國(guó)外智慧城市軌道交通發(fā)展?fàn)顩r及對(duì)我國(guó)的啟示

文｜趙迪 丁波濤

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，我國(guó)城市化率已從1990年的26.4%快速上升到2019年的60.6%，而且預(yù)計(jì)2035年還將攀升到70%以上。日益增長(zhǎng)的城市人口帶來(lái)了巨大的城市交通壓力，而軌道交通又是城市交通的重中之重。據(jù)中國(guó)城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布的報(bào)告，我國(guó)城市軌交系統(tǒng)2019年全年累計(jì)完成客運(yùn)量237.1 億人次，同比增長(zhǎng)12.5%，總客運(yùn)周轉(zhuǎn)量為2003.1 億人次，同比增長(zhǎng)13.8%，城市軌交在運(yùn)力、能耗、服務(wù)、安全等方面面臨的壓力不斷加劇。要應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，必須利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)構(gòu)造新型智能軌交體系，提升服務(wù)質(zhì)量、拓展交通運(yùn)能、保障運(yùn)行安全、促進(jìn)綠色環(huán)保。

圖1 智慧軌交的框架體系

國(guó)外智慧城市軌交發(fā)展?fàn)顩r

近年來(lái)，面對(duì)不斷增長(zhǎng)的交通運(yùn)能壓力以及日益嚴(yán)峻的社會(huì)安全威脅，世界各國(guó)都大力推進(jìn)新興數(shù)字技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用，并形成了各具特色的智慧軌交體系。

1.洛杉磯智慧城市軌交發(fā)展?fàn)顩r

洛杉磯軌道交通系統(tǒng)在4752 平方英里范圍內(nèi)，服務(wù)超過(guò)980 萬(wàn)人，在整個(gè)城市的發(fā)展過(guò)程中起著重要作用。但隨著城市人口增多以及技術(shù)設(shè)備老化，洛杉磯城市軌交也面臨著諸多挑戰(zhàn)。為此，洛杉磯城市軌交公司于2018年提出“Metro Version 2028”計(jì)劃，旨在結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與數(shù)字化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通智慧化，以全方位提高洛杉磯地區(qū)居民的生活質(zhì)量。該計(jì)劃由三個(gè)愿景組成，分別是：通過(guò)消除交通問(wèn)題實(shí)現(xiàn)洛杉磯內(nèi)個(gè)體、群體的共同繁榮；在洛杉磯任何一處均實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)的快速、便利交通與換乘；創(chuàng)造更多高質(zhì)量城市軌道交通選擇。為實(shí)現(xiàn)以上愿景，其在城市軌道交通的智慧化方面做出了以下三方面努力：

（1）高質(zhì)量的出行選擇。致力于提高運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和資產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量，并采取數(shù)字化方式實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需求的智能管理。軌交公司發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)高質(zhì)量交通的可獲得性存在巨大差距，故采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)尋找公共交通缺口最大的區(qū)域與居民群體，優(yōu)先將服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施的投資分配至該地區(qū)。同時(shí)提高現(xiàn)存軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性與整體性，讓乘客出行更加便捷。

（2）人性化的乘客服務(wù)。通過(guò)提高軌交系統(tǒng)安全性、便利度以及信息準(zhǔn)確性，洛杉磯軌道交通系統(tǒng)極大提高了乘客滿意度。在安全性方面，由技術(shù)、設(shè)備、人員共同構(gòu)成的多層集成安全系統(tǒng)發(fā)揮著巨大作用，安全系統(tǒng)中的智能視頻監(jiān)控部分對(duì)列車內(nèi)、車站中的場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍傳輸，通過(guò)人工智能算法對(duì)該內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，對(duì)可疑人員進(jìn)行重點(diǎn)觀察，實(shí)現(xiàn)犯罪預(yù)防；在便利度方面，軌交公司開(kāi)發(fā)了新型數(shù)字系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析挖掘客戶隱形需求，在自然語(yǔ)言處理技術(shù)幫助下完成人機(jī)之間的二十四小時(shí)動(dòng)態(tài)交互；在信息準(zhǔn)確性方面，洛杉磯軌交公司與政府以及其他交通公司達(dá)成協(xié)議，簡(jiǎn)化信息共享流程，同時(shí)為列車配備新型數(shù)據(jù)系統(tǒng)，全面改善到達(dá)時(shí)間預(yù)測(cè)，為乘客提供及時(shí)準(zhǔn)確的交通信息。

（3）智慧化的系統(tǒng)管控。洛杉磯軌道交通公司制定了一套完善的數(shù)據(jù)管理制度，改進(jìn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用以解決開(kāi)放數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及數(shù)據(jù)保護(hù)問(wèn)題。此外洛杉磯軌交公司還開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)開(kāi)放門戶，公眾可以利用該門戶獲取軌交運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)開(kāi)放數(shù)據(jù)進(jìn)行二次利用以促進(jìn)發(fā)明創(chuàng)新。一般意義上軌交資產(chǎn)智慧管理對(duì)象包括列車、軌道以及車站相關(guān)設(shè)備等，但洛杉磯軌道交通公司把員工視為最重要資產(chǎn)之一。洛杉磯軌道交通公司采用新技術(shù)來(lái)改善設(shè)施維護(hù)人員和建筑工地工人的安全問(wèn)題，包括全天候的施工、維修現(xiàn)場(chǎng)輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)，針對(duì)高危場(chǎng)景的智能化預(yù)防方案等，從而最大限度地保護(hù)員工的安全與權(quán)益。

2.歐盟智慧城市軌交發(fā)展?fàn)顩r

為了將先進(jìn)技術(shù)加速集成到創(chuàng)新的軌道交通產(chǎn)品解決方案中，以提高歐洲軌道交通行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，歐盟于2014年6月成立歐洲軌道交通研究聯(lián)盟機(jī)構(gòu)——shift2rail，以對(duì)歐洲軌道交通進(jìn)行技術(shù)革新與系統(tǒng)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)歐盟內(nèi)軌道交通的信息化與智慧化，目標(biāo)是將歐洲軌道交通系統(tǒng)容量提高一倍，可靠性和服務(wù)質(zhì)量提高50%，生命周期內(nèi)成本降低一半。該機(jī)構(gòu)計(jì)劃從多個(gè)角度進(jìn)行信息化與智慧化的創(chuàng)新，此處著重介紹以下三個(gè)方面：

（1）智慧管理與決策支持系統(tǒng)。一是發(fā)展抗干擾能力更強(qiáng)的車車通信、車軌通信系統(tǒng)，為此shift2rail 研發(fā)了一種安裝于軌道旁的智能盒子，既能與設(shè)備控制中心以及路邊其他軌交設(shè)備進(jìn)行連接，同時(shí)可以與地區(qū)通信設(shè)備（無(wú)線電或者衛(wèi)星等）連接，亦可與軌交列車中的智能盒子車載部分進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，完成數(shù)字信息與通訊信號(hào)間的即時(shí)、準(zhǔn)確傳遞；二是運(yùn)維智能化，軌交系統(tǒng)利用接口標(biāo)準(zhǔn)化以及可操作化的歷史軌道交通大數(shù)據(jù)集進(jìn)行場(chǎng)景分析與流量管理，構(gòu)建相關(guān)知識(shí)圖譜，結(jié)合列車實(shí)時(shí)狀態(tài)與性能數(shù)據(jù)，提供智能故障應(yīng)對(duì)方案、構(gòu)建自動(dòng)化的智能調(diào)度系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)列車輔助駕駛功能；三是基建智慧化，建設(shè)前利用大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行智慧規(guī)劃，建設(shè)中與建成后利用BIM（建筑信息建模）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息化平臺(tái)對(duì)建設(shè)的全生命周期掌控管理，從而保證軌道交通建設(shè)的完整性與連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)軌道交通更新?lián)Q代時(shí)的低成本、高效率。

（2）智慧能源。歐盟將可持續(xù)發(fā)展觀念嵌入到基礎(chǔ)設(shè)施和車輛的設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維中以減少能耗和碳排放，從而實(shí)現(xiàn)能源的綠色和智能使用。智慧化的列車承載量評(píng)估系統(tǒng)與線路側(cè)儲(chǔ)能充電技術(shù)（包括動(dòng)態(tài)無(wú)線電能傳輸?shù)龋?，可以幫助軌交系統(tǒng)根據(jù)需要調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的能源分配。在智能電網(wǎng)方面，將新型的列車系統(tǒng)通過(guò)電網(wǎng)與智能能源供應(yīng)商連接，最大限度提高可再生能源利用率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的高效使用。

（3）智慧數(shù)據(jù)應(yīng)用。利用物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地捕獲、存儲(chǔ)與管理，保持?jǐn)?shù)據(jù)從收集、分析以及解釋、預(yù)測(cè)的連貫性與一致性，為顧客與軌交公司提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以支持快速、科學(xué)的決策，改善顧客出行體驗(yàn)，提高公司業(yè)務(wù)收益。與此同時(shí)，構(gòu)建穩(wěn)健、彈性和安全的信息架構(gòu)與治理體系，在數(shù)據(jù)利用以及共享過(guò)程中充分保護(hù)乘客隱私和數(shù)據(jù)安全，也是智慧數(shù)據(jù)應(yīng)用的重中之重。

芬蘭首都赫爾辛基是落實(shí)歐盟智能軌交理念的典型代表，其在推進(jìn)城市交通智慧化建設(shè)過(guò)程中，基于以上三方面進(jìn)行了創(chuàng)新性的探索。芬蘭交通部提出以用戶為中心，以ICT 應(yīng)用為重要組成部分，集成運(yùn)輸數(shù)據(jù)、數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、物理運(yùn)輸基礎(chǔ)建設(shè)，為用戶提供“無(wú)縫的端到端”服務(wù)的“Move as a Service——MaaS”（出行即服務(wù)）理念，如圖2所示。

為此，赫爾辛基成立了Maas Global 公司，并開(kāi)發(fā)了名為Whim 的數(shù)字平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)，用戶可實(shí)時(shí)獲取軌交列車的時(shí)刻表、路線、票務(wù)以及其他出行信息。結(jié)束一段軌道交通行程后，系統(tǒng)可以立刻與下一程公共交通或預(yù)付費(fèi)出租車、自行車等進(jìn)行無(wú)縫連接，通過(guò)交通狀況最佳的路線將乘客送至目的地。在支付方面，用戶也無(wú)需分別進(jìn)行查詢、預(yù)定、支付聯(lián)運(yùn)的每種交通方式，而是直接選擇會(huì)員制按月套餐支付，或根據(jù)自己行程進(jìn)行整體的按需支付，該方式對(duì)不擅長(zhǎng)使用智能設(shè)備的人群尤其方便。

啟示與思考

相比國(guó)外來(lái)說(shuō)，我國(guó)軌交智慧化更加注重技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)具備后發(fā)優(yōu)勢(shì)，在網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制等方面走在世界前列，但在智慧軌交規(guī)劃的整體性和連續(xù)性以及人文社會(huì)層面的“智慧化”等方面，與國(guó)外先進(jìn)水平仍有一定差距。國(guó)外城市發(fā)展智慧軌交中的一些經(jīng)驗(yàn)，值得我國(guó)借鑒。

1.注重整體規(guī)劃

軌道交通建設(shè)具有較長(zhǎng)周期，利用數(shù)字化手段加強(qiáng)整體規(guī)劃，促進(jìn)各環(huán)節(jié)的銜接，對(duì)于控制建設(shè)成本、縮短建設(shè)周期和保障建設(shè)質(zhì)量都具有重要意義。歐盟在軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段明確提出整體性規(guī)劃的概念，通過(guò)BIM技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)、3D 掃描、3D打印技術(shù)的深度結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建設(shè)、檢修、維護(hù)的完整生命周期解決方案。我國(guó)在城市軌道交通的智慧化過(guò)程中，要積極利用數(shù)字技術(shù)建立軌交的全生命周期管理體系，打通建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)以及改造升級(jí)等環(huán)節(jié)，減少不必要的資金、人力、材料及能源損耗，促進(jìn)軌交資產(chǎn)利用最大化。

圖2:“出行即服務(wù)”理念圖

2.注重以人為本

城市軌交的服務(wù)對(duì)象是乘客，乘客體驗(yàn)是軌交智慧化創(chuàng)新中的重要內(nèi)容。借鑒芬蘭在城市交通智慧化過(guò)程中提出的“Maas（出行即服務(wù)）”理念以及洛杉磯的城市軌交智慧化經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)各城市的軌交公司要更加重注提升乘客體驗(yàn)而不是僅提供軌交服務(wù)，應(yīng)建立以用戶為中心的新理念，在從起點(diǎn)到目的地的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)乘客與軌交設(shè)施、乘運(yùn)服務(wù)之間的動(dòng)態(tài)交互，為乘客出行提供從出發(fā)地到目的地的完整解決方案；同時(shí)軌交公司也應(yīng)當(dāng)關(guān)注公司員工的權(quán)益保護(hù)，積極運(yùn)用數(shù)字技術(shù)改善員工工作環(huán)境、加強(qiáng)一線工人的安全防護(hù)，才能激發(fā)其積極性與創(chuàng)造性。

3.注重綠色發(fā)展

無(wú)論是美國(guó)還是歐盟，都將清潔能源利用、溫室氣體減排當(dāng)作軌道交通智慧化的一個(gè)重要組成部分。歐盟軌道交通智慧能源系統(tǒng)雖然暫時(shí)提高了列車運(yùn)營(yíng)成本，但在提升清潔能源的利用率以及溫室氣體的減排方面都卓有成效。在我國(guó)，雖然也有提到通過(guò)推廣電能質(zhì)量?jī)?yōu)化控制技術(shù)，研發(fā)可再生能源等方式來(lái)提高軌道交通能源利用率，但總的來(lái)說(shuō)重視程度仍然不夠。除了從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保以外，更要從頂層思想上明確綠色環(huán)保的重要地位，平衡經(jīng)濟(jì)效益與綠色環(huán)保二者之間關(guān)系，為能源智慧化應(yīng)用提供更強(qiáng)勁的動(dòng)力。

4.注重人文關(guān)懷

洛杉磯的城市軌交建設(shè)體現(xiàn)著人文關(guān)懷以及對(duì)社會(huì)責(zé)任的承擔(dān)，其并不以經(jīng)濟(jì)效益為第一目標(biāo)，而是大力發(fā)展欠發(fā)達(dá)區(qū)域的軌交建設(shè)，以促進(jìn)洛杉磯地區(qū)的整體協(xié)調(diào)發(fā)展。未來(lái)我國(guó)城市軌道交通智慧化過(guò)程中也應(yīng)注重人文關(guān)懷與社會(huì)責(zé)任，在作為公共運(yùn)輸手段的同時(shí)，軌交系統(tǒng)也要扮演區(qū)域交通樞紐、區(qū)域商業(yè)娛樂(lè)中心、區(qū)域文化中心的角色，為各類人群提供豐富多彩的服務(wù)。