智慧城軌發(fā)展現(xiàn)狀分析及建議

張文韜，盧劍鴻，姜彥璘

（西安市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，陜西西安 710016）

1 背景

隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通因其運(yùn)量大、速度快、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，成為解決城市交通問題的主要手段。2008 年以來，我國城市軌道交通進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，截至2019 年12 月31 日，我國內(nèi)地累計(jì)有40 個(gè)城市開通城市軌道交通運(yùn)營線路6 736.2 km。然而，我國城市軌道交通行業(yè)也面臨著諸多考驗(yàn)，建設(shè)和運(yùn)營企業(yè)消耗著巨大的人力、財(cái)力、物力，乘客對(duì)城市軌道交通服務(wù)水平提出了多樣化要求，長時(shí)間、高強(qiáng)度的運(yùn)營對(duì)城市軌道交通各系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施的質(zhì)量和技術(shù)含量也提出了更高要求，傳統(tǒng)的城市軌道交通行業(yè)運(yùn)作方式已經(jīng)無法適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展的趨勢(shì)。如何順利完成城市軌道交通從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)變，解決其目前存在的智能化水平不足問題，成為行業(yè)探索的新課題。

為促進(jìn)我國城市軌道交通行業(yè)的智能化發(fā)展和智慧城軌的有序建設(shè)，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)于2020 年3 月發(fā)布《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》（以下簡(jiǎn)稱《綱要》）。《綱要》作為城市軌道交通行業(yè)今后一個(gè)時(shí)期（2020 年—2035 年）制訂智慧城市軌道交通（以下簡(jiǎn)稱“智慧城軌”）相關(guān)技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范、發(fā)展規(guī)劃和實(shí)施計(jì)劃的指導(dǎo)性文件，其出臺(tái)發(fā)布將有序推進(jìn)智慧城軌建設(shè)，使之迎來一個(gè)嶄新的歷史發(fā)展機(jī)遇。

2 智慧城軌發(fā)展意義

智慧城軌發(fā)展的內(nèi)涵是依托新一代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將智能感知、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）、移動(dòng)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，以促進(jìn)城市軌道交通建設(shè)、制造、調(diào)度、運(yùn)營、服務(wù)、維修、救援等的智能化、智慧化，從而達(dá)到改善乘客出行體驗(yàn)、提升設(shè)備設(shè)施管理水平、提高企業(yè)運(yùn)營管理能力的目標(biāo)。

（1）改善乘客出行體驗(yàn)。智慧城軌可利用大數(shù)據(jù)，提供列車車次、車廂擁擠度、周邊信息、交通換乘等實(shí)時(shí)信息查詢服務(wù)，為乘客提供更為精準(zhǔn)的“定制服務(wù)”；利用二維碼、近距離無線通信（NFC）、電子身份證（eID）、生物識(shí)別等技術(shù)，提供多元化支付方式，促進(jìn)城市公共交通體系內(nèi)多種交通方式的高效銜接；利用智能攝像頭、安檢通道、AI 技術(shù)，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)、跟蹤，以及對(duì)人員行為特征的智能判斷分析，從而提升運(yùn)營企業(yè)整體安防水平，保障乘客和列車運(yùn)營的安全。

（2）提升設(shè)備設(shè)施管理水平。通過智能運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)、故障診斷、數(shù)據(jù)分析三大功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)維模式從計(jì)劃修向狀態(tài)修的轉(zhuǎn)變，大幅提升設(shè)備的運(yùn)維可靠度；通過采用電子標(biāo)簽管理，可對(duì)設(shè)備、資產(chǎn)實(shí)行電子管理，防止由于人員手工輸入造成的效率低、易差錯(cuò)等問題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備、資產(chǎn)的全壽命周期管理。

（3）提高企業(yè)運(yùn)營管理能力。借助大數(shù)據(jù)、智慧云等信息技術(shù)，城市軌道交通企業(yè)可進(jìn)行高效、靈活的運(yùn)營管理，從而促進(jìn)資源的整合利用，降低運(yùn)營成本；通過5G 技術(shù)，可對(duì)列車、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及乘客動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、傳輸和監(jiān)控，以便企業(yè)掌握相關(guān)信息，并據(jù)此進(jìn)行合理、及時(shí)地調(diào)整；通過采用列車全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，可優(yōu)化運(yùn)營組織架構(gòu)，降低人為操作導(dǎo)致故障的概率，提高列車運(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(duì)接，采用互聯(lián)互通、快慢線混跑、跨線運(yùn)營、自動(dòng)編組等更加靈活的運(yùn)營組織形式，提升運(yùn)營效率。

3 智慧城軌主要應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 面向乘客服務(wù)的智慧城軌應(yīng)用

3.1.1 互聯(lián)網(wǎng)+AFC

傳統(tǒng)的自動(dòng)售檢票（AFC）方式存在排隊(duì)購票時(shí)間長、兌零不方便、乘客事務(wù)處理速度慢等問題，這也是乘客出行所關(guān)注的焦點(diǎn)問題。近年來，隨著二維碼、NFC、人臉識(shí)別等支付技術(shù)的不斷完善，采用互聯(lián)網(wǎng)+AFC 支付方式已經(jīng)成為城市軌道交通發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。

3.1.2 智能客服系統(tǒng)

目前，國內(nèi)城市軌道交通的乘客服務(wù)普遍采用人工客服的方式。這種服務(wù)方式的缺點(diǎn)在于：①占用大量的人力資源和培訓(xùn)資源；②服務(wù)人員的情緒容易受多方因素的干擾，從而影響其服務(wù)質(zhì)量。而互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的高速發(fā)展使機(jī)器具備了擬人操作的特性，因此新型乘客服務(wù)載體（如城市軌道交通門戶網(wǎng)站、各類手機(jī)APP、公眾號(hào)等）應(yīng)運(yùn)而生。智能客服系統(tǒng)讓服務(wù)不再受到時(shí)間和空間的限制，可降低城市軌道交通企業(yè)的人力運(yùn)營成本，提高其服務(wù)效率和質(zhì)量。

3.1.3 人臉識(shí)別

由于生物識(shí)別技術(shù)具有唯一性、穩(wěn)定性、防偽性、不可抵賴性等特征，相較于傳統(tǒng)身份鑒定方法優(yōu)勢(shì)明顯，因此在城市軌道交通行業(yè)應(yīng)用生物識(shí)別技術(shù)將是必然趨勢(shì)。目前，城市軌道交通運(yùn)營中應(yīng)用較為廣泛的生物識(shí)別技術(shù)是人臉識(shí)別技術(shù)，可在AFC 設(shè)備和安保監(jiān)控設(shè)備中引入該技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“刷臉乘車”和“智慧安檢”，縮短乘客的進(jìn)站時(shí)間（圖1）。

3.2 面向設(shè)備設(shè)施管理的智慧城軌應(yīng)用

3.2.1 智能運(yùn)維系統(tǒng)

城市軌道交通建設(shè)運(yùn)營涉及的設(shè)備設(shè)施種類多、數(shù)量大、使用時(shí)間跨度長、維護(hù)工作量大。智能運(yùn)維系統(tǒng)可有效集成物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、AI等技術(shù)，并將其運(yùn)用到城市軌道交通各系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)中，通過構(gòu)建實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息服務(wù)體系，深度挖掘運(yùn)維管理所需的相關(guān)數(shù)據(jù)，形成問題分析模型，實(shí)現(xiàn)資源配置的優(yōu)化，以及業(yè)務(wù)決策、資源管理、輔助服務(wù)等能力的提升。

3.2.2 車站綜合管理平臺(tái)

城市軌道交通車站均為獨(dú)立設(shè)置，涉及的設(shè)備眾多。目前，車站級(jí)綜合監(jiān)控系統(tǒng)具備管理和監(jiān)控環(huán)控、機(jī)電、通信等設(shè)備的基本能力，但仍需進(jìn)一步優(yōu)化。因此，應(yīng)以車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立車站綜合管理平臺(tái)，整合車站范圍內(nèi)的各類設(shè)備設(shè)施，進(jìn)一步完善其功能，實(shí)現(xiàn)車站的自動(dòng)化操作和智能化管理（如空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)、通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)等），從而大幅降低勞動(dòng)成本，提高生產(chǎn)效率（圖2）。

圖1 地鐵車站刷臉乘車

圖2 西安地鐵智慧車站綜合運(yùn)營管理平臺(tái)

3.3 面向運(yùn)營管理的智慧城軌應(yīng)用

3.3.1 全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)

全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)能夠完成列車自動(dòng)喚醒、正常發(fā)車停站折返作業(yè)，以及火災(zāi)應(yīng)急、障礙物檢測(cè)等異常事件處理，可實(shí)現(xiàn)列車的全自動(dòng)運(yùn)行，具有提升運(yùn)行組織靈活性、減少人為誤操作、降低運(yùn)營人員勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵技術(shù)包括列車控制技術(shù)、監(jiān)測(cè)聯(lián)動(dòng)技術(shù)、故障處理技術(shù)、乘客管理技術(shù)等。目前，國內(nèi)采用全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)的城市軌道交通線路有北京地鐵燕房線、北京地鐵大興機(jī)場(chǎng)線和上海地鐵10 號(hào)線。

3.3.2 智能客運(yùn)組織系統(tǒng)

目前，國內(nèi)城市軌道交通在編制運(yùn)輸計(jì)劃和客運(yùn)組織方案方面普遍采用人工模式，其在實(shí)踐中暴露出缺乏靈活性和預(yù)判性的缺點(diǎn)。在人工智能技術(shù)發(fā)展的大背景下，可利用智能攝像頭、AI 智能分析、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障設(shè)備、人員行為、違規(guī)機(jī)械、客流趨勢(shì)等的識(shí)別、分析和判斷，為行車指揮、列車運(yùn)行圖的編制和仿真提供輔助決策依據(jù)。

3.3.3 BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM 技術(shù)是通過創(chuàng)建并利用數(shù)字化模型對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營全過程進(jìn)行管理和優(yōu)化的技術(shù)，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)，它可使項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營過程中的溝通和決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。在城市軌道交通項(xiàng)目招投標(biāo)和施工階段，可以利用BIM 技術(shù)進(jìn)行4D 模擬（3D 模型+時(shí)間），即根據(jù)施工組織模擬實(shí)際施工，從而確定合理的施工方案以指導(dǎo)施工，還可以進(jìn)行5D 模擬（4D 模型+成本），以實(shí)現(xiàn)成本控制；在后期運(yùn)營階段，可以借助BIM 技術(shù)進(jìn)行突發(fā)事件應(yīng)急處置模擬（如地震人員逃生、消防人員疏散模擬等）。

4 智慧城軌發(fā)展存在問題及解決建議

4.1 存在問題

（1）核心技術(shù)自主化水平低，過度依賴進(jìn)口技術(shù)及配件。目前，城市軌道交通智能設(shè)備的核心技術(shù)仍以引進(jìn)為主，自主化、國產(chǎn)化水平較低，行業(yè)核心技術(shù)研究開發(fā)力度不足的問題較為嚴(yán)重。

（2）前期研究規(guī)劃工作不完善，運(yùn)營后期整改現(xiàn)象較為突出。多數(shù)城市軌道交通企業(yè)在前期規(guī)劃階段未充分規(guī)劃和研究智慧城軌總體建設(shè)方案，線路開通后將運(yùn)營視為智慧城軌建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)，各類技改、整改現(xiàn)象尤為突出，不僅對(duì)正常的運(yùn)營組織造成了較大的影響，而且使建設(shè)智慧城軌的成本大幅增加。

（3）對(duì)于乘客個(gè)人隱私保護(hù)的研究不深入。安全是對(duì)城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)的最基本要求，智慧城軌相關(guān)應(yīng)用將存儲(chǔ)大量的乘客隱私數(shù)據(jù)，尤其是二維碼、刷臉乘車、智慧安檢等項(xiàng)目的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大。關(guān)于城市軌道運(yùn)營企業(yè)在掌握如此海量數(shù)據(jù)的情況下，如何做好乘客個(gè)人隱私防護(hù)、確保數(shù)據(jù)安全的課題，在行業(yè)內(nèi)目前研究尚不深入。

4.2 解決建議

（1）增強(qiáng)核心技術(shù)自主研發(fā)與應(yīng)用能力。提升智能設(shè)備的自主研發(fā)制造能力，通過持續(xù)加大技術(shù)創(chuàng)新力度，擴(kuò)大國產(chǎn)城市軌道交通技術(shù)裝備的應(yīng)用范圍，解決進(jìn)口設(shè)備維保困難、技術(shù)保密等問題，切實(shí)走出我國智慧城軌的國產(chǎn)化之路。推廣全自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)，建立兼容不同信號(hào)制式、不同線路設(shè)備的跨制式通用控制系統(tǒng)，解決各線路設(shè)備設(shè)施型號(hào)不統(tǒng)一問題，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)、各制式間的互聯(lián)互通。

（2）在規(guī)劃階段統(tǒng)籌研究部署智慧城軌建設(shè)。應(yīng)本著“一次規(guī)劃好、一次建設(shè)好、運(yùn)營不整改”的原則，在線路規(guī)劃階段統(tǒng)籌考慮從建設(shè)到運(yùn)營全過程的智慧化應(yīng)用，聚焦前沿科技發(fā)展趨勢(shì)，適當(dāng)超前設(shè)計(jì)，提前考慮設(shè)備更新及土建改造預(yù)留問題，順應(yīng)發(fā)展需求，避免開通運(yùn)營后整改致使成本過大的問題。

（3）建立乘客隱私數(shù)據(jù)的監(jiān)管機(jī)制。建議政府層面統(tǒng)籌研究，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，建立政府主導(dǎo)的、以保護(hù)乘客隱私為目的的乘客隱私數(shù)據(jù)管理機(jī)制和規(guī)章制度，出臺(tái)規(guī)范合理的乘客隱私數(shù)據(jù)安全防范體系，引導(dǎo)各城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)加強(qiáng)乘客隱私數(shù)據(jù)保護(hù)。

5 結(jié)語及展望

智慧城軌是信息時(shí)代發(fā)展的必然產(chǎn)物，在國家戰(zhàn)略層面的引導(dǎo)下，必將成為城市軌道交通行業(yè)未來創(chuàng)新突破和蓬勃發(fā)展的主要方向。在未來，我國將從智慧乘客服務(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8 個(gè)方面出發(fā)，建成一個(gè)完備的智慧城軌產(chǎn)業(yè)鏈，從而推進(jìn)我國智慧城軌的高速發(fā)展。這也將為城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營企業(yè)帶來顯著效益：①隨著智能服務(wù)和智能設(shè)備的出現(xiàn)，對(duì)人的需求將不斷降低，站務(wù)、乘務(wù)、維修人員數(shù)量大幅縮減，人力成本大幅下降；②部分專業(yè)將會(huì)消失或融合，甚至重新劃分，專業(yè)設(shè)置更為精簡(jiǎn)高效；③實(shí)現(xiàn)成本的優(yōu)化，智慧城軌建設(shè)必將大量采用智能設(shè)備及軟件，雖然初期建設(shè)成本較高，但綜合考慮運(yùn)營階段的人員成本，相較于目前的建設(shè)、運(yùn)營模式，仍然更經(jīng)濟(jì)。