智慧地鐵移動站務管理系統研制與應用

劉建委，張國明，白雪亮，李鎮(zhèn)文

（1.廣州地鐵建設管理有限公司，廣東廣州 510250；2.廣州新科佳都科技有限公司，廣東廣州 510700）

1 前言

地鐵生產系統如綜合監(jiān)控系統、電力監(jiān)控系統、環(huán)控系統、自動售檢票系統等已成為地鐵信息系統建設的標配，而缺乏面向地鐵站務的業(yè)務系統建設[1]。通過地鐵站務安全風險分析得出，車站安全包括行駛安全、建筑安全、消防安全和旅客運輸安全[2]。目前，有效的地鐵站務管理系統研究相對滯后。當站務人員不在車控室時，無法實時掌握車站客流情況和設備運行狀態(tài)，而且發(fā)現問題時也無法及時溝通反饋。

基于工業(yè)互聯網、大數據、人工智能等新技術，廣州地鐵22 號線采用基于綜合監(jiān)控的移動站務管理，利用移動信息技術管理和監(jiān)控地鐵運營和服務，實現“口袋”綜合監(jiān)控功能，實時展示運營信息數據、設備運行狀態(tài)、事件和報警數據、視頻監(jiān)控畫面、智能客服等信息。在現場巡視發(fā)現異常時，移動站務則成為現場與監(jiān)控中心的信息橋梁，通過移動站務可對異常事件的現場照片、視頻文件進行上報，即時反饋和解決現場問題。借助車站內移動熱點網絡（Wi-Fi），將車站中的各種設備連接到同一個互聯網絡系統中，同時通過熱點網絡將各專業(yè)的實時數據傳送到特定的系統界面上，并對其進行相應的監(jiān)管。搭建站內通信聯絡體系，賦能單兵作戰(zhàn)能力，從而提升地鐵運營的效率和安全性。

2 站務管理系統移動終端設計要求

2.1 設計原則

基于綜合監(jiān)控系統實現的智慧地鐵移動站務管理系統是移動互聯網技術與傳統綜合監(jiān)控技術緊密結合的產物，即在傳統綜合監(jiān)控系統的基礎上，輔以自動、實時、遠程的站務管理模式。移動端站務管理系統的建構原則為簡潔實用，且穩(wěn)定可靠。因此，系統建構過程要切合實際需求，防止過度設計。設計原則如下。

（1）柔性。柔性是該系統設計的重要特征，它反映了軟件開發(fā)過程中對外部環(huán)境的適應性。移動客戶服務終端系統要具備一定的彈性，才能對其進行及時的調整和改進。

（2）自適應性。由于該系統所處位置為地鐵自動售檢票系統中的車站設備子系統當中，需要與多種不同設備及外部業(yè)務系統進行對接。因此，在系統的設計開發(fā)過程中，要使其具備一定的彈性，便于日后接入更多種類設備，并與更多外部子系統進行對接。

（3）獨立性。系統的每個部分要具有獨立性，且方便進行變動，能夠提升系統的性能，并能持續(xù)滿足系統功能變化的需求。

2.2 接口需求

（1）設備層。用戶通過基于iOS 9.x 操作系統的iPad Pro 移動端設備訪問系統。

（2）接口層。移動端設備與服務層通信使用Web API（一種網絡應用程序接口）技術進行數據交互。

（3）服務層。提供設備監(jiān)視服務、告警與事件服務、客流分析服務、電能分析服務、運營數據匯總服務、用戶管理服務。基礎組件包括交互式連通（ICE）通信框架、Cache 組件、Log 日志組件。其中，Cache 組件提供數據緩存功能，數據可緩存30 min（過時自動清除），以滿足界面頻繁查詢的響應速度要求。

2.3 技術選型

由于系統需要支持iOS 移動終端應用，后續(xù)還需支持Android 應用，故服務層選擇使用Web API 技術提供服務接口供前端客戶端調用。同時，由于服務層采集數據來源于外部綜合監(jiān)控系統，故還需支持綜合監(jiān)控系統現有的ICE 通信框架和支持訪問綜合監(jiān)控系統現有數據庫DB2（IBM 公司開發(fā)的一個關系型數據庫管理系統）。另外服務器需部署在Linux（一種開放源代碼的操作系統）環(huán)境上。

綜上，移動站務管理系統最終選擇使用C 語言、.NET Core 框架（一種構建跨平臺軟件應用程序的開源框架）開發(fā)Web API、EF Core（開源對象關系映射框架）連接DB2數據庫。

3 站務管理系統移動終端設計方案

3.1 系統架構

移動站務管理系統使用WPF（微軟推出的桌面應用開發(fā)系統）和H5（一種構建應用程序的HTML5 標準）頁面作為界面展示，其中WPF 使用的MVVM（模型 -視圖-視圖模型）模式具有低耦合、高重用性等優(yōu)點。

圖1 移動站務管理系統架構圖

視圖層使用LiveCharts（一種可自定義的圖表控件）展示數據圖表，集成了Xceed（一種可視化組件的開發(fā)工具包）、WPF、AalonDock（一個開源控件庫）優(yōu)化界面顯示。視圖模型層集成Prism（一個應用程序框架），高性能實現命令和數據的綁定。H5 頁面使用高性能開源框架CEF（Chromium Embedded Framework）展示?？蛻舳酥饕臄祿碓礊閿祿信_（DataHub），連接模式按業(yè)務需要有WebSocket（一種在單個TCP 連接上進行全雙工通信的協議）、HTTP（超文本傳輸協議）、RESTful API（一種互聯網軟件架構的設計規(guī)范）等方式。由DataHub 來與實時數據中心、歷史數據中心、DB 對接。客戶端集成一些第三方組件方便實現業(yè)務邏輯，如日志組件NLog、處理JSON（一種輕量級的數據交換格式）的Newtonsoft.Json（.NET 下開源的json格式序列號和反序列化的類庫）、用于WebSocket 通信的WebsocketSharp（一個用于 .NET 和.NET Core 的WebSocket 客戶端庫）等，移動站務管理系統架構如圖 1所示。

3.2 技術架構

系統的技術架構分為設備感知層、平臺層、應用層，如圖2 所示。

圖2 系統技術架構圖

（1）設備感知層。支持不同類型工業(yè)互聯協議（如Modbus、IEC 104、TCP/IP 等）的接入，采集各專業(yè)海量的設備信息，并轉換為統一的物聯協議后發(fā)送給平臺層。

（2）平臺層。對采集到的數據進行實時處理和轉換，結合數據中臺的大數據處理能力，形成對上層應用的數據服務。

（3）應用層。在上述服務的基礎上，通過移動站務管理應用對車站運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并實現單兵作戰(zhàn)、站內通信。

3.3 工作原理

3.3.1 數據采集邏輯

該系統主要功能為對站點各專業(yè)數據進行收集并進行顯示，因此，采集數據進行統一處理的邏輯關系如圖3 所示。

圖3 移動站務管理系統數據采集邏輯示意圖

3.3.2 即時通信

用戶在登錄成功后，自動與車站值班人員、中央調度人員等建立群組進行即時通信，實現對現場信息的即時報送，同時可接收車站值班人員、中央調度人員和維修人員的反饋信息。報送及反饋信息格式支持文字、語音、圖片、短視頻等。其中短視頻拍攝時長限制為15 s，語音時長限制為60 s。

（1）車站無線Wi-Fi 局域網內的移動終端之間可進行音視頻對講，用于站務員之間工作聯絡[3]。

（2）通過車站無線Wi-Fi網與智能客服系統連接，并接受系統的設備管理及接受客服代表的呼叫。

（3）各車站站務人員自動組成群組，擁有多個車站的管理權限，可查看并使用多個群組，中央級擁有整條線路所有站的群組。

4 站務管理系統移動終端應用情況

4.1 移動單兵

目前，地鐵系統的視頻監(jiān)控系統只能對車站各關鍵點及車廂等場所進行實時視頻監(jiān)控，但對軌道沿線的日常巡檢、突發(fā)事件現場的視頻監(jiān)控存在很多盲點。因事件發(fā)生時間和地點具有隨機性，而固定監(jiān)控點覆蓋存在著局限性，這就造成事件現場的圖像信息無法實時反饋到監(jiān)控中心，不能及時、準確獲取現場實際情況[4]。在這種情況下，車站值班人員可隨時趕赴事件現場，使用可移動式視頻監(jiān)控設備進行圖像采集，并通過無線網絡及時傳輸到監(jiān)控中心，使管理人員能夠及時、全面了解情況，制定完善的處理方案。

本文中移動單兵是指地鐵站務運營場景應用的單兵智能監(jiān)控終端，作為綜合監(jiān)控系統的有效補充。該終端設備可配合綜合監(jiān)控平臺的統一管理，能夠快速發(fā)現預警信息，實時將巡檢過程中發(fā)現的隱患通過報警或記錄功能上報至綜合監(jiān)控平臺，方便指揮中心及時發(fā)出準確指令，保證車站運營安全，真正意義上實現綜合監(jiān)控點面結合的應用需求。

移動單兵作業(yè)支持用戶在巡站過程中，發(fā)現問題即時上傳照片、視頻、語音及集體通信，更好地幫助實現協調溝通。移動單兵具備如下特點。

（1）圖像融合。利用定位系統，對站務人員所在地點進行自動或人工報告，并支持拍照和攝像，實現圖像采集和實時傳輸到綜合監(jiān)控系統平臺。

（2）應急通信融合。出現突發(fā)情況時，支持一鍵報警功能，并向站點監(jiān)控中心發(fā)出緊急求救信號，通過綜合監(jiān)控平臺，可實現跨系統、多終端的統一管理及調度，打破通信孤島，突破溝通障礙，提高指揮效率。

（3）單兵數據監(jiān)控。巡視檢查可設置巡檢路線、巡檢時間、巡檢人員、排班計劃等功能，實時查看站務人員巡視軌跡，便于管理層進行人員管理。

（4）調度指揮輔助決策。通過地理信息系統（GIS）地圖和實時音視頻，指揮中心可以觀察到移動單兵傳輸的信息，實現聯動可視化指揮調度，達到點面結合的指揮效果。

4.2 功能實現

移動站務管理系統可實現對站內整體情況實時感知，通過大數據實現客流分析，為站務客控決策提供數據支撐；通過移動端對專業(yè)設備預警信息進行實時監(jiān)測，及時掌握設備運行態(tài)勢；依托站內移動終端設備自動建群，實現站務人員即時通信，方便現場靈活調度[4]。

4.2.1 運營數據匯總

由于系統主要功能為采集車站各專業(yè)數據并展示，因此需要統一采集數據。綜合監(jiān)控系統和移動站務管理終端兩側同時采集投產運營統計信息，指標信息包括投產狀態(tài)的線路情況（包含線網、客流、車站、車輛速度、車輛里程等統計數據）、生產作業(yè)系統、乘客服務系統、應急安全等系統運行數據，形成統一的運行監(jiān)控窗口。如圖4 所示。

圖4 移動終端運營信息界面圖

4.2.2 客流分析

系統界面可展示客流曲線，可查看相應頻次不同時段的客流變化趨勢。根據車站進站、出站客流數據,可以通過餅狀圖等可視化方式展示當前進出站客流情況。通過對地鐵客流實時運行數據統計分析，展示線網指標、車站指標、客流指標、運行指標、服務指標、收入指標等指標，提供客流預測和報警功能，為管理人員進行指揮調度、安全運行監(jiān)控、決策提供有效的技術支持和幫助。

4.2.3 設備監(jiān)視

站務人員除了通過站內綜合監(jiān)控系統對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，站臺或站廳的站務人員還可通過移動終端監(jiān)控管理供電系統、車站機電系統、火災自動報警系統等系統。站務人員在移動端界面上能夠查看電力監(jiān)控系統的設備狀態(tài)、車站各機電系統設備運行狀態(tài)、火災報警、設備故障、聯動對象執(zhí)行情況、行車相關信息及關鍵設備的運行、報警和故障信息。當系統信息發(fā)生異常時，操作員不需在車控室的PC 端操作，在移動端界面具有監(jiān)視權限的子系統中可查看并處理報警信息，如圖5 所示。

圖5 移動終端設備監(jiān)控界面圖

（1）供電系統設備。界面可查看包括27.5 kV、33 kV、400 V 等電力監(jiān)控系統的主要設備狀態(tài)、報警和故障信息。

（2）車站機電系統設備。界面可查看站內環(huán)控設備（隧道風機、冷水機組、通風空調）、給排水設備（區(qū)間水泵、車站水泵）、照明設備（智能照明、應急照明、導向照明）、乘客服務設備（自動扶梯、電梯、站臺門、AFC 設備）等機電系統各主要設備的狀態(tài)、報警、故障和運行模式信息。

（3）火災自動報警系統。界面可查看火災報警、設備故障、聯動對象執(zhí)行情況等相關信息，包括火災預警或報警信息，探測器、控制盤、模塊、電源等關鍵設備故障信息，非消防電源、消防水泵、防火卷簾等火災聯動對象執(zhí)行情況。

（4）行車設備。界面可查看當前運營列車數量、信號系統報警、車輛報警等行車相關運營信息及關鍵設備的運行、報警和故障信息。

4.2.4 事件報警

系統監(jiān)測全線車站、主變電所、車輛段及通信信號樓，界面顯示全線監(jiān)控的報警情況。當系統報警信息發(fā)生變化時，后臺將報警數據推送到前端，操作員可在界面上查看子系統的報警信息。移動終端可遠程查看所有受監(jiān)測位置點的實時趨勢和圖形概覽?；赪eb 的界面允許操作員在控制面板視圖中深入查看受監(jiān)視區(qū)域，可以查看任何時間的數據。報警僅顯示緊急、嚴重級別的報警，其他級別的報警不顯示。報警界面只顯示激活的報警（包括激活且未確認的報警、激活且已確認的報警），關閉及消除的報警將不顯示，如圖6 所示。

圖6 移動終端事件報警界面圖

4.2.5 能耗數據查詢統計

移動終端支持能耗數據多維度統計分析呈現，支持表單快速查看導出，以車站維度、專業(yè)維度分析各項能耗指標，并可根據靈活設置定義的告警策略和告警參數進行智能報警，及時發(fā)現用能異常。

4.3 系統優(yōu)勢

通過廣州地鐵22 號線的應用實踐，總結該系統具備如下優(yōu)點。

（1）自動化。操作員可快速在移動端發(fā)起流程，手機通知消息及時，部門領導可及時獲得信息反饋，流程處理有據可依。

（2）高效化。隨時隨地獲知車站實時動態(tài)，可做到及時發(fā)現，即時處理，大幅提高工作效率。

（3）互通化。移動端與綜合監(jiān)控系統數據共享，上傳數據規(guī)范標準，即時通信出錯概率降低，協助運營管理，不斷提高管理、設備維護、領導決策的效率和水平[5]。

（4）效益化。移動站務管理界面簡單，操作容易，只需1 部移動終端，即可實現車站站務人員辦公移動化，工作效率得到質的飛躍。

4.4 社會效益

移動站務管理系統在廣州地鐵22 號線的應用帶來多方面的社會效益，有助于提高城市交通系統效率、乘客體驗。

（1）提高運營效率。移動站務管理系統幫助地鐵運營公司更有效地監(jiān)控列車運行、車站人流、票務管理和設備維護，減少延誤、提高準時性，并降低運營成本。

（2）改善乘客體驗。通過提供實時列車信息、站點導航、座位可用性等信息，乘客可以更輕松地規(guī)劃出行，減少不便和等待時間，提高出行的舒適性。

（3）增強安全性。移動站務管理系統可以用于監(jiān)控站點和車輛運行狀態(tài)以及緊急情況的處理，有助于提高乘客的安全感，同時可以更快速地應對緊急情況。

（4）減少交通擁堵。通過提供實時列車信息和乘客導向，乘客更有可能選擇公共交通而不是駕車，從而減輕道路交通擁堵，減少尾氣排放，改善城市空氣質量。

（5）數據分析和規(guī)劃。移動站務管理系統可以生成大量數據，用于分析乘客出行模式、高峰時段、擁擠站點等信息，從而優(yōu)化公共交通系統的規(guī)劃和設計。

5 結語

在信息化高速發(fā)展的今天，人們對于地鐵運營服務要求越來越高，亟需地鐵運營服務快速響應乘客需求。廣州地鐵22 號線基于綜合監(jiān)控系統的移動站務管理模式，采用移動端與客戶端交互使用、互為補充的形式，減輕了站務人員工作量，提高了運營效率，提升了運營服務質量。