我國智慧地鐵發(fā)展現(xiàn)狀與展望

朱建峰

（佛山市鐵路投資建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東佛山528000）

1 我國城市軌道交通概況

城市軌道交通具有安全、快捷、準(zhǔn)時、大運(yùn)能、綠色環(huán)保等突出特點(diǎn)，對推進(jìn)城市現(xiàn)代化進(jìn)程、改善交通運(yùn)輸環(huán)境、引導(dǎo)優(yōu)化城市空間布局、帶動城市經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展發(fā)揮了巨大推動作用，被各級政府和市民所接受。自北京地鐵一號線1969年10月1號建成通車，至今已近50年。截止2018年底，我國內(nèi)地累計35個城市開通了城市軌道交通系統(tǒng)，運(yùn)營線路185條，總里程5 761.4 km；國內(nèi)有53個城市在建線路258條（段），總計6 374 km，可研批復(fù)投資額累計42 688.5億元；2018年運(yùn)送客運(yùn)量達(dá)到210.7億人次［1］。到2020年末全國城市軌道交通運(yùn)營線路預(yù)計7 000多km，2025年末將超過1萬km，2030年末接近1.5萬km。目前我國運(yùn)營線路規(guī)模、在建線路規(guī)模和客流規(guī)模均居全球第一，我國已成為名副其實(shí)的“城軌大國”。在我國城市軌道交通系統(tǒng)大規(guī)模、高速度發(fā)展的形式下，如何實(shí)現(xiàn)從“城軌大國”到“城軌強(qiáng)國”轉(zhuǎn)化，推動現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在城市軌道交通行業(yè)的應(yīng)用起著關(guān)鍵作用，作為“智慧城市”重要組成部分，“智慧地鐵”的建設(shè)，必將推動軌道交通行業(yè)的生產(chǎn)方式創(chuàng)新、組織形態(tài)創(chuàng)新、管理理念創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。

2 智慧地鐵發(fā)展意義

智慧地鐵是依托新一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將智能感知、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)、自主協(xié)同控制等技術(shù)與軌道建設(shè)、裝備制造、運(yùn)營服務(wù)、設(shè)備維護(hù)、資源開發(fā)等業(yè)務(wù)深度融合，推進(jìn)城市軌道交通系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化、智能化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通的服務(wù)、建設(shè)、制造、調(diào)度、運(yùn)營、維修、救援等智能化，使得乘客服務(wù)更加人本化、企業(yè)管理更加精細(xì)化、運(yùn)維管理更加智能化、資產(chǎn)經(jīng)營模式更加多元化，提升企業(yè)公共服務(wù)水平和治理能力。智慧地鐵是城市軌道交通企業(yè)可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展的新模式，是推動行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展和提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵著力點(diǎn)。

2.1 智慧地鐵提升乘客的出行體驗(yàn)

智慧地鐵能夠?yàn)槌丝吞峁└踩?、便捷和人性化的“個性化定制”智能服務(wù)。一是提升乘客出行良好體驗(yàn)。如通過微信、支付寶、二維碼、銀聯(lián)卡、手機(jī)PAY、云購票、生物識別等多種購票、支付方式使乘客乘車更便捷；通過視頻圖像智能分析識別系統(tǒng)對客流擁擠程度、乘客異常行為、服務(wù)設(shè)施（電梯、扶梯等）健康運(yùn)行狀況等情況進(jìn)行預(yù)判，實(shí)現(xiàn)報警并及時處理，保障乘客安全。二是讓乘客出行更智能化。通過智能聯(lián)運(yùn)實(shí)現(xiàn)交通一體化，促進(jìn)多種交通方式高效銜接和便捷換乘；通過移動互聯(lián)技術(shù)可以使乘客智能查詢車站客流信息、列車實(shí)時運(yùn)行時刻、周邊交通信息；通過大數(shù)據(jù)技術(shù)為乘客提供精準(zhǔn)化、個性化的最優(yōu)路線設(shè)計和出行規(guī)劃服務(wù)；通過語音系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)盲人導(dǎo)航功能。三是打造智慧生態(tài)圈。通過整合地鐵周邊資源，線上線下聯(lián)動，為乘客提供全方位信息查詢、智能搜索、資訊互動等增值服務(wù)。

2.2 智慧地鐵提升企業(yè)治理水平

智慧地鐵可以使軌道交通企業(yè)有效提高管理水平，工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控，運(yùn)營組織更加靈活、安全、高效，提升運(yùn)維生產(chǎn)效率，促進(jìn)資源整合高效利用，降低運(yùn)營成本。

一是實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)字化管理。通過在地鐵規(guī)劃、設(shè)計、施工、設(shè)備制造及安裝等階段采用GIS、BIM技術(shù)，使地鐵建造全過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控，最后形成數(shù)字資產(chǎn)移交至運(yùn)維階段；在運(yùn)維階段，使用移動終端掃描RFID標(biāo)簽獲取實(shí)物ID，以實(shí)物ID為信息索引，實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢工作中各類設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、維修信息的精準(zhǔn)定位、提取與推送，將現(xiàn)場檢修與后方技術(shù)支持平臺互動，提高現(xiàn)場檢修工作效率與質(zhì)量。在項目全生命周期實(shí)現(xiàn)以數(shù)字化、信息化、智能化為特征的管理，為項目方案優(yōu)化和管理決策提供支持。二是創(chuàng)新運(yùn)營管理體系，提升運(yùn)營組織效率和安全。列車全自動運(yùn)行系統(tǒng)，優(yōu)化了運(yùn)營組織架構(gòu)，減少了人為操作出現(xiàn)故障的概率，提高了列車運(yùn)行系統(tǒng)的安全與效率。通過客流大數(shù)據(jù)分析，將運(yùn)能供給與乘客需求精準(zhǔn)對接，采用互聯(lián)互通、快慢線、跨線運(yùn)營、自動編組等更加靈活的運(yùn)營組織形式，提升運(yùn)營效率。三是實(shí)現(xiàn)設(shè)備維保智能化?；谙冗M(jìn)感知技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的智能在途監(jiān)測系統(tǒng)、智能維修工具可以自動獲取設(shè)備狀態(tài)，綜合設(shè)備歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、家族缺陷等反映設(shè)備健康狀態(tài)的特征參數(shù)，評價設(shè)備當(dāng)前健康狀況，預(yù)測未來設(shè)備可能變化的趨勢，促使設(shè)備運(yùn)維模式從計劃修向狀態(tài)修轉(zhuǎn)變，大幅提升設(shè)備的運(yùn)維可靠度和可用性。采用智能自助型無人值守倉庫，可以實(shí)現(xiàn)物資自助領(lǐng)用，促進(jìn)物流作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；嵘龓齑嬷苻D(zhuǎn)率。通過一體化信息平臺，將客服系統(tǒng)與運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)全過程、全方位的可視化、實(shí)時化、透明化和可溯化的一體化監(jiān)管控。四是整合資源，提升資產(chǎn)使用效率。通過云技術(shù)對信息系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，推進(jìn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)集中整合，提升業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)資產(chǎn)、信息基礎(chǔ)設(shè)施等資源高效利用，通過大數(shù)據(jù)輔助分析提高決策能力，提升企業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)經(jīng)營能力，挖掘增值服務(wù)項目，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3 智慧地鐵幾項關(guān)鍵技術(shù)

3.1 全自動運(yùn)行技術(shù)

全自動運(yùn)行系統(tǒng)（Fully Automatic Operation，F(xiàn)AO）是基于現(xiàn)代計算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行全過程自動化的新一代城市軌道交通系統(tǒng)。通過定位、雷達(dá)、視覺等感知技術(shù)與列控系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)列車自動喚醒和休眠，自動出入庫、自動洗車、自動調(diào)度、自動診斷等功能，可以減少人為操作，提高系統(tǒng)可靠性、安全性、可用性、可維護(hù)性及運(yùn)營系統(tǒng)應(yīng)急處置水平、系統(tǒng)自動化水平，降低勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提升城市軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)的安全與效率［2］。我國至今已有4條運(yùn)營線路采用了全自動運(yùn)行系統(tǒng)，即香港南港島線、上海地鐵10號線和北京地鐵機(jī)場線、燕房線。2017年12月，燕房線采用我國完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動運(yùn)行系統(tǒng)開通運(yùn)營。燕房線示范工程構(gòu)建了適應(yīng)我國城軌需求的FAO技術(shù)體系，攻克了列車全自動運(yùn)行、綜合自動化調(diào)度管控、全系統(tǒng)全生命周期RAMS保障等關(guān)鍵技術(shù)，研制裝備并完成示范應(yīng)用，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)體系。全自動運(yùn)行系統(tǒng)較傳統(tǒng)系統(tǒng)更加安全、高效、可靠、靈活、節(jié)能，運(yùn)營成本更低，服務(wù)提升有著較大的優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，上海地鐵10號線采用無人駕駛，運(yùn)營效率提高8.9%，列車出入庫時間減少50%、配員減少28.8%、列車配置數(shù)量減少10%、旅行速度提高7.8%、平均無故障時間提高348%。目前國內(nèi)城市軌道交通新一輪建設(shè)中，武漢、深圳、成都、太原、南寧、廣州、南京、杭州、鄭州等已開展相關(guān)研究，應(yīng)用全自動運(yùn)行技術(shù)逐漸成為行業(yè)共識。

3.2 云技術(shù)的應(yīng)用

城市軌道交通系統(tǒng)涉及車輛、機(jī)電、土建、供電、信號、通信、運(yùn)輸、環(huán)控、售檢票、清分等專業(yè)系統(tǒng)，各專業(yè)相對獨(dú)立又密切關(guān)聯(lián)。目前各系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，存在硬件相互獨(dú)立、信息采集存儲共享率低、信息綜合分析應(yīng)用程度不高、信息系統(tǒng)功能的前瞻性和拓展性不夠等問題，城市軌道交通信息系統(tǒng)正在由孤立、單一轉(zhuǎn)向文字、語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多種綜合信息融合后的綜合服務(wù)。未來軌道交通信息化建設(shè)必須著眼于企業(yè)運(yùn)營發(fā)展需求和乘客服務(wù)需求，以信息交互、資源共享為主要手段，對全量數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系分析和預(yù)測預(yù)判，建立基于節(jié)約化經(jīng)營、精細(xì)化組織和人性化服務(wù)的集成化、自動化、智能化和移動化的綜合信息化平臺，這些都需要有強(qiáng)大的計算、儲存和網(wǎng)絡(luò)管理能力。

通過借助云計算的虛擬化技術(shù)，將多個單系統(tǒng)計算資源融合而成一臺具有強(qiáng)大計算能力的計算機(jī)系統(tǒng)，其計算能力和存儲能力可動態(tài)伸縮并無限擴(kuò)展。通過建設(shè)統(tǒng)一的云網(wǎng)絡(luò)、云存儲、云計算平臺等完善的軟硬件基礎(chǔ)設(shè)備，可以構(gòu)建多級資源池，實(shí)現(xiàn)底層設(shè)施環(huán)境統(tǒng)一管理，充分發(fā)揮云計算技術(shù)所具備的彈性伸縮、自動編排、按需獲取、自助的特性，將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、軟件及運(yùn)行環(huán)境資源快速交互，滿足工程建設(shè)規(guī)?；?、融資方式多元化、制式多樣化、運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)化、智能化的需求，有利于基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)、資源共享，減少基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，簡化網(wǎng)絡(luò)管理，降低維護(hù)成本，助力城市軌道交通快速發(fā)展。

3.3 人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷壯大，在軌道交通行業(yè)已有初步嘗試，如人臉識別、客流統(tǒng)計、客服機(jī)器人、軌道檢測機(jī)器人、焊接機(jī)器人、智能倉儲等，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。人工智能超級計算分析能力與軌道交通大數(shù)據(jù)深度融合技術(shù)，可應(yīng)用到軌道交通行業(yè)的各個層面，將對行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化三個重要特征。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息全面、實(shí)時、精準(zhǔn)的采集和融合，將使地鐵各系統(tǒng)的互聯(lián)和信息共享達(dá)到更高的程度，為智能化運(yùn)行控制、服務(wù)管理提供數(shù)據(jù)支撐，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)，促進(jìn)地鐵智能化進(jìn)一步發(fā)展。

3.5 大數(shù)據(jù)技術(shù)

城市軌道交通在規(guī)劃、建造、運(yùn)營、維保過程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析、交互、共享、管理和應(yīng)用，形成輔助行業(yè)建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)、安全和服務(wù)的智能化工具，對企業(yè)創(chuàng)新業(yè)務(wù)發(fā)展模式起到很大作用。大規(guī)模數(shù)據(jù)資源也蘊(yùn)涵著巨大的社會價值和商業(yè)價值，通過對全量數(shù)據(jù)的分析和預(yù)判，可有效地管理和挖掘數(shù)據(jù)的深度價值，服務(wù)于企業(yè)、個人和商業(yè)用戶，實(shí)現(xiàn)增值服務(wù)。

3.6 BIM技術(shù)的應(yīng)用

BIM（Building Information Modeling）具有數(shù)字化、可視化、信息集成、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同等特點(diǎn)，建設(shè)過程創(chuàng)建了機(jī)器可識別的數(shù)字化實(shí)體、并搭建了可用于存儲后續(xù)工程信息的載體，為項目搭建了全生命周期信息交換和協(xié)同共享的數(shù)字管理平臺［3］。在城市軌道交通行業(yè)，BIM技術(shù)目前主要集中在規(guī)劃、設(shè)計、建造階段，運(yùn)維階段應(yīng)用較少。越來越多的軌道交通企業(yè)認(rèn)識到BIM技術(shù)在全生命期應(yīng)用的價值，逐步開展相關(guān)研究和實(shí)踐。

4 建議與展望

智慧地鐵建設(shè)面臨著諸多挑戰(zhàn)：一是技術(shù)層面多專業(yè)技術(shù)的融合，需要平臺兼容、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取簡潔、數(shù)據(jù)交換便捷、系統(tǒng)安全等；二是軌道交通產(chǎn)業(yè)鏈長、參與方眾多、投資周期長、開發(fā)成本高，不確定性和風(fēng)險程度高，管理層面需要協(xié)同。建議從以下幾個方面開展工作。

4.1 加強(qiáng)頂層設(shè)計，建立協(xié)同聯(lián)動機(jī)制

城市軌道交通行業(yè)涉及線路、建筑、結(jié)構(gòu)軌道、通信、信號、牽引供電、AFC、綜合監(jiān)控、PIS、安全門、通風(fēng)空調(diào)、消防、供電等幾十個專業(yè)的接口協(xié)調(diào)，涉及眾多投資方、建設(shè)方、運(yùn)營方、設(shè)備制造商、軟件開發(fā)商、系統(tǒng)集成商等眾多利益主體，還有國家法律法規(guī)、安全層面的問題需要解決，單靠某個企業(yè)和專業(yè)推動，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一難、技術(shù)協(xié)調(diào)難、利益平衡難、開發(fā)風(fēng)險高，很難推動智慧地鐵高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，需要國家、行業(yè)層面做好頂層設(shè)計并建立順暢高效的協(xié)同聯(lián)動機(jī)制。

4.2 健全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，做到互聯(lián)互通

協(xié)調(diào)多方主體利益關(guān)系，理順各專業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一是制約智慧地鐵建設(shè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，應(yīng)加快建立國家層面的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、模型標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同平臺標(biāo)準(zhǔn)以及模型交付標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)體系。

4.3 建設(shè)示范性項目，加快技術(shù)突破

智慧地鐵多項關(guān)鍵技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域取得了技術(shù)突破和長足發(fā)展，受軌道交通行業(yè)安全性、穩(wěn)定性、可靠性的高標(biāo)準(zhǔn)限制和相對市場規(guī)模小等因素的影響，在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用研究和實(shí)踐投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。列車全自動運(yùn)行系統(tǒng)通過北京地鐵燕房線示范工程，形成了系列標(biāo)準(zhǔn)及建設(shè)指南，其他關(guān)鍵技術(shù)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃協(xié)調(diào)，多個企業(yè)在不同層面進(jìn)行研究實(shí)踐，目標(biāo)不一致、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不利于在行業(yè)推廣應(yīng)用。建議從國家層面支持鼓勵企業(yè)積極開展關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用示范項目研究，形成系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，使其可推廣可復(fù)制。

4.4 堅持“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則

新技術(shù)應(yīng)用目的是要提高企業(yè)效益和效率，新技術(shù)自身也在不斷完善更新迭代，一蹴而就建設(shè)智慧地鐵不切合實(shí)際，只能適度超前。各個城市應(yīng)根據(jù)自身發(fā)展階段和城市特點(diǎn)，提早進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，分步建設(shè)體現(xiàn)城市特色和企業(yè)特點(diǎn)的智慧地鐵。盡管目前智慧地鐵受限于框架體系不夠完整，技術(shù)水平不夠完善，行業(yè)數(shù)據(jù)積累深度不足，沒有形成系統(tǒng)化的成熟應(yīng)用，但隨著云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)與軌道交通行業(yè)的不斷深入融合，國家戰(zhàn)略層面的重視，可以展望未來伴隨技術(shù)的不斷成熟完善及部分功能的探索和嘗試，智慧地鐵必將在全行業(yè)蓬勃發(fā)展。