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南京地铁智慧车站建设探索与思考

2021-11-02  xusl2


南京市作为长三角特大城市和江苏省省会,交通区位优势明显,轨道交通已成为城市及都市圈出行的重要方式。南京地铁2020 年底网络化运营里程为378 公里,在建线路里程为206 公里,公交分担率达60%,年总客运量7.9 亿多人次,在城市经济社会高质量发展中起着举足轻重的作用。

进入“十四五”以来,南京地铁集团站在新的发展起点上,立足新发展阶段、贯彻新发展理念、融入新发展格局,乘势而上开启了高质量发展新征程。深入贯彻《中国城市轨道交通智慧城轨纲要》,在全面推进智慧城轨建设中,积极探索, 勇于实践,统筹规划,系统设计,绘制了智慧城轨发展蓝图,在运营、在建及规划线路中有序开展智慧化建设。尤其是,把体现“以人为本”和《纲要》智慧乘客服务体系的车站作为建设重点, 按照“优质服务、便捷出行的窗口,安全高效、绿色节能的平台,创新发展、践行智慧的示范” 要求全力推进。经过充分调研和酝酿,选取4 号线与7 号线的换乘站——草场门站为试点,从智慧乘客服务、智慧站务管理和智能设备运维三个维度,打造集成化、多功能智慧车站,实现了出行更便捷、运营更安全、管理更高效。

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智慧车站研发的主要思路
智慧车站试点工作以实现“站务管理自动化、设备运维智能化、乘客服务自助化”为目标,将云计算、大数据、人工智能、物联网等先进技术与地铁业务深度融合,针对车站运营场景进行梳理, 围绕视频监控、视频分析、设备系统自主协同控制, 形成一体化智慧车站控制系统。试点站建设聚焦于以下几个方面思路开展研发设计: 
  1. 建设智慧车站运营管理系统,对接多个智慧子系统,增设视频分析、智能运管、环控策略及大屏可视化等业务,改造典型出入口的卷帘门等机电设备,开发满足车站辅助运营的智能化场景。

  2. 智慧车站在车站系统及设备运行状态的实时监控、车站环境/ 客流/ 突发事件的实时感知、车站的自主运行、自助化个性化乘客服务等方面开展重点研究。

  3. 自动开关站、基于视频分析的车站自动巡检以及基于智慧照明灯联网的定位网络等技术应用, 切实提升车站智能运营管理水平。

  4. 乘客从进站到出站,可以方便查询全方位的交通信息服务,精准制订交通解决方案,利用站内电子地图导航,可选择的人工智能服务增多,便利性和科技体验感增强。

  5. 站务与运维人员通过智能化推送显示,能及时掌握车站系统整体运行状态,发现各类报警信息, 可同时处理多个系统问题, 应急处理时间缩短, 运营压力减轻,提高运营效率和安全防控能力。


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智慧车站主要功能
智慧车站总体架构是:“1 个平台+3 大模块+12 种功能”。智慧车站在综合监控系统中增加智能运管系统、智能分析系统,设置统一信息展示和交互的综合管理平台。智慧车站主要功能体现在智慧乘客服务、智慧站务管理、智能设备运维三大模块,包括12 种主要功能。

  1. 智慧乘客服务模块主要包括站内定位导航、智能语音售票、云购票、智慧安检四大功能,为乘客提供一个全新的智能乘车体验车站。

  2. 智慧站务管理模块包括车站工况感知、客流状态感知、智能化场景、车站异常智能识别功能。利用现有综合监控平台打通各专业壁垒,接入融合各智能子系统的数据,为运营站务人员提供智能视频分析、安防集成管理、客流预警、事件告警、信息发布、平台可视、一键开关站等智能化应用。

  3. 智能设备运维模块由若干子系统组成,通过一系列智能化创新技术手段实现车站智能化提升, 主要包括智慧照明、供电巡检机器人、电扶梯智能诊断、站列间隙夹人智能监测等。


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智慧车站特点
(一)车站态势全息感知

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基于数字孪生技术对车站站厅、站台、出入口、设备房、办公区等主要区域进行3D 建模,构建三维车站模型,实现对各子系统、车站环境、设施设备、人员、客流的状态全方位感知与集成管理。根据车站不同子系统的重要程度及子系统内关键设备是否存在故障计算出全站的运营状态;对设备在线状态,列车到站信息,设备实时状态统计信息(智慧照明、健康扶梯、智能环控等)全面显示;对出入站客流实时统计,形成车站各区域客流密度热力图;显示车站各区域温度、湿度、PM10、CO2 浓度、车站气象状态等,并根据所有环境指标综合计算出乘客舒适度指标;集成CCTV 摄像头监视,点击摄像头实时预览监控画面,车站公共区域全覆盖;汇集车站各专业系统告警及故障信息,并通过AI 技术识别与筛选后推送。

(二)智能化场景监控

智慧车站以车站综合监控系统为基础,依托于综合监控车站联动场景,将BAS、FAS、AFC、PSD、PIS、CCTV、低压照明等各系统间信息集成、数据共享、协调联动,提供车站站务的辅助管理,满足开站/ 关站管理、运营管理、施工管理、运营应急联动等智能化运营场景需求。

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(三)智能异常场景识别

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智慧车站系统借助多类型传感器,通过一系列人工智能技术,对相关运营数据进行实事监视与分析,并在异常事件(乘客摔倒、扶梯逆行、异常逗留、站台端门异常开启等)发生时自动推送报警信息, 实现多专业联动处理,保障运营安全稳定。

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术亮点
(一)精准服务的智慧照明叠加地下空间定位导航

南京地铁智慧照明基于物联网技术,研发抗拥塞网络协议,在LED 照明的基础上对灯具增加智能化控制芯片,将灯与灯进行互联,自动感知客流与环境光线变化,实现低延时、自组织、大规模、无感无级调光控制,适应不同工况下的照明需求, 让能源的使用更加智能高效。该技术于2018 年通过住建部“绿色照明科技示范工程”验收,已推广到南京地铁多条线路上应用。此次草场门智慧车站方案中,应用了智慧照明技术,并且借助智慧照明自有的通信技术,在车站内形成一张定位网络,每一盏灯都是一个定位点,实现了定位导航功能。定位网络不仅用于对乘客出行导航服务, 还用于站内工作人员管理以及车站施工管理,特别是轨行区作业时,对可能阻碍行车的大型工具也可进行定位,防止遗漏在轨行区。

(二)高度集成的智慧车站运营管理平台

南京智慧车站系统平台是以既有的综合监控系统为基础,新增客流分布、环境监测、扶梯智能监测等系统和设备接口,新增状态感知、数据管控、自动运行、智能诊断等软件功能模块,升级改造搭建的智慧车站运营管理系统。其依托于综合监控系统、智慧支撑子系统,将物联网、智能视频、运营管理、设备维保、客运服务等数据深度融合,通过技术手段进行全面分析、综合利用,结合车站3D 模型, 通过数据可视化技术向中心调度、车站运营、客运服务、设备维保等人员提供符合其岗位特点和简洁高效的管家式车站运营场景,通过建立知识库,提高车站应急和运维水平,最终实现车站设备管理自动化、检修智能化、乘客服务自助化。

(三)功能强大的智能巡检机器人 

供电系统智能巡检机器人的应用,替代人工巡检, 让运维更智能、高效、安全、经济。智能巡检机器人具有自主移动、智能识别、综合分析的优势, 实现7*24 小时不间断、高频率巡检,实时获取大量数据;利用智能巡检装置搭载高清可见光相机, 实时获取设备及环境图像,结合基于深度学习的图像识别技术,实现对设备运行状态的实时、自主获取;利用智能巡检装置搭载局放传感器,获取电力柜局部放电数据,结合局放图谱库实现对设备局放的实时在线监测;巡检自动生成报表, 并具备报表统计和历史数据回溯功能,对设备运行状态趋势进行分析预判,达到故障预警作用。

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智慧车站试点效益
草场门智慧车站试点项目于2020 年5 月启动,利用全自动无人驾驶7 号线建设契机,对老线4 号线车站进行升级改造,于2020 年底完成建设。智慧车站投入运行后,乘客服务质量明显提升、运营效率明显改善、运维成本明显降低。南京地铁在全线网16 个主所投入33 台巡检机器人,相对人工巡检模式,33 台机器人以8 年全寿命周期计算, 预计节省成本约1450 万元。智慧照明节电率达到75%,全线网目前已投用约1.5 万盏智慧照明,按现行电价,五年可节省电费近500 万元。车站异常智能识别的异常预警实时推送给站务人员,响应时间在1 分钟内,远快于传统站务人员通过定时巡检、翻看摄像头发现问题的速度。语音购票功能降低了购票操作难度,减少购票时间,经随机测试, 购票时间从30.64 秒降低至11.85 秒,减少幅度61.3%。智慧安检减少了乘客排队等待进站时间, 瓶装液体、管制刀具等违禁物品识别准确率达到95% 以上,相对于传统目视识别,检出率大幅提升。

“智慧城轨”建设时代,南京地铁通过融合多种新兴技术、汇聚各地多方优势资源,基本实现了智慧车站试点目标。智慧车站建设仍处于探索和试点阶段,对于未来的推广应用和新线建设,思考如下: 

  1. 智慧车站在特定功能软件匹配、系统整合数据分析、系统自我学习更新、建设与后期维护之间的差距等方面存在诸多挑战,只有不断应用、丰富与完善,智慧车站效能才能实现最大化。

  2. 智慧车站智慧化系统云架构可与生产管理云有机融合,打通与运维管理平台、资产管理平台等不同专业平台间的数据壁垒,实现数据交互,为设备全生命周期管理和智能运维打下基础。

  3. 智慧车建设为轨道交通车站建设和运营提出了新的改革方向,多方位简化了工作流程,应加强对传统运营管理业务流程进行再造与优化,建立与智能化水平相适应的运营组织方式,使智慧车站建设实现预期效益。

  4. 智慧城轨建设需持之以恒推进,作为首个获得国家发改委批复规划的跨省都市圈核心城市,南京地铁今年还向中城轨协会申报了《南京都市圈智慧市域快轨示范工程》,通过智慧赋能推进“轨道上的都市圈”的先行先试,为南京都市圈轨道交通高质量发展做出积极努力。

来源:《城市轨道交通》

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