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上海轨道交通智慧车站技术研究与示范应用

2021-11-02  xusl2

智慧车站技术研究的目的,在于更好服务车站运营管理以及为乘客提供更优质的服务,在助力车站精细化管理的同时,实现质量效益提升与降本增效目标的有机融合。但并非所有的新型智能技术都适合轨道交通智慧车站应用。智慧车站技术研究和方案选择需从两个维度考虑。第一个维度就是车站运营管理的应用需求,这既是智慧车站研究的出发点,也是智慧车站研究的落脚点;第二个维度是车站管理的效率效益,这是评判、遴选、优化智慧车站技术方案的重要依据。只有通过两个维度的综合分析评判,才能聚焦真正符合智慧车站应用需求的智能化技术。

上海地铁在深入调研分析的基础上,梳理总结出轨道交通车站运营管理的三大需求,即客运管理需求、设备管理需求和人员管理需求。而车站管理效益则可从经济效益和社会效益两个方面进行评判,其中经济效益可细分为资源消耗、设备运维和人员投入等三个方面的费用降低, 而社会效益主要侧重在公众出行体验和乘车满意度的提升。

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图1 运营需求-管理效益双维度分析矩阵图

矩阵图中的系数(A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3、D1、D2、D3)分别表示被评价智能技术在满足特定运营需求的同时基于全生命周期折算的效益指标。其中经济效益指标可以通过全生命周期的投入产出(降本)分析进行定量计算, 社会效益指标可以通过随机调查访谈和专家评估方式进行定性分析。通过运营需求- 管理效益双维度分析,可以得到相关智能化技术的性价比排序,在确定智慧车站建设内容时优先采用性价比更高的智能化技术方案。原则上,全生命周期投入小于全生命周期产出(降本)的技术方案,不宜列入智慧车站的建设范围。运营需求- 管理效益双维度分析矩阵给出了智慧车站技术研究与方案选择的方法论,为辨析适用技术、聚焦研究重点、更好发挥智慧车站建设的示范作用提供基础条件。

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智慧车站技术研究内容

上海地铁在前期运营需求梳理和痛点难点分析的基础上,基于运营需求- 管理效益双维度分析, 逐步聚焦并明确智慧车站技术研究内容,主要包括车站智能运行、设备智能维护、乘车智能引导、人员智能管理和综合业务管理可视化等五个方面。

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图2 智慧车站技术研究内容及其关联关系

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车站智能运行

车站智能运行是指在车站状态全面感知的基础上, 车站机电设备按照预定模式智能调节、自动运行, 满足车站运营管理和乘客服务要求。车站智能运行场景包括车站通风空调系统智能运行、智能照明系统节能运行、智能开关站和智能客运管控等。其中前面三类场景的研究论文较多,不再赘述。

智能客运管控场景服务于车站客运管理人员。系统基于实时客流数据监测和历史客流数据分析,预测后续时段车站客流变化趋势,并提供设备联动控制机制,根据设定的预案调整车站客运组织方案。

(一)设备智能维护

综合应用推理分析、故障树分析、大数据分析、概率统计分析等多种分析手段,构建设备质量评估体系和设备全生命周期管理体系,形成多驱动引擎融合与实时预警的智能设备维护管理系统, 有效提升车站对设施设备的管理能力。智能设备维护管理系统还与单兵设备无缝连接和动态交互, 实现现场数据、语音和视频的集成应用与综合展现,有效提升车站现场设备故障报修和排故能力。

(二)乘车智能引导

乘车智能引导场景旨在为公众出行提供便利和更加人性化的服务,满足公众高质量出行需求。乘车智能引导场景包括两个方面的内容,即基于位置的信息发布和基于最佳候车区域的乘车引导。在车站出入口、站厅、站台和换乘通道,设置信息显示屏,并根据信息显示屏位置发布对应的车站客运服务分类信息,如车站出入口信息显示屏主要发布车站运营服务信息,包括车站运营状态、首末班列车时刻、车站客流实况、高峰客流提示及车站限流通知等,而站厅信息显示屏主要发布站台区域的客流拥挤度。基于站台实时客流密度数据,并结合进站列车满载率和通过历史客流数据分析推算得到的本时段进出站客流预测数据,动态分析测算本时段最佳候车区域。以本时段最佳候车区域计算结果为依据,提供基于位置的最佳乘车路线指示(火灾情况下提供应急疏散路线指示)。

(三)人员智能管理

融合应用蓝牙、超宽带UWB 等室内定位技术,实现车站人员的精确定位和双向互动。以室内精确定位技术为基础,提供车站人员智能管理功能,实现任务派发、执行效果评价和绩效考核的数字化管理;提供站内导航和导盲服务,满足特殊人群服务需求。

(四)业务管理可视化

提供综合管理看板,全景展现车站整体运行态势。基于业务管理需求,综合管理看板包括客运管理看板、设备管理看板、人员管理看板等三个板块, 其中设备管理看板还包括能耗管理分板。综合管理看板以车站业务管理绩效指标为核心内容,辅以仪表盘、图表曲线和基于SVG 的车站全景地图, 为车站业务综合管理提供可视化手段。融合应用BIM 技术,实现车站空间结构和设施设备状态的可视化展现,辅以实时视频图像的联动,实现智能巡站、设备巡检等全新的智能场景应用。研制开发B/S 架构的智慧车站系统集成平台,实现车站状态的全面感知、车站数据的统一管控和车站业务的一体化管理。

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图3 智慧车站整体运行态势感知示意图

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智慧车站示范应用效果

上海地铁以五座车站示范应用为基础, 以运营需求- 管理效益双维度分析为依据, 不断优化智慧车站系统设计方案, 打造车站智慧应用场景, 提升车站运营管理效率和服务水平, 取得阶段性成果。

(一)全面提升车站客运管理能力

提供智能客运管理功能,在客流高峰和突发大客流等情况下,能自动启动相应的处置预案,联动相关设备按照预定方式运转,确保车站客运组织的安全有序和科学合理,降低车站工作人员人工监视、判断和处置的工作量,全面提升车站客运管理的智慧化水平。提供智能乘车引导功能,在丰富乘客服务信息时,实现基于位置的车站信息发布和乘车引导,全面提升车站服务能力和公众出行体验。提供导盲服务,满足特殊人群出行需求。智能乘车引导功能还为均衡列车各车厢客流、在有限运力下提升线路实际运量发挥积极作用。

(二)全面提升车站设备管理能力

正常运营模式下,车站各专业系统按时间表方式自动运行;车站运营场景变化时,系统自动启动对应的场景联动程序,控制相关设备按照预定方式运转,不仅大幅降低人工操作的工作量,还有效提升突发事件处置的正确性和及时性,并同步降低车站能耗水平。

智能开关站场景应用后,典型车站开站时间从先前的35 分钟压缩到8 分钟,不仅极大提升车站运营管理效率,同时也为车站岗位复合创造了条件, 并为繁忙的夜间维护施工留出更多时间。设备智能运维技术和三维可视化技术的融合应用,为设备健康监测、故障预警和快速修复提供全新的智能化手段,可有效降低车站设备故障率,为车站安全运营提供保障。综合管理看板的应用,可全面提升车站整体运行态势的监控能力,为协助车站管理人员聚焦运营考核指标并快速响应处置提供全面而直观的手段。

(三)全面提升车站人员管理能力

应用室内定位技术,实现基于位置的车站人员管理,实现任务动态派发和信息主动上传,为车站人员绩效考核管理提供科学、定量的评价依据。通过人员绩效考评,科学制定岗位复合和管理优化方案,有效降低车站运营管理成本,实现将本增效、管理优化的目标。

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智慧车站技术深化研究方向

智慧车站技术研究与经验积累需要经历螺旋形上升的发展过程。智慧车站技术深化研究的方向包括两个层面,首先是产品技术层面的深化研究, 其次是总体方案层面的深化研究。

(一)产品技术层面的深化研究

目前智慧车站技术的研究与应用还处于起步阶段, 随着新一代信息技术的不断发展,一些目前认为不成熟的技术,将来可能会在智慧车站应用中发挥重要作用。例如采用智能视频分析技术检测乘客行为时,目前的智能分析算法还存在局限性, 误报率较高,实际应用受到限制;但随着算力的增长和模型算法的进化,智能分析结果的准确率将不断上升,基于乘客行为分析的应用场景将远比目前车站应用场景丰富。

(二)总体方案层面的深化研究

事实上,不同车站的客流特征差异显著。以上海地铁为例,虹桥火车站、人民广场等枢纽车站的日均客流超过25 万人次,而望园路、金海湖等部分车站的日均客流不足3000 人次,客流数据差异悬殊。显然,不同客流特征的车站应该采用不同的智慧车站技术方案。对于客流量较大的枢纽车站,应重点研究客流疏导的智能化解决方案,确保车站运营的安全有序;而对于客流量较小的车站,可考虑无人值守或少人值守的智慧车站解决方案,以进一步挖掘管理潜力、降低运营成本。数字化转型和智慧化发展是轨道交通行业的发展方向。车站是轨道交通运营管理的基本单元,智慧车站技术研究是城轨智慧化研究的重要抓手。

智慧车站技术研究与应用应循序渐进,应考虑可持续发展,不可盲目冒进。上海地铁在推进智慧车站技术研究和示范应用的过程中,始终坚持运营需求- 管理效益双维度分析方法,聚焦先进适用技术的研究和融合应用,优先选用性价比更高的智能化技术,通过精选智慧应用场景来解决运营管理中的痛点难点问题,实现智慧车站全生命周期投入产出效益的最大化。

来源:《城市轨道交通》

姜臻祺、张立东、邓冉然,上海申通地铁集团有限公司技术中心

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