智能城軌總體框架研究

林 湛

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2. 軌道交通系統(tǒng)測(cè)試國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，北京 100081）

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通得到了快速發(fā)展，至2019 底，已開通線路里程達(dá)6 736.2 km，開通城市40 多個(gè)，新建線路25 條，100 km 以上的線網(wǎng)城市達(dá)18 個(gè)。城市軌道交通特點(diǎn)包括運(yùn)行速度高速化、運(yùn)行線路密集化、運(yùn)行方式多樣化、運(yùn)行管控網(wǎng)絡(luò)化和智能化，全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用明顯增多，互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)營(yíng)方式成為了共識(shí)，但城市軌道交通信息化系統(tǒng)仍存在諸多弊端，包括信息孤島嚴(yán)重、基礎(chǔ)設(shè)施分散、安全管控薄弱、運(yùn)維失衡、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失等，嚴(yán)重制約著城市軌道交通的發(fā)展[1]。因此，為了城市軌道交通健康發(fā)展，創(chuàng)建自主產(chǎn)品和自主技術(shù)體系已迫在眉睫。

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，智能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為各行各業(yè)研究熱點(diǎn)之一。2019 年，中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布了《中國(guó)城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，對(duì)智慧城軌進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)，并擎畫了“1-8-1-1”的布局結(jié)構(gòu)，即鋪畫一張智慧城軌發(fā)展藍(lán)圖；創(chuàng)建智慧乘客服務(wù)、智能運(yùn)輸組織、智能能源系統(tǒng)、智能列車運(yùn)行、智能技術(shù)裝備、智能基礎(chǔ)設(shè)施、智能運(yùn)維安全和智慧網(wǎng)絡(luò)管理八大體系；建立一個(gè)城軌云與大數(shù)據(jù)平臺(tái)；制定一套中國(guó)智慧城軌技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，并對(duì)行業(yè)未來(lái)15 年智慧城軌建設(shè)做了前瞻性的思考、規(guī)劃和指引[1]。鐵路方面，我國(guó)依托京張及京雄高鐵建設(shè)，積極開展智能高鐵研究及實(shí)踐。2020 年，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司發(fā)布《智能高速鐵路體系架構(gòu)1.0》，從智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營(yíng)三大板塊對(duì)于智能高鐵進(jìn)行了構(gòu)畫，為城市軌道交通的智能化發(fā)展提供了一定的借鑒[2-5]。

目前，我國(guó)各地正在積極推動(dòng)智慧城軌建設(shè)，在發(fā)展綱要的引領(lǐng)下，從行業(yè)信息化層面進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，按照發(fā)展戰(zhàn)略統(tǒng)籌規(guī)劃路徑合理、業(yè)務(wù)清晰的技術(shù)路線，推進(jìn)智慧城軌建設(shè)[6-12]，到2025 年，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通的智能化、智慧化水平進(jìn)入世界先進(jìn)行列，智能化關(guān)鍵核心技術(shù)得到應(yīng)用[1]。智能城軌建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要頂層設(shè)計(jì)指引，統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施。因此，開展智能城軌總體框架研究，對(duì)于踐行交通強(qiáng)國(guó)發(fā)展綱要，進(jìn)一步保障軌道交通運(yùn)營(yíng)安全，提升運(yùn)營(yíng)質(zhì)量與運(yùn)營(yíng)服務(wù)水平，提升乘客出行體驗(yàn)，增強(qiáng)乘客出行的獲得感和幸福感，具有重要作用。

1 智能城軌總體框架

1.1 總體架構(gòu)

以人工智能為核心，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G 移動(dòng)通信、建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）等技術(shù)與傳統(tǒng)城軌交通業(yè)務(wù)深度融合，打造智能城軌。智能城軌總體框架以智能城軌云平臺(tái)為承載，構(gòu)建涵蓋業(yè)務(wù)全生命周期的數(shù)據(jù)湖，支撐智能建造、智能裝備和智能運(yùn)營(yíng)三大板塊的智能化應(yīng)用。通過(guò)構(gòu)建智能城軌云平臺(tái)，為各智能化應(yīng)用場(chǎng)景提供技術(shù)與數(shù)據(jù)支撐。智能城軌云平臺(tái)以城市軌道交通數(shù)據(jù)全生命周期為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)建造至運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段的BIM 一體化、專業(yè)數(shù)據(jù)共享化、設(shè)備感知物聯(lián)化和線路管理網(wǎng)絡(luò)化。智能城軌總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智能城軌總體架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)平臺(tái)層：從技術(shù)架構(gòu)出發(fā)，采用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建新一代的智能城軌專業(yè)技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維全生命周期的智能化。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)層：從數(shù)據(jù)架構(gòu)出發(fā)，借助基礎(chǔ)平臺(tái)，大量有價(jià)值的數(shù)據(jù)得以集合、利用，匯聚形成數(shù)據(jù)湖，基于基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)。從相關(guān)集成系統(tǒng)中實(shí)時(shí)抽取數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換，在平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析，多維度、多形式呈現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)。

（3）場(chǎng)景應(yīng)用層：從應(yīng)用架構(gòu)出發(fā)，面向智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)智能化應(yīng)用的場(chǎng)景落地。

1.2 先進(jìn)性分析

智能城軌集成多學(xué)科、多專業(yè)、不同領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)信息的自感知、自診斷、自決策為目標(biāo)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)信息采集、傳輸、處理，以及運(yùn)輸組織服務(wù)、運(yùn)維管理控制，提高基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施管理及配套技術(shù)智能化水平，從而全面提升城市軌道交通信息化和智能化水平，最大化城市軌道交通運(yùn)營(yíng)效益，增強(qiáng)運(yùn)輸服務(wù)能力，改善服務(wù)品質(zhì)，提升管理綜合能力。

1.2.1 提升軌道交通業(yè)務(wù)能力

構(gòu)建面向設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維全生命周期的軌道交通一體化管理平臺(tái)，整合業(yè)務(wù)流程，依托先進(jìn)技術(shù)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源池，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和可視化再現(xiàn)，消除應(yīng)用中的信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息共享。

1.2.2 改善乘客服務(wù)體驗(yàn)

通過(guò)智能化、信息化等技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建一系列面向乘客的智能化服務(wù)系統(tǒng)，覆蓋購(gòu)票、咨詢、檢票、候車、乘車等全過(guò)程，提升乘客的出行體驗(yàn)，包括舒適的車站環(huán)境、更豐富便捷的服務(wù)獲取方式、多樣化需求的人性化服務(wù)、更良好的服務(wù)體驗(yàn)等。

1.2.3 提高生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率

深化設(shè)備資產(chǎn)管理核心理念，將生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備的點(diǎn)檢管理、預(yù)防性維護(hù)和設(shè)備可靠性等業(yè)務(wù)深入融合，實(shí)現(xiàn)“計(jì)劃修”向“狀態(tài)修”轉(zhuǎn)變，降低養(yǎng)護(hù)維修成本，為設(shè)備資產(chǎn)狀態(tài)檢修提供有效支撐，提高設(shè)備資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效益。

2 智能城軌云平臺(tái)

基于大數(shù)據(jù)、微服務(wù)、分布式框架、新型服務(wù)網(wǎng)關(guān)等技術(shù)構(gòu)建的智能城軌云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)、資源管理、綠色節(jié)能、運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)客流組織、設(shè)備運(yùn)維及供應(yīng)鏈分析和生態(tài)價(jià)值等方面的提升應(yīng)用。智能指揮中心融合云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)指揮中線路中心級(jí)、車站級(jí)的兩層融合及感知—數(shù)據(jù)—分析—決策—執(zhí)行智能化，智能城軌云平臺(tái)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 智能城軌云平臺(tái)架構(gòu)

圍繞云平臺(tái)形成多源數(shù)據(jù)匯集、融合和分析能力，滿足虛擬化、彈性計(jì)算、高等級(jí)安全等要求，主要實(shí)現(xiàn)如下功能。

2.1 應(yīng)急指揮中心

應(yīng)急指揮中心全面負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)軌道交通各線路控制中心及各運(yùn)營(yíng)主體，具備運(yùn)營(yíng)調(diào)度、應(yīng)急處置協(xié)調(diào)、信息共享與發(fā)布、地理信息系統(tǒng)（GIS，Geographic Information System）應(yīng)用、決策指揮等功能。

2.2 信息編播中心

通過(guò)整合各線路乘客信息系統(tǒng)（PIS，Passenger Information System）資源，為各線路PIS 提供統(tǒng)一的信息源、管理模式和手段、統(tǒng)一的廣告發(fā)布渠道及統(tǒng)一的管理模式和手段，包括統(tǒng)一的接口規(guī)則、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)布規(guī)則。

2.3 綜合監(jiān)視系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)信息集中、協(xié)調(diào)指揮、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)、應(yīng)急發(fā)布、綜合統(tǒng)計(jì)指標(biāo)展示的系統(tǒng)，在統(tǒng)一的操作平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)各條線路的行車、客流、設(shè)備、供電、視頻監(jiān)視、報(bào)警管理，運(yùn)輸計(jì)劃的集中指揮與協(xié)調(diào)及應(yīng)急處置的功能，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景下的監(jiān)視界面切換、日常監(jiān)視與應(yīng)急狀態(tài)下的一鍵式切換，輔助路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度人員監(jiān)視指揮。

2.4 智能客服

提供熱線服務(wù)、智能語(yǔ)音服務(wù)、車站信息服務(wù)、車站旅客引流及信息統(tǒng)一發(fā)布。為乘客提供出行規(guī)劃和旅途服務(wù)，提升乘客服務(wù)滿意度。

2.5 線網(wǎng)數(shù)據(jù)中心

涵蓋數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心、信息管理、統(tǒng)計(jì)分析、信息發(fā)布平臺(tái)。數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)對(duì)線路各專業(yè)的數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)中心對(duì)軌道交通全線網(wǎng)的行車、設(shè)備、調(diào)度指揮、突發(fā)事件、客流等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析、挖掘；信息管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各業(yè)務(wù)平臺(tái)的統(tǒng)一管理；基于數(shù)據(jù)中心，信息統(tǒng)計(jì)分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)的各類指標(biāo)、數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析和面向不同單位的發(fā)布；依托信息發(fā)布平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布及交互、信息資源共享和信息價(jià)值最大化。

3 智能城軌數(shù)據(jù)湖

數(shù)據(jù)湖是智能城軌云腦的核心，數(shù)據(jù)湖主要針對(duì)城軌各業(yè)務(wù)系統(tǒng)帶來(lái)的不同結(jié)構(gòu)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理和高效利用問(wèn)題，通過(guò)比較新興的數(shù)據(jù)湖技術(shù)與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的區(qū)別，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)湖的智能城軌數(shù)據(jù)管理體系和數(shù)據(jù)處理機(jī)制，為智能城軌的數(shù)據(jù)治理提供數(shù)據(jù)層的存儲(chǔ)支持。數(shù)據(jù)湖按照來(lái)源不同，可劃分為物聯(lián)網(wǎng)（IoT，Internet of Things）數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)、外部數(shù)據(jù)和GIS/BIM 的數(shù)據(jù)，具體如下：

（1）IoT 數(shù)據(jù)包括利用射頻識(shí)別、二維碼、智能傳感器等感知設(shè)備獲取物體的各類信息，以及利用聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等傳感器采集到的各種需要的城市軌道交通信息；

（2）視頻數(shù)據(jù)包括音頻視頻圖像數(shù)據(jù)、感知采集數(shù)據(jù)和公安信息化系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)等；

（3）生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)包括城市軌道交通基礎(chǔ)信息、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)，以及離線分析數(shù)據(jù)、實(shí)施分析數(shù)據(jù)、時(shí)序分析數(shù)據(jù)等；

（4）外部數(shù)據(jù)包括交通路況、天氣數(shù)據(jù)、大型活動(dòng)數(shù)據(jù)和其他相關(guān)公共數(shù)據(jù)等；

（5）GIS/BIM 數(shù)據(jù)包括幾何數(shù)據(jù)、地理信息、圖層和圖集數(shù)據(jù)等。

4 智能城軌應(yīng)用架構(gòu)

根據(jù)城市軌道交通智能化需求，依托IoT 物聯(lián)監(jiān)測(cè)服務(wù)、BIM 服務(wù)和軌道交通數(shù)據(jù)服務(wù)等基礎(chǔ)性平臺(tái)，面向設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段、運(yùn)營(yíng)階段構(gòu)建業(yè)務(wù)應(yīng)用，將其數(shù)據(jù)價(jià)值充分體現(xiàn)出來(lái)，發(fā)揮智能化技術(shù)在數(shù)據(jù)處理、分析、決策方面的優(yōu)勢(shì)。

4.1 智能建造

圍繞軌道交通建設(shè)中人員、機(jī)器、原料、方法、環(huán)境等要素，以BIM+GIS 技術(shù)為核心，將新一代信息技術(shù)與先進(jìn)的工程建造技術(shù)相融合，提升工廠化加工、裝配式施工、立體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水平，實(shí)現(xiàn)軌道交通建設(shè)高效的智能化施工，以及全方位、全專業(yè)、全天候的安全質(zhì)量及進(jìn)度管控，工程管理平臺(tái)架構(gòu)如圖3 所示，主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

4.1.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

目前，軌道交通各專業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程及最終的設(shè)計(jì)成果均采用二維圖紙，面對(duì)龐大復(fù)雜的系統(tǒng)工程，往往會(huì)有設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖不能被完全理解或沒(méi)有完整表達(dá)、不同專業(yè)間未能進(jìn)行全面透徹溝通的情況。BIM 技術(shù)可使設(shè)計(jì)者在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行多維可視化建模，與其它專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)和維護(hù)全生命周期內(nèi)，BIM 技術(shù)始終發(fā)揮著重要作用，使信息共享更加方便、直觀，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，減少設(shè)計(jì)反復(fù)變更，從而降低施工成本，減少資源浪費(fèi)，提升項(xiàng)目管理能力，使管理更加精細(xì)化、決策更加科學(xué)化。

4.1.2 智能化管控

通過(guò)綜合運(yùn)用實(shí)景沙盤、三維GIS 電子沙盤及虛擬現(xiàn)實(shí)（VR，Virtual Reality）等技術(shù)，統(tǒng)計(jì)匯總進(jìn)度、安全、質(zhì)量等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)施工組織進(jìn)度管理、安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、質(zhì)量檢驗(yàn)管理、綠色環(huán)保監(jiān)控，為管理層提供“一站式”決策支持的管理信息中心平臺(tái)和“一站式”駕駛艙決策服務(wù)。

4.1.3 虛擬化建造

基于BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)全線所有車站三維模型參數(shù)化建模，全面承載勘察設(shè)計(jì)的車站各專業(yè)信息，并傳遞到施工階段，圍繞地基基礎(chǔ)、幕墻裝飾裝修、鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)和機(jī)電設(shè)備管線等綜合專業(yè)，深化模型，全面提高車站設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快施工進(jìn)度和保證施工質(zhì)量。

4.1.4 智能工地

基于BIM 和IoT 技術(shù)，構(gòu)建車站建設(shè)施工一體化數(shù)字平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車站風(fēng)險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)識(shí)別監(jiān)控、深基坑安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、高支模安全監(jiān)測(cè)、塔吊防碰撞監(jiān)控等安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控和監(jiān)測(cè)，對(duì)車站試驗(yàn)室、拌和站等關(guān)鍵原材料進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)管，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量檢測(cè)、隱蔽工程影像資料管理和質(zhì)量檢驗(yàn)資料管理等全過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控、檢測(cè)，對(duì)車站施工現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度、光照、風(fēng)向、風(fēng)速、PM2.5、氣壓及揚(yáng)塵等綠色環(huán)保關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警發(fā)布，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員安全定位、作業(yè)考勤、教育培訓(xùn)和安全交底，以及車站工地的智能化施工管理。

4.1.5 智能機(jī)械施工

通過(guò)工程前期的地質(zhì)勘探、衛(wèi)星掃描和數(shù)值模擬等技術(shù)手段，對(duì)地質(zhì)及周邊建（構(gòu)）筑物信息統(tǒng)計(jì)分析，在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)條件、周邊建（構(gòu)）筑物、工程措施的數(shù)字化。通過(guò)建造盾構(gòu)施工可視化系統(tǒng)，全方位監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)施工狀態(tài)，幫助施工單位在提高基層設(shè)備管理能力和施工效率的同時(shí)，又能實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工進(jìn)度安排、地質(zhì)條件、地層及周邊建（構(gòu)）筑施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息的綜合統(tǒng)計(jì)管理。

圖3 BIM+GIS 工程管理平臺(tái)架構(gòu)

4.1.6 數(shù)字化交付

通過(guò)信息化手段將施工階段的信息傳遞到運(yùn)維階段，實(shí)現(xiàn)“建設(shè)模型”向“運(yùn)維模型”的體系轉(zhuǎn)化，是工程數(shù)據(jù)全生命周期運(yùn)用。工程建設(shè)竣工交付及運(yùn)維體系轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)期資料及數(shù)據(jù)的采集、審核和歸檔，BIM 與施工過(guò)程信息及資料的掛接，將在設(shè)計(jì)階段、建設(shè)過(guò)程、竣工驗(yàn)收中的各種資料及BIM 數(shù)據(jù)等統(tǒng)一集成，其中，建設(shè)管理系統(tǒng)對(duì)竣工驗(yàn)收的竣工文件進(jìn)行生成并存儲(chǔ)，按照實(shí)際需求，形成對(duì)應(yīng)的運(yùn)維管理數(shù)據(jù)庫(kù)，BIM 中承載著很多建設(shè)管理過(guò)程信息，利用數(shù)字化技術(shù)，在建設(shè)階段進(jìn)行信息移交和體系轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)由建設(shè)管理系統(tǒng)到基于BIM 的運(yùn)維管理系統(tǒng)的信息無(wú)縫傳遞。

4.2 智能裝備

“智能裝備”是指基于IoT、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 移動(dòng)通信、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、全方位態(tài)勢(shì)感知、自動(dòng)駕駛、運(yùn)行控制等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)裝備及基礎(chǔ)設(shè)施的自感知、自學(xué)習(xí)、自診斷、自適應(yīng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)裝備的自動(dòng)協(xié)同運(yùn)行，涉及全自動(dòng)運(yùn)行、四網(wǎng)融合、協(xié)同編組、智能通信、智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)5 個(gè)方面，智能裝備平臺(tái)架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 智能裝備平臺(tái)架構(gòu)

4.2.1 全自動(dòng)運(yùn)行

全自動(dòng)運(yùn)行旨在實(shí)現(xiàn)列車全過(guò)程的自動(dòng)化運(yùn)行。列車全自動(dòng)運(yùn)行綜合了計(jì)算機(jī)、通信、控制和系統(tǒng)集成等技術(shù)，技術(shù)層面主要側(cè)重在車輛、信號(hào)、綜合監(jiān)控、通信等核心系統(tǒng)，重點(diǎn)加強(qiáng)核心系統(tǒng)的可靠性、安全性、可用性及可維護(hù)性。

4.2.2 四網(wǎng)融合

結(jié)合不同制式的軌道交通乘客運(yùn)營(yíng)信息，實(shí)現(xiàn)高速鐵路主干網(wǎng)、城際鐵路網(wǎng)、市域鐵路網(wǎng)和城市軌道交通網(wǎng)四網(wǎng)信息的互聯(lián)互通，在典型的大型樞紐站完成應(yīng)用、推廣的基礎(chǔ)上，構(gòu)建支持互聯(lián)互通的全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同制式的軌道交通互聯(lián)互通、車輛通用、跨線運(yùn)行，以及網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一調(diào)度。

4.2.3 協(xié)同編組

運(yùn)用虛擬編組技術(shù)，列車在線路上協(xié)同編隊(duì)，實(shí)現(xiàn)大小編組列車混跑，進(jìn)一步縮短了列車間的距離。在潮汐客流、Y 字型線路、大小編組混運(yùn)等運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景下，有效緩解客流擁堵、運(yùn)輸能力瓶頸等問(wèn)題。從而節(jié)省線路資源，提升運(yùn)營(yíng)效率。

4.2.4 智能通信

基于5G 移動(dòng)通信技術(shù)，研究大帶寬、低時(shí)延車地通信的無(wú)線傳輸與應(yīng)用，以及城市軌道交通全面組網(wǎng)的智能流量承載優(yōu)化配置。此外，研究基于既有4G 網(wǎng)絡(luò)與新建5G 網(wǎng)絡(luò)的融合組網(wǎng)方案，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能優(yōu)化傳輸和協(xié)同應(yīng)用發(fā)展。

4.2.5 智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)全域感知、全程自動(dòng)化和全面一體化的智能監(jiān)控。在基礎(chǔ)設(shè)施方面及自然環(huán)境、安全防控方面，形成自感知、自適應(yīng)、自診斷的養(yǎng)護(hù)維修監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)設(shè)備工作的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的自學(xué)習(xí)、自處理等功能。實(shí)現(xiàn)各安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用、施工安全管理、綜合安全管理等，促進(jìn)軌道交通應(yīng)用安全建設(shè)。同時(shí)，加強(qiáng)基礎(chǔ)安全保障能力、應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)能力、應(yīng)急輔助決策能力。

4.3 智能運(yùn)營(yíng)

將泛在感知、智能監(jiān)測(cè)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智能視頻、事故預(yù)測(cè)及智聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與城市軌道交通運(yùn)營(yíng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)、一體化運(yùn)維和智能化運(yùn)營(yíng)，智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)架構(gòu)如圖5 所示。

圖5 智能運(yùn)營(yíng)平臺(tái)架構(gòu)

智能運(yùn)營(yíng)將顯著提升城市軌道交通的智能理論創(chuàng)新、提升乘客出行體驗(yàn)及乘坐城市軌道交通的獲得感，為城市軌道交通智能化提供新的動(dòng)力，主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

4.3.1 智能票務(wù)

在傳統(tǒng)票務(wù)基礎(chǔ)上開拓增值服務(wù)業(yè)務(wù)。基于用戶原有信息，結(jié)合后臺(tái)累積數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、商業(yè)智能分析，帶給用戶高效便捷的一體化服務(wù)。

4.3.2 智能車站

智能車站實(shí)現(xiàn)作業(yè)、人員、設(shè)備、環(huán)境的信息共享、協(xié)同聯(lián)動(dòng)和閉環(huán)控制，為旅客購(gòu)票、進(jìn)站、候車、檢票、乘車、出站、換乘等出行全過(guò)程提供溫馨舒適、綠色環(huán)保、安全可靠的服務(wù)。

4.3.3 智能運(yùn)輸組織

通過(guò)跨區(qū)域和多專業(yè)協(xié)同的全面信息感知學(xué)習(xí)、科學(xué)的調(diào)度決策處置及人因工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)“人-車-路資源優(yōu)化配置”“跨區(qū)域、多專業(yè)信息全面感知”“智能、實(shí)時(shí)決策”“面向乘客需求的智能化協(xié)同調(diào)度”。實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸綜合計(jì)劃協(xié)同管理，在統(tǒng)一資源描述和信息動(dòng)態(tài)采集的基礎(chǔ)上，各運(yùn)輸計(jì)劃通過(guò)一體化平臺(tái)協(xié)同編制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸作業(yè)的統(tǒng)一管理。

4.3.4 智能安全管控

實(shí)現(xiàn)全域感知、全程自動(dòng)化和全面一體化的智能監(jiān)控。在基礎(chǔ)設(shè)施方面及自然環(huán)境、安全防控方面，形成自感知、自適應(yīng)、自診斷的養(yǎng)護(hù)維修監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)設(shè)備工作的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的自學(xué)習(xí)、自處理等功能。實(shí)現(xiàn)各安全監(jiān)測(cè)應(yīng)用、施工安全管理、綜合安全管理等，促進(jìn)鐵路應(yīng)用安全建設(shè)。同時(shí)，加強(qiáng)基礎(chǔ)安全保障、應(yīng)急指揮協(xié)調(diào)、應(yīng)急輔助決策能力。

4.3.5 基于BIM 一體化運(yùn)維

實(shí)現(xiàn)故障精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、智能自主決策、事故主動(dòng)預(yù)防運(yùn)維和設(shè)備資產(chǎn)全生命周期管理等功能，實(shí)現(xiàn)基于BIM 技術(shù)的施工運(yùn)維一體化管理、預(yù)測(cè)與健康管理、智能巡檢、智能維修、設(shè)備全生命周期運(yùn)行管理等基礎(chǔ)運(yùn)維管理。

4.3.6 能源管理

充分利用客流、車輛、信號(hào)、環(huán)境控制等綜合信息，建成性能先進(jìn)的智能能源系統(tǒng)。負(fù)責(zé)采集不同區(qū)域、不同設(shè)備的能耗相關(guān)數(shù)據(jù)，為能效評(píng)估分析提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)制定一段時(shí)間內(nèi)的能耗計(jì)劃，超出閾值時(shí)報(bào)警提醒，提示工作人員查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到降低能耗的效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在深刻影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)全局，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化日益成為重要的發(fā)展趨勢(shì)。利用前沿科技成果，推進(jìn)城市軌道交通信息化，發(fā)展智能系統(tǒng)，建設(shè)智能城軌，大力開創(chuàng)自主創(chuàng)新發(fā)展新局面，是我國(guó)城市軌道交通行業(yè)面臨的主要任務(wù)。在此背景下，本文對(duì)智能城軌進(jìn)行了統(tǒng)籌規(guī)劃，構(gòu)建了智能城軌的總體框架，規(guī)劃設(shè)計(jì)了智能城軌的云平臺(tái)、數(shù)據(jù)湖及應(yīng)用系統(tǒng)。本文對(duì)智能城軌的概念、定位、組成及發(fā)展方向統(tǒng)一認(rèn)識(shí)具有一定幫助，為實(shí)現(xiàn)軌道交通信息化與智能化提升提供了一個(gè)新的研究思路。為融合新理論和新技術(shù)完成先行實(shí)踐、最終實(shí)現(xiàn)智慧城軌奠定了基礎(chǔ)。