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城市轨道交通智慧车站的设计分析

添加时间:2022-09-09

  截至2020年12月31日,上海、北京、广州、南京、武汉等44个城市已开通运营城市轨道交通线路233条,运营里程7 545.5 km,车站4 660座,完成客运量175.9亿人次,巨大的建设和运营规模给我国城市轨交发展带来巨额的资金成本压力,限制了轨交建设规模和运营使用。

  基于新型移动支付、大数据、云平台、人工智能等多种新技术在轨交车站的多场景深度应用,本文进一步探索智慧车站的设计,推动轨交车站智慧化转型,使其朝着智能化、无人化等方向发展,从而降低轨交车站的建设和运营成本,减少运营人员数量,实现智慧车站可持续发展。

  1、提高车站便捷舒适度

  1. 智能客服中心

  智能客服中心采用开放式设计,为乘客提供付费区、非付费区不同的服务功能。乘客通过人机界面操作,实现票卡分析、付费区票卡更新、非付费区票卡更新、与坐席端进行通讯等功能,推动轨道交通领域从以“票”转向以“人”为核心的场景升级,提升乘客体验,提高便捷度和满意度;同时减轻站务人员服务压力,解决乘客排队及运营人员值守难题,为无感支付模式下个人信息的自助录入提供解决方案。具体场景见图1。

  2018年12月,北京地铁市郊铁路怀柔至密云线开通人脸识别闸机,每日约2 300名乘客通行;2019年3月份,深圳地铁开始科研试点;2019年4月,济南轨交1号线开通试运营,全线采用人脸识别闸机,每日约500名乘客通行。

  目前,福州、南宁、青岛、上海、合肥、贵阳、南京、郑州、广州等城市已积极试点人脸识别技术过闸,对原有自动售检票系统进行软硬件改造升级,其人脸数据库设计规模为100万级别,其免费乘客和其他用户的人脸数据规模为10万级别。与传统的票卡和二维码支付方式不同,人脸识别采用无感支付方式,最大程度地提升乘客体验。具体场景见图2。

 智能客服中心场景

图1 智能客服中心场景

 人脸识别闸机场景

图2 人脸识别闸机场景

  2. 智能环境动态调控和疏散指示系统

  根据季节、温湿度、客流等变化情况自动调节环境状态,为乘客创造“恒温、恒湿、恒氧、恒洁净度、恒噪声”的“五恒”绿色、卫生、安全的公共环境,同时将实时空气质量数据上传并展示于公共区域,让乘客实时了解PM2.5等空气质量指标。

  通过车厢内的LED电子屏、移动电视,让乘客知晓车厢内的空气质量,将传统的被动除菌模式改进为主动除菌,在提高系统除菌、除尘能力的同时,还达到一定的节能效果;对于城市轨道交通地下车站的通风设备就地控制系统,采用分布式智能型通风设备系统,取代传统的集中控制系统,使系统具有组网通讯、逻辑编程等智能化功能。

  基于工业总线技术,建立数字化车站模型,实现全智能、全通信疏散指示系统,系统与FAS系统(火灾报警系统)联网,取得任意一点的火灾报警信号。由软件的智能算法计算出最佳的逃生疏散路径,控制相应的疏散指示灯指示正确方向,终端灯具采用频闪、语音提示和灯光流等措施,减少人员恐慌心理,实现就近疏散到全动态智能化安全疏散的转变。

  3. 智能综合防雷和电气安全智能分析系统

  智能综合防雷系统将雷电临近预警装置、在线防雷监测系统、雷电临近主动防御装置进行集成和互联,实现各系统和装置间的通信及联动,将被动防雷拓展到主动防雷,使轨道交通雷电综合防护系统具有可知、可测、可控的功能,同时将系统管理软件拓展到云技术、无线网络、大数据架构,提升轨道交通防雷技术发展水平。

  电气安全智能分析系统综合运用物联网、大数据、网络通讯等新兴技术,整合电气火灾监控相关专业的子系统,实现对电气设备状态和电力运行工况的全方位综合监控、设备信息资源共享,并在此基础上构建地铁电气安全预警分析功能,实现对电气安全隐患的动态感知、互联互通、精准防控应用体系,有效提升消防安全突发事件应急保障的能力(见图3)。

 电气安全智能监控分析系统

图3 电气安全智能监控分析系统

  基于物联网技术,采用?榛悄芘涞缦低,以故障预测和健康管理(PHM)为核心,实现故障预警、故障精确定位等功能,同时通过?榛璞甘迪峙涞缟璞傅谋曜蓟,便于制造过程的自动化,实现智能制造,可以很大程度地缩短生产时间,提升建设管理的标准和水平,还可以配套自动巡检机器人,实现后期运营维护的自动化和无人化,减少运营成本。

  4. 自动扶梯AI主动告警系统

  自动扶梯AI(人工智能)主动告警系统是在自动扶梯环境下的AI融合应用,基于深度学习的前端识别和云端分析技术科学控制自动扶梯运行,建立虚拟化的自动扶梯数据资源库和标准化联网系统,通过噪声传感器、高清数码摄像机,运用物联网技术、图像分析技术,对固定摄像机所拍摄的视频图像进行分析,将影像中的目标从背景中分离出来。

  加以分析与追踪,将报警信息发送至监控终端,并且接收监控终端的急?刂浦噶,使报警信息所对应的自动扶梯切断安全回路,进入紧急停止状态,实现对自动扶梯的智能安全远程监控,基本功能包括自动扶梯智能安全警示、乘客摔倒自动停梯、车站智能语音播报,另外还实现本系统运行状态、软件、硬件的管理和运营人员的权限管理。

  5. DTO模式的站台门检测技术

  基于DTO(无司机有人监视自动驾驶模式),站台门系统需要满足全自动驾驶技术功能要求和性能要求,其包括门单元控制器、中央控制盘、就地控制盘等,实现站台门与列车门故障对位隔离功能、站台门与列车间隙的高可靠性高安全性的异物检测功能、站台门系统故障预警及自诊断功能,达到安全完整性等级SIL2的要求。

  2、提高车站绿色节能程度

  1. 车站集中电源系统和圆形空调机组

  基于超级混合电容的UPS(不间断电源)集中供电系统,结合超级混合电容应用、地铁场站后备电源容量优化、综合监控、集中供电、远程预警等关键技术,实现地铁车站后备电源的系统配置、集中管理,从而最优化车站后备电源系统,减少既有线UPS电池分布式存放、功率冗余、资源浪费等问题。

  对于地下车站公共区的通风空调系统和车站空调水系统,在既有系统的基础上,综合计算风系统与水系统之间的耦合关系与相互影响,在负荷预测、数据采集、寻优算法等手段的作用下,实现区域温度的精确控制,实时、主动、动态匹配当前时刻空调系统运行的最佳能效控制参数,自动提高能源利用效率,完成全局优化,降低系统能耗。

  圆形空调机组(见图4)采用新型节能结构,将普通方形空调机组的风扇皮带传动结构改进为轴流风机直连结构,从而提升节能效果,通过改变结构形式,从节能率、漏风率、气流均匀度、机械强度、噪声控制等方面都得到优化。

 圆形空调机组

图4 圆形空调机组

  2. 数控不落轮镟床配属全自动牵引车

  因轮对间距离固定,电客车轮对镟修存在机械性的“牵引-对位-镟修-再牵引”流程;又因人工操作熟练程度及作业量影响,通常连续作业下效率较低。根据以上特点,在牵引车上安装自动定位装置及障碍物探测装置,实现镟修作业的自动牵引、自动对位、自动防护及车/床间安全互锁等功能,预计可减少1列电客车40 min以上的作业时间(按照1列车24轴轮计算,对全部镟修),减少牵引车操作及防护人员2人。

  3. 基于智能终端的节能控制系统和运管系统

  通过BAS(建筑自动控制系统)实现对风系统、水系统的联调控制,直接控制智能终端,优化控制策略,进一步提高系统节能率;应用磁悬浮冷机、变频多机头冷机等高效能设备,进一步提高系统的能效比及节能率;传统的Si材料半导体耐温低,逆变器需配套散热器、风扇等设备导致体积大功率密度低,应用Si C材料半导体元件可有效提高整机效率,简化后级滤波电路设计,降低逆变器产品体积和重量及散热要求。

  推进云计算、大数据、移动互联网、人工智能、5G等新兴信息技术与轨道交通的深度融合。在既有综合监控系统软件平台基础上,打造智慧车站智能化运行与运营管理系统。通过感知层、执行层及应用层既有和新增功能?,实现运行状态全方位精准感知、运行趋势智能化分析预判、信息指令一体化主动推送、运行规则自动化生成等功能,构建以新型感知为依托的车站全自动智能运行系统(见图5)。

 智能运管系统

图5 智能运管系统

  3、智慧地铁系统及平台

  1. 全态识别安检和门禁线网授权互联互通

  全态识别是基于人的姿态和脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术,自动检测和跟踪人体,进而对检测到的人进行识别,运用全态识别技术来提升安检效率。

  建立人员分类标准,形成对应的旅客信息库,依托全态识别系统(见图6)对旅客进行判别,并将信息推送给安检人员,安检人员据此对应采取不同的安检措施,为旅客营造更安全、方便、便捷的地铁出行体验,极大地减轻安检工作人员工作量,节省人工成本,提高工作效率。

 全态识别安检系统

图6 全态识别安检系统

  对于现有的城市轨道交通门禁管理系统,各线路之间不同品牌门禁系统互不通信,数据也并不共享,各条线路的门禁系统设备由本线路统一监控管理,在多条线路建设完成后,人员分散授权及管理必将带来很大问题,因此线网授权管理平台的搭建可实现各线路之间门禁系统互相通信,数据互相共享,同时建立统一的门禁系统管理中心,统一的数据中心、统一的授权中心、实现各线路门禁管理人员协同办公。

  2. 多线路多专业融合的云平台

  构建网络化智能运输组织体系和线网运营调度(应急)指挥中心,实现运能运量精准匹配,适应线网运输互联互通、乘客出行快捷便利、网络化运输组织高效的要求。建设轨道交通线网指挥中心(NCC)、轨道交通应急指挥中心、轨道交通科普中心、轨道交通线门禁线网授权中心、轨道交通乘客信息服务系统等。

  NCC是实现轨道交通网络化运营的协调指挥管理机构,是协调、指挥、监督全市轨道交通线网的生产管理系统。NCC具有线网监管、协调指挥、应急处置及信息共享等主要功能,其总体职能定位:线网运营生产数据中心;线网行车协调指挥中心;线网机电设备调度中心;线网电力调度管理中心;线网运营应急事件处置中心;线网运营信息统一发布中心;线网运营生产统计分析中心。

  采用云平台资源池架构对NCC系统的计算、存储、网络三大资源统一管理、统一部署、统一调用,将数据处理系统、数据存储系统、数据应用系统、安全管理系统等进行相应的优化和整合。

  基于云架构的MLC(多线共用线路中央计算机系统),设计采用扁平化系统架构,提高运维管理。云管理平台聚焦于数据中心虚拟化资源管理、自动化运维发放,并对企业IT管理提供开放的管理接口。云化的数据中心,实现一体化的资源管理和自动化资源发放,同时方便获取资源。

  通过在服务目录自动化的获取资源并在资源上部署用户需要的应用,从而实现更简单的管理,提供动态负载均衡、弹性伸缩、日志监控、灰度滚动升级等更可靠的系统能力,并使真正的自动化运维成为可能,同时赋予其大数据分析的能力,实时上传客流信息到云平台。

  4、结语

  城市轨交智慧化设计和探索可以提高车站便捷舒适度,实现系统优化管理和调度,为出行和运营提供越来越多的价值应用;也可实现地铁运营一岗多能和减员增效的效果,打破运营建制瓶颈,减少运营管理人员数量,降低运营成本,助力地铁运营的可持续发展。

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