周期；若比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)不一致，則引起已經(jīng)生成的照明相關(guān)計(jì)劃的變更，同時(shí)把當(dāng)次取得的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)緩存下來(lái)（系統(tǒng)首次運(yùn)行時(shí)沒(méi)有上次緩存的數(shù)據(jù)，這時(shí)把當(dāng)次取得的客運(yùn)計(jì)劃作為基礎(chǔ)去生成照明相關(guān)的計(jì)劃）。照明相關(guān)的計(jì)劃生成分為兩步，第一步先根據(jù)變更的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)和有車時(shí)間規(guī)則生成列車照明計(jì)劃，即因?yàn)榱熊嚨桨l(fā)本站從而影響照明的時(shí)間區(qū)間；第二步是根據(jù)列車照明計(jì)劃和照明模式及區(qū)域模式規(guī)則生成設(shè)備照明計(jì)劃，即具體到照明回路開關(guān)時(shí)間的計(jì)劃，照明控制程序可以根據(jù)該計(jì)劃直接生成回路的控制命令從而實(shí)現(xiàn)對(duì)照明回路的控制。車站照明節(jié)能系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

4? 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思想

4.1? 實(shí)時(shí)獲取客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)

車站的智能照明計(jì)劃離不開列車實(shí)時(shí)的客運(yùn)計(jì)劃，需要獲取的列車的詳細(xì)信息，如：車次名稱、到點(diǎn)時(shí)間、發(fā)點(diǎn)時(shí)間、列車類型、列車?？款愋?、檢票口、候車廳、站臺(tái)、出站口等列車的客運(yùn)信息。同時(shí)需要系統(tǒng)能夠運(yùn)算出客運(yùn)計(jì)劃的變更，如檢票口變更、站臺(tái)變更、頻繁的到發(fā)點(diǎn)的變更，根據(jù)變更的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)去生成或調(diào)整相關(guān)的照明計(jì)劃，避免相關(guān)照明計(jì)劃與列車的實(shí)際到發(fā)出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致照明系統(tǒng)出現(xiàn)和當(dāng)前車站業(yè)務(wù)不匹配的問(wèn)題，影響旅客的出行。

根據(jù)實(shí)際的照明控制需求，業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性要求達(dá)到分鐘級(jí)別即可，因此可以設(shè)計(jì)采取每隔一分鐘輪巡的方式獲取外部系統(tǒng)的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)。獲取客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)后，需要進(jìn)行區(qū)域的對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換，比如，外部系統(tǒng)的站臺(tái)是邏輯站臺(tái)，即“二站臺(tái)”和“三站臺(tái)”在外部系統(tǒng)中是不同的站臺(tái)，在本系統(tǒng)中一個(gè)物理站臺(tái)才能作為一個(gè)站臺(tái)，即外部系統(tǒng)的“二站臺(tái)”和“三站臺(tái)”兩個(gè)不同的站臺(tái)對(duì)應(yīng)本系統(tǒng)的一個(gè)站臺(tái)“二、三站臺(tái)”，這是由不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)針對(duì)車次到發(fā)所影響的設(shè)備范圍不同，以及設(shè)備在物理空間上布置方式不同所決定的。

4.2? 列車照明計(jì)劃的生成

有車時(shí)間規(guī)則即根據(jù)區(qū)域類型的不同（如站臺(tái)、候車廳、進(jìn)站通道、出站通道，出站廳等），列車類型的不同（如高速、動(dòng)車、直特、特快、普快、普客、市郊、混合、準(zhǔn)高等），列車?？款愋停ㄊ及l(fā)、途徑、終到）的不同，設(shè)置照明設(shè)備的開關(guān)相對(duì)時(shí)間，設(shè)置相對(duì)時(shí)間必須選定一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間，基準(zhǔn)時(shí)間可以根據(jù)不同的列車類型和?？款愋瓦x擇到點(diǎn)、發(fā)點(diǎn)、開檢時(shí)間、停檢時(shí)間等。比如區(qū)域類型選定“站臺(tái)”，列車類型選定“動(dòng)車”，基準(zhǔn)時(shí)間選定“到點(diǎn)”，開燈相對(duì)時(shí)間設(shè)定一個(gè)數(shù)值為“-5”，則表示站臺(tái)上的照明設(shè)備在動(dòng)車到本站之前5分鐘開啟。

根據(jù)上述的有車時(shí)間規(guī)則，結(jié)合實(shí)時(shí)獲取的客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)，即可以生成列車照明計(jì)劃。因?yàn)閺耐獠肯到y(tǒng)獲取的客運(yùn)計(jì)劃，確定了車次，車次類型，停靠類型，所影響的具體區(qū)域及區(qū)域類型，而且車次到點(diǎn)、發(fā)點(diǎn)、開檢時(shí)間、停檢時(shí)間都是絕對(duì)時(shí)間，從而可以算出某車次影響某具體區(qū)域的照明時(shí)間區(qū)間，即在某區(qū)域開燈時(shí)間和關(guān)燈時(shí)間。

4.3? 設(shè)備照明計(jì)劃的生成

列車照明計(jì)劃解決了列車影響某區(qū)域的開關(guān)燈時(shí)間，但是開關(guān)哪些具體的回路設(shè)備尚沒(méi)有確定，同時(shí)，有些區(qū)域的照明設(shè)備的開關(guān)和車次的到發(fā)沒(méi)有關(guān)系，比如候車廳的照明回路設(shè)備的開關(guān)不關(guān)心車次的到發(fā)，夜晚某一時(shí)段全開，某一時(shí)段開一部分，白天只開一部分，而且只開一部分的情況時(shí)，為了照明設(shè)備的使用均衡而進(jìn)行部分輪流使用，這就需要考慮這些需求的情況下進(jìn)一步生成設(shè)備照明計(jì)劃，即具體到每一回路設(shè)備的開關(guān)燈計(jì)劃。

首先定義照明模式，比如針對(duì)和列車到發(fā)有關(guān)系的每個(gè)站臺(tái)，可以定義夜間有車模式、夜間無(wú)車南側(cè)半開模式、夜間無(wú)車北側(cè)半開模式、白天模式等；針對(duì)和列車的到發(fā)沒(méi)有關(guān)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(yīng)該根據(jù)具體車站的實(shí)際需求定義。然后把區(qū)域和照明模式以及該模式對(duì)應(yīng)的照明回路設(shè)備關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而形成的照明模式定義如：一站臺(tái)夜晚有車模式下影響回路一、回路二、回路三、回路四；一站臺(tái)夜間無(wú)車南側(cè)半開模式下影響回路一、回路二；一站臺(tái)夜間無(wú)車北側(cè)半開模式下影響回路三、回路四。

其次，建立區(qū)域模式規(guī)則，主要設(shè)定某區(qū)域在不同的時(shí)間段被不同的照明模式所影響，比如，一站臺(tái)在“18：00—23：59”時(shí)間段采用“夜間有車”模式，在“00：00—06：00”時(shí)間段采用“夜間無(wú)車南側(cè)半開”“夜間無(wú)車北側(cè)半開”兩種模式，即這兩種模式在夜間無(wú)車時(shí)隔天交替均衡使用。同時(shí)需要明確該條規(guī)則和車次的到發(fā)有沒(méi)有關(guān)系，若沒(méi)有關(guān)系，則生成設(shè)備照明計(jì)劃時(shí)不需要考慮列車照明計(jì)劃。如候車廳在“18：00—06：00”時(shí)間段采用“夜間”模式，在“06：01—15：59”時(shí)間段采用“白天”模式，當(dāng)然為了照明設(shè)備的均衡使用，也可以設(shè)置更多模式，不同的模式對(duì)應(yīng)不同回路設(shè)備，同一時(shí)間段對(duì)應(yīng)多個(gè)模式，當(dāng)同一時(shí)間段對(duì)應(yīng)多個(gè)模式時(shí)，則每天依次輪流使用不同的模式，即實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的均衡使用。

生成設(shè)備照明計(jì)劃時(shí)，首先根據(jù)區(qū)域模式規(guī)則判斷該條規(guī)則是否和列車到發(fā)有關(guān)，若無(wú)關(guān)，則看其所應(yīng)用的照明模式，若有多個(gè)模式，可以采用當(dāng)前日期與某日期的間隔天數(shù)取模的方式確定使用哪個(gè)照明模式，如：某條區(qū)域模式規(guī)則使用3個(gè)不同模式，當(dāng)前日期為2022年10月11日，則與1970年01月01日的間隔天數(shù)為19 276天，對(duì)3取模值為1，則當(dāng)天該區(qū)域采用第二個(gè)照明模式。若區(qū)域模式規(guī)則和列車的到發(fā)有關(guān)，則用到前述已生成的列車照明計(jì)劃，列車照明計(jì)劃確定了列車影響某區(qū)域的照明時(shí)間區(qū)間，根據(jù)區(qū)域模式規(guī)則得到該區(qū)域采用的照明模式，就可以得到該區(qū)域某時(shí)間段采用的照明模式，照明模式與回路設(shè)備已經(jīng)建立關(guān)系，就可以得到該區(qū)域某時(shí)間段哪些回路設(shè)備要處于開啟狀態(tài)。

最后，需要對(duì)生成的設(shè)備照明計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，如某站臺(tái)車次到發(fā)頻繁，會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域照明設(shè)備的頻繁開啟和關(guān)閉，會(huì)增加照明設(shè)備的損壞概率，降低設(shè)備的使用壽命，因此需要對(duì)過(guò)于頻繁的模式切換進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。比如間隔時(shí)間5分鐘以內(nèi)的多條設(shè)備照明計(jì)劃，若都采用了“夜間有車”照明模式，則把多條設(shè)備照明計(jì)劃合并為一條，其時(shí)間區(qū)間采用該多條計(jì)劃的最小時(shí)間和最大時(shí)間，最終生成的設(shè)備照明計(jì)劃數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.4? 設(shè)備照明計(jì)劃的執(zhí)行

車站一般在運(yùn)行過(guò)程中，基本上按上述生成的設(shè)備照明計(jì)劃進(jìn)行車站照明設(shè)備的控制，如果出現(xiàn)臨時(shí)任務(wù)，那么就需要進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)的切換 。如果當(dāng)前區(qū)域的計(jì)劃是自動(dòng)計(jì)劃，則需要停止該區(qū)域的自動(dòng)照明計(jì)劃，通過(guò)手動(dòng)的方式發(fā)送手動(dòng)命令。如果當(dāng)前區(qū)域?yàn)槭謩?dòng)計(jì)劃，則不需要停止該區(qū)域的自動(dòng)照明計(jì)劃，直接發(fā)送手動(dòng)命令，反之亦然。

不管手動(dòng)計(jì)劃命令還是自動(dòng)計(jì)劃，他們對(duì)控制終端來(lái)說(shuō)，都是命令的形式，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境中，好多照明設(shè)備的控制器都是在一個(gè)模塊上，需要對(duì)照明設(shè)備發(fā)送指令時(shí)候，不能影響其他無(wú)關(guān)照明設(shè)備的開關(guān)。同時(shí)在發(fā)送命令時(shí)要注意不能重復(fù)持續(xù)對(duì)某一個(gè)設(shè)備發(fā)送同樣的指令，否則容易造成設(shè)備損壞。

作為車站照明節(jié)能系統(tǒng)的使用人員不僅僅需要車站照明設(shè)備能夠按照系統(tǒng)的要求執(zhí)行設(shè)備的開關(guān)命令，而且需要能夠?qū)崟r(shí)看到所管轄車站照明設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，當(dāng)前的照明設(shè)備是否按照自動(dòng)或者手動(dòng)的方式執(zhí)行了開關(guān)命令，如果沒(méi)有按照計(jì)劃進(jìn)行開關(guān)，則需要人員立即進(jìn)行手動(dòng)干預(yù)，在獲取現(xiàn)場(chǎng)照明設(shè)備狀態(tài)時(shí)不能影響正常的照明計(jì)劃指令對(duì)照明設(shè)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(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制，另一方面把設(shè)備的狀態(tài)上傳上層照明系統(tǒng)。

5? 結(jié)? 論

本文介紹了高鐵車站既有客運(yùn)計(jì)劃數(shù)據(jù)所具有的特點(diǎn)，通過(guò)充分挖掘和利用其蘊(yùn)含的業(yè)務(wù)規(guī)律，從而轉(zhuǎn)化為車站節(jié)能方面的應(yīng)用。其實(shí)現(xiàn)途徑就是根據(jù)從外部系統(tǒng)獲取的客運(yùn)計(jì)劃，結(jié)合設(shè)定的有車時(shí)間規(guī)則，區(qū)域模式規(guī)則，從而生成照明相關(guān)的計(jì)劃，通過(guò)對(duì)照明計(jì)劃的執(zhí)行達(dá)到相關(guān)區(qū)域“車來(lái)燈亮，車走燈滅”的節(jié)能效果，通過(guò)對(duì)車站既有數(shù)據(jù)進(jìn)行拓展應(yīng)用的探索，從節(jié)能的角度體現(xiàn)了“數(shù)據(jù)即是能源”的理念。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姚劍，史天運(yùn)，端嘉盈.鐵路客站站臺(tái)照明節(jié)能控制策略研究 [J].鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2022，44（8）：58-64+90.

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

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

[4] 魏際洪.既有鐵路車站旅服系統(tǒng)集成技術(shù)研究 [D].北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2016.

[5] 謝甲旭.高速鐵路客運(yùn)站旅客服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)研究 [D].北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，2013.

作者簡(jiǎn)介：馬一人（1981.11—），男，漢族，河南淮陽(yáng)人，中級(jí)工程師，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)及應(yīng)用。