天津三号线轨道交通运营有限公司 天津市 300000
摘要：随着国内城市轨道交通的快速发展，提升车站客运管理、联动能力和车站管理效率，已逐步成为未来车站发展趋势和建设要求。为此，将BIM（建筑信息模型）、视频监测、人员定位、设备监控、远程排故等技术相结合，研发了智慧车站运营指挥系统。
关键词：地铁；智慧车站；运营指挥系统
前言
地铁是由人员、设备、管理和环境组成的一个复合的、多层次的综合系统，超大客运量常态化在不断考验车站总体的安全治理能力。客流不仅冲击重要换乘车站，同时使新线与旧线运能不匹配的矛盾更加突出。随着国内城市轨道交通的飞速发展及客流量的增加，也暴露了设备运行强度大、维保人员工作量增加、夜间维护窗口时间较短等一系列问题，对当前运营设备维保工作提出了更高的要求与挑战。在当前环境下，地铁运营始终面临着运营安全的挑战、乘客服务的挑战和运维保障的挑战。
1智慧车站运营建设的意义
智慧车站以实现全自动运行为目标，车站运营管理实现少人或无人化运营。应用新技术新设备，实现更加安全、可靠的车站自动运行体系。提高运营管理效率，提升乘客服务质量。车站是轨道交通运营管理的基本单元，是服务于乘客出行的公共窗口，通过智能化、信息化等技术的应用，提升乘客的出行体验；智能安检、智能导乘、问询。现有车站各系统孤立，不能互联互通，操作不便利；乘务、站务、巡检等业务以人工为主，迫切需要引入信息化、智能化等手段，提升运营管理效率，降低人员数量及成本；一键开关站、智能视频分析。车站以实现全自动运行为目标，应用新技术及新设备，提高车站运行的安全性和可靠性；车站全息感知及状态可视化、车站自动化运行、一键开关站、智能视频分析。车站运营管理业务复杂，客运、票务、维修人员众多，迫切希望引入新技术及手段，提高车站的自动运行能力，提升乘客的自助服务能力，减少车站各项管理及服务人员数量。
2功能设计
2.1客流实时监测与预测
将接入车站的高清视频流数据、车站周边视频数据和移动视频数据等，运用视频分析技术，实时识别区域内的客流密度、流向、速度等信息，绘制客流热力状态图，并将数据叠加到BIM车站模型，实时反馈客流拥挤情况。连接5G网络，从电信运营商的基站获取手机动态测量信息，通过解码分析获取手机当前扫频信息，并与仪表测量值进行比较，获取手机所在网格。由手机扫频定时器信息，不断进行更新，建立动态基础手机位置数据。通过AFC获取进、出站客流及历史客流情况，提供客流实时监视功能；并结合实时客流和历史客流，进行客流动态预测分析，提前预知可能的大客流情况，便于指挥人员及时调整客流和行车的组织策略，为乘客提供更好的服务。
2.2应急客流组织与行车组织
目前调度员只能通过CCTV（闭路电视）画面查看客流情况，且同时查看画面数量有限；当线路上突发大客流时，调度员只能凭据经验选择运控策略。在本系统中，采用手机信令、视频分析等多种手段采集关键点客流信息，并根据实时客流信息，启动相应的应急预案进行客流疏散。对线路行车信息实时监视，通过与线路信号系统接口，获取ATS实时列车运行信息，从而掌握列车运行动态；根据车站及场馆周边不同的客流场景，及时调整组织策略，根据不同的应急预案，采用可视化BIM的方式，展现出、入口的开放/关闭状态；利用蓝牙定位技术，在车站模型中提供站务人员定位功能，实时掌握站务人员到位布岗情况；动态设置栏杆开启/关闭，调整客流流向，以便实现客流与列车的动态调整，联合指挥。根据运营策略和实时客流数据，实时跟踪交路配比、每个交路车辆对数、运行间隔以及备车数量等配置。
如果发现客流和运营策略不匹配，及时预警并给出相应的调整建议，供网调决策后下发线路调度执行。
2.3 AR远程排故
主要功能：①第一视角画面多方共享，沉浸式的通信体验如同亲临现场；②冻屏标注、实时标注，远程用户可以一键暂停通信画面或直接在画面上进行实时标注，指导结果将同步展现在现场用户视野中；③多方、多终端协作，多人通信支持一对一、一对多、多对多等各种场景，且用户可以自由选择接入通信的终端设备；④支持在通信过程中传输多种类型的文件，包括文档、图片、视频等；⑤可以直接记录、保存现场一手数据，并对任务状态进行实时跟踪，便于信息的管理与追溯。
3关键技术
3.1三维热力图绘制
具体方法如下：1）从服务端获取绘制热力图所需的基础数据，包含客流关键位置坐标点、区域范围、客流密度值、热力图形状类型等。根据每个坐标创建一个二维数据，数组长度为数据中区域范围的大小，数组的值根据客流密度值和形状进行计算，使数组的值从中心到边缘平滑变化，中心大，边缘小，之后将所有点绘制到画布上，每个点给予较低的透明度。2）获取画布每个点的位数据，根据其alpha值（alpha∈［0，255］）的大小，计算每一位r，g，b（颜色标准）的值，得出所有新的位数据；然后重新绘制，使之呈现红色至蓝色渐变。对所有点数据进行计算，得出每个点的密度值，依据密度值由低到高绘制点数据。3）创建一张图片，大小与区域范围等比，根据上一步生成的数组，为图片相应的像素点赋值颜色，将创建的图片赋值到3D平面上，就可以在3D场景中显示出热力图效果。
3.2三维场景定位
实现三维场景定位需要由3部分组成：①工作人员佩戴的手环，负责发送定位数据；②在车站中安装的基站，负责接收数据；③定位引擎软件，负责数据处理。即通过基站实时获取手环定位坐标信息，定位引擎软件，根据三维地形三个坐标的最值建立其外切长方体，并以多维数组形式存储长方体顶点坐标，计算各顶点变换后坐标。在三维场景中计算得出地形值（X，Y，Height［x］［y］），从而把获取到的数据转换为三维场景坐标系的坐标，由于模型是按实际比例1：1建模，处理数据不需要进行比例转换。定位技术中的难点是将手环发送的实时坐标信息进行分析和过滤，从而在三维场景中实现虚拟人物的自动寻路。自动寻路采用A*算法。该算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的方法，其公式为F（n）=G（n）+H（n），其中F（n）是节点n从初始点到目标点的估价函数，G（n）是在状态空间中从初始节点到n节点的实际代价函数，H（n）是从n节点到目标节点最佳路径的估价函数。找到最短路径条件关键是H（n）的选取。在本系统中，手环发送的实时坐标信息的频率是每秒3个坐标点，所以只需从3个坐标点中计算最佳估价（距离）即可。把计算后的最佳坐标数据赋值给三维人物模型，模拟人物沿着计算好的路径移动。考虑到数据异常情况，需对定位进行容错处理。若最新数据距离当前位置过远（或消失），在视觉定位失效时，利用前一帧位置信息和后续合格数据进行加速度积分运算，估算人物模型所在位置，补全缺失数据。这样可以有效处理快速移动和移动延时的问题。
结束语
介绍的智慧车站运营指挥系统，实现了在客运组织、客运服务、客流分析上的深化管理，并初步实现了智慧运营、智慧服务、智慧维保。该系统的成功上线，对于我国进一步推行智慧地铁建设具有一定的示范性意义，也为业界同仁提供参考性案例和数据。
参考文献：
［1］许诺，李明照.BIM在设施运维管理中的应用研究[J].居业，2018（7）：69-69.
［2］莫志刚，落汉宾.基于BIM的地铁信号设备维护管理系统设计[J].铁路计算机应用，2018（1）：59-63.