浅析铁路智能旅客车站系统的现状和发展

叶年发 杨 岗 严 瑾 程智源

(1. 中国铁路经济规划研究院有限公司， 北京100038；2.中铁二院工程集团有限责任公司， 成都 610031)

近年来随着云计算、大数据、物联网、人工智能等新技术的发展，人类社会逐渐迈向技术与产业深度融合的智能化社会，各行各业都开启了运用高新技术对传统产业进行改造的进程，催生了智慧机场、智能交通、智慧工厂、智慧物流、智能楼宇等多行业的智能化建设[1]。

铁路旅客车站作为铁路与旅客的交互窗口，具有非常重要的地位。随着新技术的发展和业务优化需求的激增，智能车站的概念应运而生，如何构建智能旅客车站是未来铁路发展的重要研究课题[2-3]。

目前，国内外对于智能旅客车站都进行了一定的研究和应用，法国铁路公司通过在大型客运站设置信息服务中心，实现了各信息子系统之间的信息共享，有效提高了生产效率和服务质量[4-5]；德国铁路公司提出了铁路4.0规划，通过APP优化乘客购票、换乘体验以及故障设施的自动诊断和报警，实现了车站旅客服务与管理系统的一体化管理[6-7]；日本铁路公司开发了面向旅客服务的车站综合服务信息系统CyberStation，与新干线运行管理系统和客票发售系统互联互通，并通过互联网实时地向旅客提供各类信息服务[8-9]；瑞士联邦铁路公司将扩展车站数字服务视为一项重点任务，与谷歌、苏黎世联邦理工学院等合作伙伴共同开展车站数字化建设研发工作[10]；我国对于智能车站的研究走在世界前列，目前已基本实现了自助化旅客服务，特别是近期的智能京张、智能京雄等工程，将智能车站的研究引入了新的发展阶段，取得了瞩目的成就。

综上所述，铁路旅客车站智能化发展是大势所趋，本文将对智能车站的系统构成进行剖析，提出系统架构，并对智能化具体功能进行构想，对智能车站的发展趋势进行展望，对构建信息系统高度集成、数据信息充分共享、设备设施协同联动、技术业务深度融合的智能车站研究具有一定的指导意义。

1 智能车站系统构成

智能车站系统采用“一个核心，三大领域”进行架构，即以铁路智能大脑平台为核心，采用云计算、物联网、人工智能、大数据、BIM等新技术，建设各类信息化和智能化系统，以实现建造智能化、设备智能化、运营智能化的目标，满足勘察、设计、建造、运营、维护全生命周期的智能应用需求。智能客站大脑是铁路智能大脑的重要组成部分,系统架构如图1所示。

图1 智能车站系统架构图

1.1 铁路智能大脑平台

铁路智能大脑平台作为铁路智能车站的核心，提供平台、数据和计算功能，在此基础上建设各专业领域的智能应用。铁路智能大脑平台统一处理车站各专业的相关数据，为智能建造、智能设备、智能运营等领域的智能应用提供决策支持。

铁路智能大脑平台利用中国铁路主数据中心相关资源，由基础服务平台、大数据资源池、智能计算三大部分构成，平台架构如图2所示。通过搭建生产组织、安全卡控、应急处置、设备监控、服务旅客五大业务版块，以“系统智能”为引擎，利用模型化、自动化、智能化的手段对车站运营维护管理业务和服务进行模型构建，实现铁路旅客车站运营维护可视化、设备管理智能化，保障车站所有设备、设施、系统、人员、作业的高效运转。

图2 智能大脑平台架构图

1.2 铁路车站智能建造

通过运用多项技术融合，实现铁路旅客车站相关专业的勘察设计、建造施工等过程的“智能化”、“信息化”管理，全面提高生产、管理效率。如基于BIM的铁路车站建设管理系统和智能化辅助施工系统等。

基于BIM的铁路车站建设管理平台借助智能大脑平台所提供的应用服务和全业务数据，实现对旅客车站的勘察、设计、工程进度、质量、安全、投资、环境等建设管理目标的全过程、全要素、全生命周期精细化管控，包括施工工艺工法仿真模拟、工程质量监督反馈、进度推演预警、三维作业指导、材料设备精密诊断、设计仿真分析、设计复核、工程方案选择等。根据需要选取BIM设计的工程范围，为施工与运维的信息化管理提供信息载体模型。

智能化辅助施工系统综合应用新一代智能化技术，通过自动感知、协同互动、自主学习和智能决策等手段，实现施工过程的透明化、可视化、智能化管理，提高施工的精细度、质量、工艺、效率，形成和谐共生的工程建设产业生态环境[11]。

1.3 铁路车站智能设备

智能设备基于人工智能、大数据以及故障预测与健康管理等技术，可实现车站设备设施全自动、全天候、可预判的自我感知、自我诊断、自我决策、自我适应等自主处理能力，包括智能旅客服务信息系统、智能消防系统、智能建筑设备监控系统等。围绕客运车站内的设施设备，运用感知与智慧等技术手段，以铁路技术设备的智慧化为目标，提高对车站安全的分析掌控能力和运营维护效率。

智能旅客服务信息系统使用现代计算机网络技术对旅客服务设备进行全面智能化集中管控，实现客运广播、综合显示、视频监控、时钟等子系统的联动控制与信息交互，为车站安全、高效的生产运营管理提供自动化手段，通过及时、准确、完整的信息筛选与分析，提高服务质量，降低运营成本。智能消防系统通过物联网、大数据、云计算等技术，构建包含远程控制、消防管理、应急处置、安全评估功能的智能消防系统，实现动态感知、精准防控、风险预警、灾情处置等功能，有效加强消防设施监管，落实消防职责，预防灾害事故。智能建筑设备监控系统主要包含客运专用设备(含电扶梯等)、空调、给排水、照明、动环等各类设备运行状态的实时监控、自动化运维管理与联动、设备能耗监控与分析等功能，可有效提高设备寿命、降低设备故障率，便于管理，有效节能。

1.4 铁路车站智能运营

智能运营包括智能客票系统、智能客站旅客服务与生产管理平台、站城一体化综合交通枢纽智能平台等，通过各种智能运营技术，全方位保障车站高效运营和生产安全，也为旅客舒适出行提供了技术支撑。

智能客票系统通过拓展空铁联程票、常旅客优惠票等多种票式，实现全面电子客票、无感进出站检票等多种手段，增加旅客购票的便捷性，引导旅客智能出行。

智能客站旅客服务与生产管控平台按照旅客服务、生产组织、安全应急、绿色节能四大板块，利用铁路智能大脑平台提供的软硬件资源，从铁路相关系统获取基础数据，对数据进行深度挖掘和再利用，实现智能旅客服务、智能生产组织、设备智能管理、风险智能预警等功能，进一步提高智能车站的智能化和集成化水平[12]。智能客站旅客服务与生产管控平台系统总体架构如图3所示。

站城一体化综合交通枢纽智能平台立足于城市格局，充分考虑城市环境布局、人文场所协调，将铁路、地铁、公交、商业区、停车场等各类机构数据信息共享、挖掘、有效融合，更加高效地利用综合体内的各类资源发布信息，实现运力需求提前预测、运力资源智能调配、需求预测提前感知等功能，实现对综合体内各类区域作业、人员、设备状态、室内环境监控的综合管理，并完成对应急事件的联动处置，满足各业务单位运营维护需求，满足旅客多样化需求，为旅客提供舒适的出行、购物、休闲环境。同时，使铁路交通枢纽与城市交通体系结合得更加紧密，为旅客提供更准确的交通数据、更及时的交通路况信息，提高换乘效率。站城一体化综合交通枢纽智能平台如图4所示。

2 智能化功能

基于“一个核心，三大领域”构建的智能车站系统，可从出行服务、生产组织、安全保障三个方面进行智能化建设，本文将介绍旅客车站智能化的主要功能，并通过与现有系统或技术的对比分析，提出车站智能化建设的发展方向。

2.1 智能出行服务

将新技术应用到旅客车站智能出行服务中，实时收集旅客对车站服务的用户评价、调查反馈等信息，对相关数据进行分析评价，将新技术与旅客的实际需求相结合，优化客运服务流程和服务设施设置方案，从而提高用户的满意度。从购票服务、进站服务、检票乘车、出站换乘、延伸服务等多个方面为旅客提供个性化、人性化的智能出行服务，全面提高旅客的出行体验。对比目前的旅客出行服务建设标准，智能出行的预期目标如表1所示。

2.2 智能生产组织

将新技术应用到旅客车站的生产组织中，优化生产组织流程和相关设施，采用实时监测、智能运维、工程动态监控、设备全生命周期管理等智能生产组织手段，有效提升生产组织效率，降低运营维护成本。对比目前车站的生产组织建设标准，智能生产组织预期如表2所示。

2.3 智能安全保障

将新技术应用到车站安全保障中，实现数据共享、自动预警、安全疏散和辅助决策，有效保障旅客安全。对比目前车站的安全保障建设标准，智能化建设的预期目标如表3所示。

图3 智能客站旅客服务与生产管控平台系统总体架构图

图4 站城一体化综合交通枢纽智能平台图

3 发展趋势

智能车站的发展依托大数据、云技术、物联网、BIM、人工智能等多种新技术，通过新兴技术的综合应用、集成创新，实现智能车站的整体目标。

3.1 新技术应用

(1)大数据

智能车站系统通过数据挖掘、关联与分析，对旅客信息、设备状态进行全方位大数据分析，实现危险预警、辅助决策、设备全生命周期管理等功能，从高效运行、安全可靠、绿色节能等方面建立评价机制，实现智能车站系统的高效运行和科学管理。

(2)人工智能

通过深度学习、边缘计算等人工智能技术，对车站重点区域的前端设备进行智能化改造，实现基于人脸识别的自助实名制核验系统、客流趋势监控、客流分析预警等功能，提供更加智能的候车服务，优化客运组织流程。

(3)物联网

物联网基于互联网以及各种信息传感器、射频识别技术、激光扫描装置和技术等，实现所有能够被寻址的物理对象互联互通，实现对车站设备的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

(4)云平台

采用虚拟化、分布式存储、网格等技术，将网络中的计算资源和存储资源整合在一起，集合协同工作构成共享存储资源池，通过构建云平台数据中心，提供高性能、高可靠、不间断的数据存储、数据访问、数据处理等功能的系统服务。

表1 智能出行技术分析表

表2 智能生产组织技术分析表

表3 智能安全保障技术分析表

(5)BIM

结合 BIM 和地理信息系统(GIS)的优势，推进旅客车站工程建设过程的三维可视化应用，对项目信息进行高效采集、存储、传输、检索、处理、计算等，提高项目管理效率。在建设阶段，实现对勘察、设计、工程进度、质量、安全、投资、环境等建设管理目标的全过程、全要素精细化管控。在运维阶段，实现具有可视化远程沉浸式特点的运维管理模式。

(6)生物识别

采用图像及语言处理、视频智能分析等多种技术，对旅客的指纹、声音、虹膜、脸形、步态等生物特征进行识别，将识别结果与旅客购票信息、身份信息以及公安部门的黑名单进行对照分析，保障已购票旅客的正常安全出行，并对异常旅客进行追踪和预警。

3.2 智能车站预期成效

基于以上新技术构建的智能车站系统，通过铁路智能大脑平台，对旅客服务、客运管理、设备管理和客站应急指挥等应用进行深度集成，通过数据库、应用服务、界面和用户的深度融合，实现旅客便捷出行、自助服务、安全保障、生产组织、绿色节能的全方位智能化。

(1)旅客无障碍便捷出行

通过将新技术与旅客的实际需求相结合，优化客运服务流程和服务设施，从购票服务、进站服务、检票乘车、出站换乘、延伸服务等多个方面为旅客提供智能出行服务，有效提高旅客出行效率。

(2)人性化无缝自助服务

通过基于AR的站内导航服务系统、智能引导服务机器人、环境舒适度监控、信息咨询APP、延伸服务等功能，为旅客提供人性化自助服务。

(3)车站安全实时监控

通过对站内环境质量分析、聚集密度分析、异常行为分析等功能，对客站设备进行智能监控，依据客运生产组织需求，实现设备全生命周期管理，对重点区域和设备的安全要素进行监测、分析与预警，做到事先预警、快速处置，有效保障旅客安全。

(4)生产高效组织

通过应用新技术到旅客车站生产组织中，优化生产组织流程和相关设施，实现实时监测、智能运维、工程动态监控等智能生产组织手段，实现业务全流程可视化，有效提升生产组织效率，降低运营维护成本。

(5)全面绿色节能

利用新技术对车站用能进行统计、分析、报警，构建车站智能设备能耗监控与分析系统，为车站耗能管理提供决策依据，实现更精细化的节能管理，有效降低车站的能源消耗，实现全面绿色节能。

4 结论

本文提出了智能车站“一个核心、三大领域”的系统构成，从智能出行服务、智能生产组织、智能安全保障三个方面，对比分析了智能车站的业务功能，进一步研究和探索了智能车站系统的发展趋势，可为铁路智能车站系统的建设提供借鉴。