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摘要：為提高客運服務人員智能化監測與管理水平，文章基于超寬帶定位和健康監測技術，設計面向城市軌道交通客運服務人員的智能監測與管理系統。從系統架構設計角度出發，對系統的總體架構、邏輯架構、業務功能架構等方面進行詳細闡述，并從系統實現角度出發，提出定位基站和系統軟硬件部署方案，實現對客運服務人員的定位、軌跡追蹤、健康狀態監測和應急調度管理等功能，為提高車站運營管理效率和應急指揮調度能力提供基礎支撐。

關鍵詞：城市軌道交通；客運服務人員；智能監測；實時定位；軌跡追蹤；調度管理；系統設計

1概述

在城市軌道交通運營過程中，客運服務人員承擔著客流組織、客流疏導、站內巡檢、應急指揮等任務，對乘客出行安全、出行效率起著非常重要的作用。目前，城市軌道交通系統通過預先安排、對講機尋呼、現場廣播等方式對客運服務人員進行指揮調度，對其實時狀態監測和管理的智能化水平不足[1-4]。因此，如何實時獲取客運服務人員的在崗狀態，并根據現場情況對其進行組織調度成為亟待解決的問題。近幾年，各城市軌道交通單位和研究機構都將客運服務人員的智能監測和客運組織調度作為重要課題進行研究，積極引進人員定位和信息化管理技術，構建智能化客運組織管理體系[5-11]。目前，人員定位技術包括GPS定位、紅外線定位、藍牙定位、射頻定位、WiFi定位和超寬帶（UltraWideBand，UWB）定位等[12-14]。其中，超寬帶技術是一種無線載波通信技術，通過發送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖傳輸數據[15-17]。UWB定位技術與其他幾種技術相比，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效應效果好、安全性高、定位精度高等優點，尤其適用于隧道、車站等室內場景。本文針對城市軌道交通客運服務人員智能化管理需求，基于UWB定位技術和健康監測技術，研究設計出一種客運服務人員智能監測與管理系統，實現對客運服務人員的精細化、智能化管理等，有效提升客運安全水平、運營管理效率和旅客出行體驗。

2系統架構設計

2.1關鍵技術。城市軌道交通客運服務人員智能監測與管理系統（以下簡稱“智能監測與管理系統”）主要采用UWB定位和健康監測技術實現對客運服務人員實時位置和健康狀態的智能監測。UWB定位技術的原理是通過測量定位標簽和定位基站之間的UWB脈沖信號計算定位標簽相對于定位基站的位置。定位算法包括基于接收信號強度法（RSSI）、基于到達角度定位法（AOA）、基于到達時間定位法（TOA）、基于到達時間差定位法（TDOA）等，其中TDOA定位算法精度較高，時間同步要求較低，成為目前主流的定位方法。在城市軌道交通中，還可根據不同空間的定位精度要求，結合不同的定位算法，滿足客運服務人員實時定位的需求。健康監測技術是通過不同類型的傳感器如光學心率傳感器、溫度傳感器、三軸加速度傳感器等，測量客運服務人員的心率、血壓、步數、體溫等身體狀態參數。在充分考慮客運服務人員工作便捷性的基礎上，本文采用可穿戴手環為物理載體，集成定位標簽和各類型傳感器，獲取其位置和身體狀態信息。2.2總體架構。智能監測與管理系統總體架構劃分為3個模塊：現場前端采集、數據傳輸和后端分析管理；同時，該系統配備與其他系統的聯動接口，能夠與其他系統的數據進行聯動交互，為車站運營管理和指揮調度提供支持。系統總體架構如圖1所示。（1）現場前端采集模塊。該模塊通過在車站不同區域部署定位基站、客運服務人員佩戴健康定位手環的方式，實時采集客運服務人員的位置、健康狀態信息及其觸發的報警信息。定位基站需配備網絡通信模塊，可將信息上傳并進行分析處理，同時也將后端分析管理模塊的調度命令傳輸至手環。（2）數據傳輸模塊。該模塊將前端采集到的各種類型數據信息通過有線或無線方式傳輸給后端分析管理模塊，并將后端分析管理模塊的預警信息和調度信息下發到健康定位手環。（3）后端分析管理模塊。該模塊包括數據存儲、應用管理和可視化等模塊，能夠實現數據存儲管理，客運服務人員的定位跟蹤、健康監測、行為狀態分析預警和應急調度管理等功能，并進行多維可視化展示與管理。2.3邏輯架構。智能監測與管理系統的邏輯架構由支撐層、采集層、傳輸層、解析層、數據層、應用層和交互層組成，如圖2所示。（1）支撐層。該層主要包括應用服務器、數據庫服務器、交換機、網絡安全設備、定位基站、健康定位手環等基礎設施設備，為系統提供基礎硬件環境支撐。（2）采集層。該層基于UWB定位和健康監測等技術，根據不同場景制定相應的部署策略，搭建站臺、站廳等車站檢測場景，采集客運服務人員的UWB脈沖信號、心率信號、血壓信號、體溫信號、步數信號及報警信號等，為客運服務人員位置解析和健康監測提供源數據支撐。（3）傳輸層。該層采用TCP/IP協議進行通信傳輸，通過POE交換機和有線/無線網絡將所有采集到的數據信息傳送到數據解析層進行分析處理。（4）解析層。該層通過定位算法、時鐘同步算法、電信號轉換算法等，將采集到的各類數據信息進行計算處理，完成客運服務人員位置信息、人員軌跡信息、健康狀態信息和報警信息的解析，為業務應用提供基礎數據支撐。（5）數據層。該層將解析后的數據進行存儲管理，完成數據統計分析，形成多種類型的數據報表，供運營管理人員查詢和調取。（6）應用層。該層根據客運服務人員監測和管理需求對數據進行業務應用分析處理，實現基礎信息管理、安全狀態監測、安全狀態分析和應急調度管理。（7）交互層。該層采用電子地圖、數據圖表等方式對客運服務人員不同類型的數據信息進行多維展示，為運營決策、協同調度和信息共享提供基礎支撐；同時，完成運營管理人員與終端客運服務人員的聯動交互，形成系統閉環，輔助車站進行客運組織調度。2.4業務功能架構。智能監測與管理系統業務功能架構包括基礎信息管理、安全狀態監測、安全狀態分析和應急調度管理等模塊，各模塊之間相互關聯、提供接口，方便系統的集成和運行維護，如圖3所示。（1）基礎信息管理模塊。該模塊功能包括對地圖數據和人員信息的管理。其中，地圖數據管理支持車站多層地圖的導入、修改、刪除，實現地圖的瀏覽展示、縮放和漫游等功能；人員信息管理支持客運服務人員的姓名、性別、職位、年齡等基本信息與定位標簽關聯錄入，以及人員的分類管理等功能。（2）安全狀態監測模塊。該模塊功能包括對客運服務人員的實時定位、軌跡追蹤和健康監測。其中，實時定位能夠獲取客運服務人員的在崗狀態，并在車站電子化地圖中實時顯示其地理位置信息；軌跡追蹤能夠全天候記錄客運服務人員經過的地點和時間，且支持其軌跡的查詢與回放；健康監測能夠實時采集客運服務人員的心率、血壓、體溫等身體狀態信息，且支持身體狀態信息的圖表查詢與顯示。（3）安全狀態分析模塊。該模塊功能包括安全/異常模式庫建立、行為狀態分析和行為狀態報警。安全/異常模式庫建立是指根據采集整理的客運服務人員數據信息，不斷建立和完善安全狀態基準庫和異常狀態行為模式庫；行為狀態分析是指通過對客運服務人員現有的行為狀態與模式庫進行對比，分析其離崗，區域超時，越權訪問，心率、血壓、體溫過高等異常行為狀態；行為狀態報警是指通過后臺指揮中心系統界面或健康定位標簽進行報警提示。（4）應急調度管理模塊。該模塊功能包括客運服務人員通信聯動、視頻監控聯動和輔助指揮調度等。其中，通信聯動支持后臺管理人員向車站客運服務人員發送預警和調度信息，同時支持客運服務人員向后臺發送報警信號；視頻監控聯動能夠實現本系統與視頻監控系統的聯動對接，可根據客運服務人員的實時位置調取其周邊視頻圖像信息；輔助指揮調度能夠在突發事件下根據客運服務人員的實時位置進行點位疏導布置，并實時監測其落實狀態，輔助應急指揮調度。

3方案設計

該方案設計包括定位基站部署設計和系統軟硬件設計2部分，其中定位基站部署設計需要充分考慮城市軌道交通環境特點和客運服務人員管理需求，軟硬件設計需要充分保證系統的安全、穩定、高效運行；同時，該方案應便于維護管理，節約人力和財力成本。3.1定位基站部署。根據城市軌道交通客運服務人員管理需求，該方案采用在車站環境中部署定位基站的方式實現對客運服務人員的精準定位。根據車站環境特點，本系統采用零維、一維和二維混合式定位方法，定位精度在無遮擋情況下小于0.3m，定位基站部署間隔原則上不超過50m。定位布點原則以車站出入口、站臺、站廳、通道、扶梯等關鍵部位為重點，覆蓋各辦公室用房、各機電設備用房、物業、洗手間等區域。（1）辦公及機電設備用房區域。針對售票室、車控室、會議室、辦公室和機電設備用房等面積較小的區域，僅需判斷人員是否在該區域，因此采用零維定位方式，通過側壁安裝或吸頂安裝的方式部署1臺定位基站。基站零維部署方案示意圖如圖4所示。（2）通道及樓扶梯區域。針對車站內的通道、樓梯、扶梯等單一狹長區域，采用一維線性定位的方式，在通道、樓梯、扶梯兩端各部署1臺定位基站，如果有轉角，則需在轉角處增加基站。基站一維部署方案示意圖如圖5所示。（3）站臺及站廳等區域。針對車站的站臺、站廳、商業區等范圍較大、人流量較多的區域，需掌握不同崗位客運服務人員的具體位置，因此采用二維平面定位的方式，并根據區域形狀、面積和信號遮擋情況進行設備部署，原則上需部署4臺及以上基站。基站二維部署方案示意圖如圖6所示。3.2系統軟硬件設計。智能監測與管理系統的軟硬件設計層次包括采集層、傳輸層、數據層、解算層、應用層和交互層，其架構如圖7所示。（1）采集層。該層的硬件設備包括定位基站和健康定位手環，根據車站區域特性采用零維、一維、二維的部署方式安裝定位基站，并安排客運服務人員佩戴健康定位手環；通過UWB定位技術和健康監測技術采集客運服務人員狀態信息。（2）傳輸層。該層的硬件設備包括交換機和路由器等，定位基站將采集到的人員狀態信息通過交換機傳輸到服務器進行分析處理，也可通過無線路由器的方式進行數據傳輸。（3）數據層。該層的硬件設備主要為數據庫服務器，用于數據的存儲與管理。在系統設計過程中，需根據系統功能構建不同類型的數據庫，包括基礎信息數據庫、定位信息數據庫、健康信息數據庫和信息數據庫等。（4）解算層。該層的硬件設備主要為應用服務器，并需配置相關的軟件支撐完成客運服務人員的位置解析和健康狀態解析等功能。需配置的軟件包括定位解析服務軟件、地圖引擎服務軟件、健康分析服務軟件等。（5）應用層。該層的硬件設備主要為應用服務器，并采用瀏覽器/服務器（B/S）架構模式，綜合運用Servlet和JSP等技術，實現高效、安全的數據交互和管理。應用服務器需配置應用支撐軟件，包括軟件中間件及其他服務軟件，如數據分析服務軟件、搜索引擎服務軟件、信息傳遞服務軟件、系統管理服務軟件等；中間件包括Web容器設計、數據采集服務實現、網絡連接服務實現、日志服務實現等軟件。（6）交互層。該層的硬件設備包括臺式計算機、筆記本等用戶終端，交互界面包括管理人員門戶接口、監測人員門戶接口和內部門戶接口，實現信息的訪問、可視化、報警提示、調度管理等功能。

4系統設計應用示例

根據上述設計，本系統使用JAVA語言開發實現了系統架構功能，并選擇某車站作為實驗測試基地，采用零維、一維、二維相結合的部署策略分別在該車站的站臺、站廳、設備管理用房等區域部署定位基站，在車控室的計算機終端設備上安裝部署該軟件系統，并為相關客運服務人員配備健康定位手環，組織現場測試實驗，實現對其實時定位、健康監測和異常行為監測提醒，對不同崗位的客運服務人員配備計劃，對實際人員的區域分布、健康狀態信息異常行為進行統計分析，為車站的客運服務人員管理和應急演練提供技術支撐，很好地滿足了客運服務人員管理的需求。系統主界面如圖8所示。

5結語

客運服務人員在車站運營中，承擔著客流組織、客流疏導、站內巡檢、應急指揮等任務，對乘客出行安全、出行效率起著非常重要的作用。本文結合城市軌道交通客運服務人員管理智能化需求，基于UWB定位技術和健康監測技術，設計了城市軌道交通客運服務人員智能監測與管理系統。通過實驗測試得出，該系統能夠實現對客運服務人員實時定位、行動軌跡追蹤、健康狀態監測、行為安全狀態分析與預警、人員調度和通信聯動等功能，為車站運營管理和應急指揮調度提供輔助支撐，并為形成信息化、智能化的城市軌道運營安全保障體系提供重要參考。

作者:王子騰 竇元辰 王愛麗 單位:1.中鐵信（北京）網絡技術研究院 2.中國鐵路信息科技集團有限公司 3.深圳市地鐵集團有限公司，