面向“一体化”交通枢纽的智能引导设备

时间：2024-07-28

刘硕研，方凯，王静

（中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京 100081）

“一体化”交通枢纽的概念，即在高铁与航空运输系统运转过程中，将高铁作为航空运输的“零高度支线”运作，实现两者之间的无缝隙切换，达到两者共同发展的目的[1-3]。为了实现该概念，我国涌现出一批与民航机场建设在一起的铁路车站，从而有效实现铁路运输与航空运输间的相互协作，将铁路网络与航空网络有效衔接，形成联合运输网络，为旅客提供高效、一体化运输服务的新兴综合运输组织模式。

目前我国空铁联运车站分为零换乘与紧邻式两种模式[4-6]。零换乘模式的车站与航站楼毗邻或在航站楼地下，旅客换乘距离短，例如北京大兴机场站，旅客从候车厅通过一条主通道抵达航站楼；紧邻式模式的车站与航站楼相邻，旅客换乘距离相对较长，需要特定的通道才能通行，例如海南环岛高铁上的美兰机场站，与海口美兰机场T1 航站楼以及T2 航站楼前的廊道相连，通往航站楼的换乘通道全长320 m[7-8]。

为能容纳两种交通模式，空铁联运车站一般占地面积都较为庞大，无论是零换乘还是紧邻式模式，乘客的换乘路线都较为复杂，若没有引导指示设备，旅客需耗费大量换乘时间，如何在庞大、复杂的区域内便捷换乘是目前亟待解决的问题。本文提出一种智能引导设备，该设备不同于传统的查询机，无需旅客点选等操作，以一张“脸”知行程的理念，通过旅客的人脸特征为其提示下一段行程的具体内容，如检票口、开检时间等，同时展示旅客当前位置到检票口的最短路径，旅客也可扫描设备上展示的二维码，通过手机进行智能引导，从而实现真正的“一体化”交通，为旅客提供便捷无扰的换乘服务。

1 智能引导设备软件流程和主要功能

1.1 智能引导设备简介

智能引导设备安装放置在空铁联运车站客流输入输出的重点区域。该设备配备3 块显示屏，具体机型如图1 所示。

图1 智能引导设备图示

该设备上面的显示屏主要进行广告投放，左下显示屏通过人脸识别或身份证件识别显示旅客乘车信息并支持引导前往相关位置。右下显示屏主要用于车次显示、语音客服、站内查询、搜索周边、查车次、问询、退改签、爱心服务功能。3 块显示屏独立运行3 个系统，触控体验更便捷智能、供电独立、网络互通，支持多种无线传输方式。

1.2 软件流程

智能引导设备的软件流程如图2 所示。

设备感知距离屏幕1 m～3 m 内有旅客停留，即唤醒系统，启动设备上方的摄像头进行人脸检测，如果持续15 s 未检测到人脸，系统自动切换至休眠或低功耗工作模式；否则启动设备中的摄像头拍摄屏幕前方旅客的正面人脸照片，并将人脸照片剪裁成适合人脸比对的大头照传送给人脸比对平台，平台通过人脸照片查询到其相应的证件号码。此外，旅客也可使用身份证、护照等唯一身份标识证件，如果设备检测到身份证件，读卡器被触发，识别所读取证件的证件号码。智能引导设备根据证件号码进入后台查询系统，查询该乘客的旅程信息。

图2 智能引导设备软件流程

1.3 智能引导设备的主要功能

自助查询机以“畅通融合、智能便捷”为理念，采用无接触式智能查询，实现刷脸知行程，旅客仅需站立在智能引导设备前若干秒，设备即利用人脸活体检测技术，主动提示旅客下一段行程的具体时间，并进行路径引导，使得旅客可全程无忧候车，不误点、不漏乘。该设备可提供开检时间、乘车引导等信息，全方位、多层次、图形化、智能化地满足旅客的候车需求。

（1）乘车查询

旅客站立于智能引导设备前，摄像头自动识别人脸进行查询。同时，旅客也可用身份证件在智能引导设备的身份证件识别区域进行识别。设备通过人脸识别或刷身份证件的方式显示乘客乘坐的车次信息及相关位置，并对到达相关位置进行路线规划（在地图上展示当前位置到目的位置间的路线指引）。

（2）车次列表

显示当前车站的车次信息，内容包括车次名称、终点站、出发时刻、候车室、检票口、状态、站台（该数据通过调用铁旅大屏车次数据接口获取），并支持车次数据的动态刷新。

（3）站内查询

查询车站内的候车室、检票口、售票处、站内服务（饮水间等）、公共设施（卫生间等）等信息。

（4）语音客服

支持问询站内候车室、检票口、售票处、饮水间、服务台、卫生间等的位置。例如，旅客描述“检票口”，机器识别到“检票口”后显示搜索结果页面。

（5）查车次

旅客可输入想要查询的车次，并点击确认。显示屏会显示查询车次的始发站、终到站、候车室、检票口、出发时间、状态等信息。

（6）搜周边

旅客可搜索车站周边的“美食指南”、“交通出行”、“宾馆住宿”、“超市购物”等信息，选择相应的类别后显示该类别下的信息列表，选择列表中某一项后显示地图并在地图中标注所选位置。

（7）问询

提供一些常见问题和相关规章的查询。常见问题包括车票、改签、退票、上车；相关规章包括挂失补办、进站须知、特殊服务、遗失物品、禁带品须知、接送站事项、行李搬运等。

（8）退改签

退改签中显示车站的服务台、退改签窗口、值班室等服务窗口信息。

（9）爱心服务

爱心服务显示车站的母婴室、饮水间、公共设施等信息。

（10）智能查询机位置导航

点击车次列表的检票口或候车室、站内查询/退改签/爱心服务中的显示项、语音客服中的返回结果列表页上的结果项、查车次后的查询结果页的检票口均可进行导航。

（11）手机端位置导航

使用手机微信扫描智能引导设备导航页的二维码，可进行手机端位置导航，方便旅客前往指定位置。

2 智能引导设备的关键技术

2.1 数据交互方案

智能引导设备需要获取多个系统的数据，具体数据交互方案如图3 所示。

图3 智能引导设备数据交互

智能引导设备上配备有摄像头，有效覆盖1.5 m～1.9 m 常人身高，角度内置可调。设备通过摄像头采集旅客的人脸图像，并将图像传递给后台的人脸比对平台。人脸比对平台具有人脸活体检测功能，避免不法分子使用照片或视频等方式盗取他人的行程信息。通过人脸数据库查询到该旅客的真实身份信息（如身份证号、护照号等身份唯一标志）。设备依据唯一标志，分别在高铁和机场平台中查询该旅客下一旅程的详细信息，如车次状态和检票口信息，并根据后台的导航服务器，将旅客的下一段行程和行进路径显示在左下显示屏。乘客也可扫描屏幕上方的二维码，使用手机进行导航。智能引导设备的右下显示屏，实时滚动显示从高铁和机场平台查询到的铁路车次信息和民航航班信息（正晚点、候车地点）等与其相关的旅程信息。

2.2 人脸活体检测

人脸检测以其采集方便、易于识别等特征，逐渐成为目前非接触身份认证的主要方式。然而在应用场景中一些人用照片、视频、人脸模型等方式进行人脸复制，欺骗系统，从而使得人脸认证性能低下。为此，本文采用通过描述人脸细微动作进行人脸活体检测的技术，避免照片欺骗等威胁。

离散余弦变换（DCT，Discrete Cosine Transform）[9]能够将活体真实人脸图像的大部分重要信息映射到DCT 域低频部分，而高频部分大多为噪声。由于照片、模型中的人脸不具备细微动作的可能，那么在获取人脸连续的、一系列细微动作的过程中，可以获得一些线索来判断是否是真实的人脸，如眼睛眨动、嘴唇的离合、面部肌肉细微动作以及人脸周边场景的细微变化。我们将其投影到DCT 域的低频部分，过滤掉高频噪声，随后进行均值滤波、直方图均衡，用SVM 分类器能较好地将真伪人脸区分开来。

设f(i,j)为空域中一幅分辨率为M·N的人脸图像，则其对应的DCT 变化如公式（1）所示：

其中，

3 现场使用情况

该智能引导设备目前已在北京大兴机场站投入使用。北京大兴机场站是京雄城际铁路的主要车站之一，旅客可在该车站换乘高铁（城际）、城轨、飞机3 种交通模式，是真正意义上的“一体化”交通枢纽。航空换乘城际：由地面航站区进入地下一层换乘通廊，通过开放式进站口进站检票，进入二层站台乘车；城际换乘航空：在地下一层南北区出站，通过换乘通廊向上进入航站楼。虽然站内安装部署了许多引导指示，但乘客真正置身其中，还是很难准确找到换乘方向。为此，需在站内的诸多区域部署智能引导设备，旅客可随时通过该设备的便捷引导进行换乘。现场使用情况如图4 所示。