城市軌道交通智慧站務移動運作系統(tǒng)研究

王云姣，李海鷹，許心越，賴晴鷹，于 超

(1.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044)

隨著城市軌道交通線網運營規(guī)模的不斷擴張和客流的不斷攀升，車站的站務管理工作日趨繁重[1]。當前的站務管理高度依賴人工，由此導致的高成本的人力投入、不可避免的人為失誤均制約了城市軌道交通車站運作效率的進一步提升。近年來大數據、物聯(lián)網及人工智能等先進技術的蓬勃發(fā)展為人們的工作和生活提供了新方式(如智慧小區(qū)、智慧醫(yī)療等)，也為站務管理提供了新思路。如何在保障安全運營的前提下，利用這些新技術來實現(xiàn)城市軌道交通的創(chuàng)新發(fā)展，建設智慧地鐵，提升服務，降本增效，已成為行業(yè)探索和實踐的熱點[2-4]。許多研究[5-8]認為智慧站務管理系統(tǒng)相較于當前系統(tǒng)，在安全、成本、效率以及乘客服務上有著巨大優(yōu)勢，正逐步被市場認可。

1 站務管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

既有站務管理系統(tǒng)功能全面，但多是按照傳統(tǒng)車站業(yè)務對功能進行垂直劃分，各子系統(tǒng)獨立運行，難以實現(xiàn)數據共享[4,8]，而且各專業(yè)系統(tǒng)的管理界面集中設在車站控制室內，但車站控制室外的站務人員無法及時了解車站情況，導致信息傳遞具有一定的滯后性[4]。另外，由于線網客流具有嚴重的時空不均衡性，每個車站的繁忙時段差異較大，車站在高峰時段面對巨大的客流組織壓力，因此需要配置大量站務人員，由此勢必導致了非繁忙時段的人員冗余。由此可見，固定崗位的配置方案對人力利用不夠充分。因此，要將傳統(tǒng)的站務管理系統(tǒng)智慧升級，關鍵在于打破各專業(yè)間的壁壘，實現(xiàn)站務的一體化和移動化管理。

近幾年國內外新興的智慧站務管理系統(tǒng)在一定程度上提升了站務管理的智慧化程度，但這些系統(tǒng)未能系統(tǒng)地、全面地考慮當前站務運作發(fā)展需求，列舉部分智慧站務管理系統(tǒng)及功能如表1 所示。這些智慧站務系統(tǒng)只聚焦部分重要業(yè)務，功能不夠全面，無法完全取代既有系統(tǒng)，未考慮與既有系統(tǒng)的融合，造成系統(tǒng)上線后站內系統(tǒng)的冗余問題；此外，這些系統(tǒng)的一些功能未能十分契合實際工作需求，系統(tǒng)的友好性、交互性有待加強，例如，一些系統(tǒng)提供的一鍵關站功能，僅能完成關站前對相關設備檢查，不能對站內滯留乘客情況進行確認，無法實現(xiàn)真正的一鍵關站；另外，一些系統(tǒng)未采用移動化手段或程度不夠，仍需人員固定崗位值守，未能考慮線網一體化、車站協(xié)同運營等長遠目標。

表1 部分智慧站務管理系統(tǒng)及功能Tab.1 Selected smart station service management systems and their functions

本研究提出搭建的智慧站務移動運作系統(tǒng)(Smart Station Mobile Operation System，SSM OS)，是建立在將既有系統(tǒng)整合的基礎上，采用“一體化數據平臺+6 個應用模塊+移動化管理”的系統(tǒng)架構，以站務員便捷操作和快速響應為導向，對功能模塊進行設計，契合工作人員便捷操作和乘客及時服務的需求；從線網運營一體化的目標出發(fā)，將業(yè)務集中到移動端處理，把人員從固定地點固定崗位中解放出來，有效節(jié)約人力成本，力求在車站運營安全、成本節(jié)約和乘客服務上做出全方位的提升。

2 功能需求

通過對車站所有業(yè)務進行梳理，按照作業(yè)流程的特點將原本垂直管理的業(yè)務進行拆分、重組，并分析重組后新業(yè)務智慧化升級的可行性。

2.1 舊業(yè)務重組

站務管理的傳統(tǒng)核心業(yè)務包括6 項：開關站、客流管控、乘客服務、設備與環(huán)境管理、行車作業(yè)和施工管理。按照每項業(yè)務處理流程的作業(yè)步驟進行拆解后，發(fā)現(xiàn)原本垂直辦理的各項業(yè)務可以統(tǒng)一為“車站監(jiān)測→信息傳遞→系統(tǒng)控制→現(xiàn)場處理”的處理流程，城市軌道交通車站核心業(yè)務具體作業(yè)步驟如圖1 所示。如客流管控業(yè)務的處理流程為：對車站客流情況進行實時監(jiān)測(車站監(jiān)測)，將異?？土餍畔鬟f給站務員(信息傳遞)，站務員根據客流情況采取相應的措施，如進行廣播、更改電子導引等(系統(tǒng)控制)，如遇以上措施都難以控制的突發(fā)大客流，則需要站務員采取更進一步的措施，如在進出口處擺放鐵馬，組織旅客有序進出站(現(xiàn)場處理)。

圖1 城市軌道交通車站核心業(yè)務具體作業(yè)步驟Fig.1 Core business operation of urban rail transit stations

業(yè)務重組后，將形成4 項新業(yè)務：車站監(jiān)測、信息傳遞、系統(tǒng)控制和現(xiàn)場處理。每類業(yè)務作業(yè)內容類似，便于統(tǒng)一智能化升級和模塊化管理，進而提升站務員的業(yè)務處理效率和車站運營效率。

2.2 新業(yè)務優(yōu)化

（1）車站監(jiān)測是站務管理的基礎。其主要內容是監(jiān)測客流分布情況、乘客行為、設備及環(huán)境狀態(tài)、客流擁擠程度，以完成對車站動態(tài)情況的掌握。當前，這項工作主要由2 種作業(yè)方式配合完成：①客運值班員在監(jiān)視器前監(jiān)控車站內客流情況和乘客行為，行車值班員通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測設備及環(huán)境的異常；②值班站長高頻次在站內多區(qū)域進行巡檢，檢查設備設施狀態(tài)以及車站消防安全情況。這2 種工作方式均需站務人員固定值守，重復勞動，不僅強度大，而且人為出錯率高。實時AI視頻識別技術可自動逐幀檢查視頻流，并且可以在檢測視頻流中的異常信息時主動告警，提供穩(wěn)定、可靠的結果[16]。AR 技術可提供真實和虛擬世界融合的沉浸式體驗和交互[17]，使得站務人員可以在手機/平板電腦上完成車站巡視工作。通過應用這2項技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的作業(yè)方式可以顯著提高車站感知力，降低員工勞動強度，優(yōu)化崗位設置，降低人力成本。

（2）信息傳遞是站務運作的關鍵。從緊急事件發(fā)生到站務員發(fā)現(xiàn)并趕來處理，以及需要請求援助等業(yè)務處理過程中，信息傳遞在每個環(huán)節(jié)中都起著非常重要的作用?，F(xiàn)有的單站管理模式和逐級負責制，難以保障信息在層層上傳及決策層層下達過程中的可靠性和高效性。亟需建立一個信息聯(lián)控發(fā)布平臺，根據不同的業(yè)務場景智能生成信息發(fā)布方案，有效縮短業(yè)務處理時間，防止因信息傳遞不及時或錯誤而導致事態(tài)更加嚴重。

（3）系統(tǒng)控制是站務運作智能化升級亟需優(yōu)化的重點?，F(xiàn)在的站務管理系統(tǒng)是半自動控制，即站務員在獲取車站異常運作的信息時，需要對情況進行判斷后，再對系統(tǒng)進行相應的操作完成對相關設備的控制。如遇大客流突發(fā)時，客運值班員需要在判斷客流等級后，再按照相應客流預案進行廣播和導引。隨著物聯(lián)網技術的成熟，可以建立一體化平臺實現(xiàn)所有設備聯(lián)控，并利用智能算法增加系統(tǒng)的輔助決策能力，省去非必要的人為判斷與手動控制的環(huán)節(jié)，實現(xiàn)系統(tǒng)的自主運行。

（4）現(xiàn)場處理是站務工作的核心。一些站務工作無法完全通過系統(tǒng)控制來完成，需要站務員到現(xiàn)場處理，如乘客急病需要救助等?，F(xiàn)場處理的情況較為復雜，根據業(yè)務處理要求的緊急程度，將其分為2 個類別：遠程服務和應急處理。遠程服務如乘客咨詢和投訴等，可以通過遠程視訊代替站務員現(xiàn)場服務，減少巡視人員；應急處理主要包括客傷、搶險救災、設備故障等，必須專業(yè)人員到現(xiàn)場作業(yè)。緊急業(yè)務需要具備相關經驗和專業(yè)知識，因此可借助5G 通信，打通前后端可視，共享信息，使得專家可以遠程輔助站務員更好地處理。

城市軌道交通車站業(yè)務需求分析如圖2所示。

圖2 城市軌道交通車站業(yè)務需求分析Fig.2 Business demand analysis for urban rail transit stations

經過業(yè)務重組及優(yōu)化之后，傳統(tǒng)的6 項車站核心業(yè)務可形成新的處理方式，業(yè)務優(yōu)化結果如表2所示。

表2 業(yè)務優(yōu)化結果Tab.2 Business optimization results

另外，車站的日常辦公，如文件的收發(fā)、記錄和登記等，此前并未包含在任何新興智慧站務管理系統(tǒng)中，但卻是站務管理的一項不可或缺的內容。數據增值服務及輔助決策是智慧站務系統(tǒng)體現(xiàn)自主學習和自主決策的重要方面，因此也是智慧站務管理系統(tǒng)需要具備的功能。

綜上，一個可以處理覆蓋車站全面業(yè)務的站務管理系統(tǒng)應該涵蓋的功能如下：車站監(jiān)測、信息發(fā)布、系統(tǒng)聯(lián)控、應急處理、辦公管理、輔助決策和數據增值服務。本系統(tǒng)建立的目標是在車站正常運營情況下，實現(xiàn)安全運營、服務提升和降本增效的目的。所以，一些特殊情況下的業(yè)務如降級運營下的列車運行組織，以及當前已經可以實現(xiàn)乘客自助辦理的業(yè)務，如售票、乘客進出站刷卡異常等，不在討論范圍內。

3 系統(tǒng)設計

區(qū)別于既有系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用“一體化數據平臺+6 個應用模塊+移動化管理”的架構。一體化數據平臺可以高效地建立起設備與應用的連接與控制，實現(xiàn)站務的統(tǒng)一管理。而移動化管理則可以讓站務員不受區(qū)域限制，遠程完成站務管理工作。

3.1 一體化平臺建設

基于車站既有系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用分層設計的原則，分為設備層、數據層、服務層、應用層和表現(xiàn)層，智慧站務移動運作系統(tǒng)(SSM OS)架構如圖3所示。

圖3 智慧站務移動運作系統(tǒng)(SSM OS)架構Fig.3 SSM OS architecture

（1）設備層。包含各類基礎設施設備，如服務器、網絡設備和監(jiān)控設備等，為平臺的建設提供基礎硬件支撐。

（2）數據層。由基礎設備層產生的各類數據資源，如實時監(jiān)控信息、客流信息等，為平臺的業(yè)務應用提供數據支撐。

（3）服務層。將數據層的多元異構數據進行融合和分析，為應用層的功能提供相關技術組件支撐和應用服務接口。

（4）應用層。在各層的支撐下，最終實現(xiàn)移動智能監(jiān)測、信息聯(lián)控發(fā)布、移動遠程服務、應急可視指揮、數據增值應用和綜合辦公管理六大業(yè)務功能。

（5）表現(xiàn)層。在智能移動端、Web端及其他業(yè)務系統(tǒng)上顯示相關圖形界面，并可進行相應操作。

3.2 應用模塊

智慧站務移動運作系統(tǒng)功能邏輯框架如圖4 所示，包含如下6個應用模塊。

圖4 智慧站務移動運作系統(tǒng)功能邏輯框架Fig.4 Functional logic framework of SSM OS

（1）移動智能監(jiān)測。移動智能監(jiān)測模塊是對傳統(tǒng)車站監(jiān)測工作的全面升級。首先在監(jiān)測內容上，對比既有智慧站務系統(tǒng)僅對車站的擁堵情況或設備進行智能監(jiān)測，本系統(tǒng)的智能監(jiān)測功能涵蓋車站環(huán)境、設備、乘客異常和擁堵情況，對車站進行全方位的智能監(jiān)測，為車站的自主運營提供全面可靠的信息來源。其次在監(jiān)測手段上，本系統(tǒng)在智能監(jiān)測的基礎上，增加全息巡檢功能，在最大程度上還原車站運營場景(包括設備、設施和乘客狀態(tài))的基礎上，為站務員提供AR眼鏡和移動設備遠程對車站定時巡檢的功能，并支持個性化設置巡檢路線和定時提醒，具有良好的“人-機-環(huán)境”交互性。

（2）信息聯(lián)控發(fā)布。本系統(tǒng)將所有涉及信息傳遞及發(fā)布的業(yè)務集成于信息聯(lián)控發(fā)布應用模塊，基于系統(tǒng)獲取的多源信息，根據信息發(fā)布的目的、內容(報警信息、應急預案等)、信息顯示終端及接收對象等，實時生成一套匹配的信息發(fā)布方案。

（3）移動遠程控制。由于模塊化客流誘導、遠程乘客服務、行車組織及施工管理等業(yè)務的底層操作都是基于對設備的控制，如客流誘導需要啟動特定內容的廣播，開放或關閉閘機口等?；谠O備互聯(lián)和信息共享，本系統(tǒng)將以上業(yè)務集成于移動遠程控制應用模塊，站務員可使用手機或電腦端的應用模塊，對相關業(yè)務的設備進行操作，如根據需要控制扶梯的上下行方向或開放邊門等。

（4）應急可視指揮。該模塊根據站務員攜帶的移動終端進行實時位置監(jiān)測，并獲取業(yè)務占用進程等信息，指定站務員到事故發(fā)生現(xiàn)場處理。當站務員需要尋求專業(yè)幫助時，移動端可以與指揮端實時共享現(xiàn)場畫面、聲音等，與專家共享知識、技巧及信息。該應用模塊的另外一項重要功能為AR 應急演練培訓。系統(tǒng)使用AR 技術模擬火災、大客流等緊急事件，為站務員提供可視化的演練場景和沉浸式體驗，配合文字與動畫等形式，指導站務員在突發(fā)事件中采取規(guī)范操作，并指引乘客正確使用車站設備安全逃生。

（5）數據增值應用模塊。該模塊對系統(tǒng)收集和產生的多元異構數據，進行統(tǒng)一存儲、融合和提供增值應用，為系統(tǒng)提供簡單、高效、開放的一站式大數據服務，根據需求生成相關統(tǒng)計報表，如車站營收分析、設備統(tǒng)計與壽命分析、能耗分析及排名等，為移動智能監(jiān)測等子系統(tǒng)提供數據支撐。

（6）綜合辦公管理模塊。該模塊包括文件管理、工作日志等日常辦公功能，以及用戶和權限等后臺管理功能，將日常辦公數字化，提升車站自動化辦公水平。

3.3 移動化管理

依托平臺架構及功能設計，移動端(手機)將集通信、站務管理功能于一體。通過與平臺的連接，移動端除了實現(xiàn)以上6 個應用模塊的站務管理操作外，還承擔著重要的平臺與站務員之間的信息互通功能，包括內部通信、決策請求、險情報警、突發(fā)事件(如大客流、乘客傷病、火災等)的信息上報與決策指令的接收等。同時，移動端也是站務管理的重要終端，如專家遠程可視、AR 應急演練和輔助決策方案的操作終端。智慧站務移動運作系統(tǒng)(SSM OS)移動管理過程如圖5所示。

4 結束語

智慧移動站務運作系統(tǒng)(SSM OS)以自主運營為主，人工為輔，力求在保障車站安全運營的前提下，助力全網級別的車站區(qū)域化管理和部分車站的無人化管理，實現(xiàn)車站的服務提升、低成本和高效運營，為城市軌道交通智慧站務系統(tǒng)設計提供借鑒和參考，并提供了一種高效適用的移動站務運作模式，助力軌道交通邁入智慧新時代。