铁路综合交通枢纽智慧系统探讨

程智源，曾雪松，李 海

（中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031）

近年来，云计算、大数据、物联网、人工智能等新技术快速发展，推动着技术与产业深度融合，各行各业都在将高新技术运用于传统产业的改造，开启了智慧机场、智能交通、智慧工厂、智慧物流、智能楼宇等众多行业的智能化建设[1]。

综合交通枢纽有效融合多种地面交通换乘方式，极大地方便旅客出行，推动单一交通方式向多模式交通方式转变，在现代综合交通运输系统中具有十分重要的地位。铁路综合交通枢纽是以铁路客运站为主体的综合交通枢纽，如何构建铁路综合交通枢纽智慧系统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开展了不少研究与应用。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]；
德国铁路公司提出铁路4.0 规划，借助App 优化乘客购票及换乘体验，并提供设施自动故障诊断与报警，实现了车站旅客服务与设备设施的一体化综合管理[6-7]；
瑞士联邦铁路公司将拓展车站数字服务作为一项重点任务，与合作伙伴共同开展车站数字化建设研发工作[8-9]。

我国对智能车站的研究与开发已处于世界前列，自助化旅客服务广泛应用，并在实践中不断完善。特别是智能京张、智能京雄等示范工程的开展，将智能车站的研究推向新的发展阶段，取得了令人瞩目的成就[10-12]。

铁路综合交通枢纽智能化发展是大势所趋，但在具体实践中，仍存在诸多问题，主要问题有：

（1）数据共享难以实现：铁路综合交通枢纽设智慧化应用系统数量多、结构复杂，缺乏平台化、集成化设计，不少业务应用系统单独分散配置软硬件资源，存在一定程度上的信息孤岛，数据难以有效共享的困局极大地制约了铁路综合交通枢纽的生产作业和旅客服务，无法适应枢纽未来发展的要求。

（2）运营管理分散而混乱：目前铁路综合交通枢纽在顶层设计与建设的过程中，没有把运营管理的理念与需求贯穿始终，铁路综合交通枢纽在建设过程中没有良好契合相关运营单位及政府部门的使用需求，运营管理分散孤立，各部门分工与职责划分不清，多种交通方式运行管理的衔接与协同不畅。

（3）信息安全缺乏保障：铁路综合交通枢纽的信息系统种类庞杂、接口众多，且部分系统运行在互联网环境上，不满足网络安全的等级保护要求，缺乏完善的网络安全防护措施；
在数据交互过程中，容易遭受外部攻击，存在一定的网络安全风险。

铁路综合交通枢纽智慧系统的建设以“智能便捷、联动高效、精准灵活、服务全面”的现代化智能交通枢纽综合体为导向，深度融合云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代技术，着力提高枢纽的运行效率、服务质量和安全水平，实现各交通方式运行管理的有序衔接与高效协同，改善旅客出行换乘体验和换乘效率，支撑综合客运枢纽精细化运营管理。

1.1 实现枢纽内外部数据的信息共享和集成应用

打破枢纽信息孤岛，枢纽综合交通枢纽接驳运输方式、行业部门、枢纽之间的信息交换、共享和利用水平；
构建统一的大数据资源池，并对海量数据进行实时分析，为客流预测、客流疏散、运营管理、应急演练等提供数据支撑。

1.2 建立具有创新性与可持续性的运营管理模式

结合实际运营管理需求，在对综合枢纽运行信息和各交通方式运营数据进行资源整合和数据交换共享的基础上，推进相关技术标准和管理规范的制定，构建贯穿设计、建造、运维全生命周期的建设管理模式，提高枢纽运营管理效率，实现运输组织衔接高效化、运行监管综合化、决策分析自动化、交通管理精细化、旅客服务人性化、应急处置科学化。

1.3 提升枢纽信息系统的网络安全防护能力

建设覆盖铁路综合交通枢纽物联网终端、网络设备、数据、业务的全方位安全管控技术体系，建立与之配套的管理体系、服务体系、运营机制以保障技术体系的有效运行，确保枢纽关键业务系统安全、稳定运行，实现数据资源安全有效的交互与共享。

为满足“交通运输、枢纽治理、政府管理、产业融合、民生服务”多层面现实需求和发展要求，着眼于铁路综合交通枢纽各类信息化设施和众多业务应用系统的互联互通与信息共享，铁路综合交通枢纽智慧系统的总体架构可概括为1 个智能中枢、2大支撑系统和3 类业务应用，如图1所示。

图1 铁路综合交通枢纽智慧系统总体架构

（1）1 个智能中枢：结合云计算、虚拟化、大数据等新一代信息技术，构建私有云能力基座、数据中台、应用中台，建成铁路综合交通枢纽数据中心；
利用数据抽取、消息服务、微服务等技术，实现铁路综合交通枢纽内部数据、外部数据、社会及互联网等多源数据的规范化管理和共享，为铁路综合交通枢纽的设计、建造和运营提供驱动力。

（2）2 大支撑体系：包括信息安全保障体系和技术标准规范体系；
按照《网络安全法》以及《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》等相关法律法规要求，结合运营管理的具体需求及项目特点，建设具备端、云、数一体化网络安全保障能力，拥有良好的可扩展性、先进性、普适性的信息安全保障体系；
建立健全以相关国标、行标为主体，地方标准为补充的铁路综合交通枢纽技术标准规范体系，围绕物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术在交通运输、枢纽治理、政府管理、产业融合、民生服务中的应用，推进相关技术标准和管理规范的制定，支撑铁路综合交通枢纽智能化体系有序、高效的建设与运营。

（3）3 类业务应用：结合铁路综合交通枢纽的定位与功能需求，构建贯穿铁路综合交通枢纽的设计、建造、运营的全生命周期管理模式，为建立具有创新性与可持续性的运营管理模式提供支撑，全面提升铁路综合交通枢纽的智能化水平。

3.1 技术架构

建成铁路综合交通枢纽数据中心，为贯穿枢纽全生命周期的各类应用提供私有云计算环境和数据共享服务，包括承载中台的私有云能力底座、数据中台、应用中台。

（1）能力基座：基于云计算环境部署，实现自动化部署、高可用、弹性调度、路由管理、存储管理及监控告警；
利用云操作系统，将多个虚拟化集群资源池统一整合为规模更大的逻辑资源池，并对外抽象为标准化、面向用户的基础设施服务。

（2）数据中台：利用数据抽取、消息服务、文件交换等技术，接入铁路综合交通枢纽内部数据、外部共享数据、社会及互联网等多源数据，并实现集中存储，构成数据湖；
通过数据治理、数据模型搭建、数据资产管理，完成海量数据计算和融合处理；
面向上层各类应用的数据访问需求，建立基础数据库、主题数据库和应用数据库，提供安全、可靠、高性能的数据共享服务。

（3）应用中台：提供可复用服务（如统一会员、统一营销、统一订单等）以及各种公用基础业务能力，包括支付中心、结算中心、用户中心以及面向运营管理的日志分析中心、配置中心、监控中心等，为上层应用提供基础服务能力支撑。

3.2 数据治理与数据共享

对多源数据资源实施统一管理和规范化处理，形成面向具体应用需求的主题数据库，支持灵活多样的数据探索，能够从数据中发掘更多的价值。

（1）数据治理：建立全面、标准、量化的铁路综合交通枢纽大数据中心台账，明确信息分类、信息项、信息源头、共享交换条件等的规范描述，形成指导数据质量改善的数据治理标准规范，为数据接入、数据存储、数据处理、数据发布、数据交换、数据应用建立强制性技术约束。

（2）数据共享：采用基于微服务架构的数据共享服务提供数据访问接口，有利于提升服务开发效率，简化服务注册、服务调用，使服务接入更规范、简洁、灵活。

4.1 网络安全保障体系

网络安全保障体系是一套覆盖铁路综合交通枢纽物联网终端、网络设备、数据、业务应用的全方位网络安全技术体系，以及与之配套的网络安全管理体系、网络安全运行服务体系。

结合《网络安全法》以及《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》等相关法律法规要求，解决铁路综合交通枢纽发展中的网络安全问题，建设具备端、云、数一体化网络安全保障能力，拥有良好的可扩展性、先进性、普适性的信息安全保障体系，保障区域内智慧枢纽、大数据产业、物联网产业等相关的信息化领域的健康发展。

4.1.1 网络安全技术体系

强化关键信息基础设施防护，通过物联网安全认证与接入、云主机安全管理、云应用安全管理、数据安全及容灾备份、网络安全态势感知等技术的应用，构建网络安全技术防护体系，对综合枢纽网络空间中的共用基础设施、数据资源、应用系统进行安全防护，进而保障枢纽网络空间的安全。

4.1.2 网络安全管理体系

在组织管理与安全制度体系建设上，以遵循上级管理部门制定的安全管理体系并保障其有效运行为主。

4.1.3 网络安全运行服务体系

铁路综合交通枢纽建设涉及到的各类应用系统需具备安全保障措施，为应用系统提供基线检查、漏洞扫描、渗透测试、等保测评、应急支撑、整改咨询、安全培训、代码审计、安全咨询、攻防演练等安全服务。

4.2 技术标准规范体系

铁路综合交通枢纽智慧系统的技术标准规范体系主要包括相关技术标准和管理规范及评价体系。

4.2.1 技术标准和管理规范

建立健全以相关国标、行标为主体，地方标准为补充的综合交通枢纽标准规范体系。围绕物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术在交通运输、枢纽治理、政府管理、产业融合、民生服务中的应用，推进相关技术标准和管理规范的制定，主要包括：

（1）以国标、行标为指导，加强数据资源采集、汇聚、共享开放、质量、安全等方面的标准规范建设；

（2）加强综合交通枢纽建设管理标准建设，完善综合交通枢纽的规划设计、实施管理、评估评价、运行保障、运营管理等方面系列标准规范；

（3）加强综合交通枢纽网络和信息安全标准建设，推进综合交通枢纽项目建设中的网络安全、信息数据安全、关键系统安全及管理等方面的标准建设。

4.2.2 评价体系

按照国家及枢纽所在城市市级相关要求，遵循科学性、可操作性、可比性、导向性的原则，建立铁路综合交通枢纽特有的智慧系统评价体系；
明确各项评价指标责任主体、计算方法、数据要求、数据来源等内容，围绕交通运输、枢纽治理、政府管理、产业融合、民生服务等重点领域，以定量评价为主、定性评价为辅，稳步推进综合交通枢纽智慧系统的综合评价评估工作。

依据评价结果，持续完善各类业务系统，充分发挥新技术的驱动作用，促进5G、云计算、物联网、边缘计算、人工智能等新技术的发展及推广应用，紧跟新技术最新发展动态，不断引入新设备、新系统，为铁路综合交通枢纽运营管理提供强有力的技术支撑。

铁路综合交通枢纽智慧系统的应用贯穿铁路综合交通枢纽建设的全生命周期，分别面向“智慧设计”、“智慧建造”、“智慧运营”3 大板块的核心需求，涵盖8 个主要领域，如图2所示。

图2 铁路综合交通枢纽智慧系统的应用框架示意

5.1 智慧设计

以BIM 为基础，通过建立项目模型，以及对接口进行系统化处理，达到设计流程优化、设计方案交互和设计资源整合的效果，加强设计阶段与施工阶段的信息交互能力，为后期铁路综合交通枢纽数据中台的搭建和完善提供数据支撑。

（1）智慧设计创新技术应用：利用BIM、三维实景模型、倾斜摄影、VR 等技术，基于枢纽场地勘测，建立三维模型，并结合片区规划，实现建筑性能模拟分析、海绵城市、虚拟仿真等应用；
对 BIM模型进行碰撞检查、方案比选、工程量统计，打通建设项目全过程数据通道，构建新型建设组织管理，提高参建方的沟通协作效率，实现多专业数据一体化，从而提高设计质量，减少施工返工。

（2）智慧设计管理应用：将BIM 技术与项目管理、云计算、大数据等先进信息技术集成，对接规划数据和后续管理需求，支持精细化、信息化和协同化的项目管理；
探索数字化监管新模式，实现项目监管、BIM 构件库管理、设计模型管理、图档管理、协同管理、设计审查管理等智慧设计管理应用。

5.2 智慧建造

在建设过程中，应用BIM、3DGIS、5G、物联网及智能监测设备等技术，搭建智慧建造功能模块，对接规划数据和后续管理需求，满足枢纽建设工程项目在施工创新和建设管理的需求。

（1）智慧建造创新技术应用：在施工准备阶段，通过搭建BIM 模型，快速识别工程图纸中的错漏碰缺，利用BIM 可视化对各专业（建筑、结构、机电、消防、装饰、电梯等）的设计进行空间协调，提前解决传统设计的潜在隐患；
对场地使用规划、施工计划和施工方案进行分析模拟，实现施工计划和方案优化、危险源自动识别和分析；
通过装配式施工及一体化装修，协调建筑、结构、设备、装修专业间的冲突，有效减少施工污染和消减劳动力资源。

（2）智慧建造管理应用：通过构建设计图纸审查、建造进度、人员、安全、资料等智慧建造管理应用，实现项目过程的管理前置、多方协同和多级联动，全面提升工程项目建设监管效能。

5.3 智慧运营

以公共交通多模式协同调度、旅客快速疏散为目标，实时多交通运行数据共享与分析基础，利用AI、大数据分析等技术，实时监控枢纽不同交通方式的运行态势，确保交通管理人员提前进行运力调配、信息发布、安全防护等公交动态管控，构建面向商圈、办公、公园等场所的智慧运营系统，实现资源优化配置、信息共享及自动化运营。

（1）智慧综合枢纽：包含枢纽指挥与调度系统、枢纽运行监测系统、枢纽联动响应系统、枢纽协同调度系统、枢纽应急管理系统等模块，实现枢纽智能化系统集成、资源优化配置及信息共享，为旅客提供便捷及时的引导和信息服务，为枢纽客流、车流管理提供先进的数字调度管理手段，并为枢纽不同交通方式提供信息交换与信息共享服务。

（2）智慧商圈：构建提升市民服务体验、提升传统商业、刺激商圈经济的服务应用体系，以互联网、移动互联网、大数据和云计算等为基础，涵盖感知采集、全景展示、数字孪生等智慧应用，为消费者提供更加快捷、愉悦、实惠的消费生活。

（3）智慧办公：通过人工智能、物联网、大数据等技术手段的综合应用，构建数字化办公管理平台；
基于小而轻的软件即服务（SaaS，Software as a Service）管控系统、联动小程序等终端，为枢纽办公提供智能访客门禁管理、智慧楼宇、智能配送、无人值守停车、智慧会议等服务，为用户提供更加安全便利的智慧化工作与生活服务。

（4）智慧公园：采用先进成熟的互联网技术及物联网技术，通过对公园智慧化建设，并分别面向管理者及游客开发综合管理平台，集成安全防护、环卫管理、信息化查询、公园导览等功能，使公园成为一个贴近生活，便于管理，安全高效的智慧公园。

为满足铁路综合交通枢纽在“交通运输、枢纽治理、政府管理、产业融合、民生服务”多层面的现实需求和发展要求，铁路综合交通枢纽智慧系统采用“1 基座2 中台”架构，运用云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术手段，构建铁路综合交通枢纽智慧系统数据中心，实现铁路综合交通枢纽所有内部数据、外部数据、社会及互联网等多源数据的治理与共享，打破不同部门间数据壁垒，为铁路综合交通枢纽的设计、建造和运营提供驱动力。同时，通过构建以信息安全保障体系和技术标准规范体系为内涵的支撑体系，构建贯穿铁路综合交通枢纽全生命周期的管理模式，全面提升铁路综合交通枢纽的智能化水平，为铁路综合交通枢纽智慧系统建设提供参考。